WO2010009685A1

WO2010009685A1 - Integrated dual band antenna and method for aeronautical satellite communication

Info

Publication number: WO2010009685A1
Application number: PCT/DE2008/001201
Authority: WO
Inventors: Jörg Oppenländer; Michael Seifried; Christoph Häussler; Jörg TOMES; Alexander Friesch
Original assignee: QEST Quantenelektronische Systeme GmbH
Current assignee: QEST Quantenelektronische Systeme GmbH
Priority date: 2008-07-23
Filing date: 2008-07-23
Publication date: 2010-01-28
Anticipated expiration: 2011-01-23

Abstract

An antenna device having a dual band antenna for the frequency ranges of the L-band (1.5 GHz - 1.7 GHz) and Ku-band (10.7 GHz - 14.5 GHz), particularly for aeronautical applications, comprising a level antenna field (100) of Ku-band antenna elements, which are connected to each other by a feed network (101), and at least one L-band antenna element (105), is proposed, wherein the feed network is provided with an electrically conductive, particularly metal, shielding (103) such that the Ku-band antenna elements are not shielded and an incident electromagnetic wave can be received without interference, and the at least one L-band antenna element is arranged in the direction of incidence over the Ku-band antenna field and designed such that it comprises a metal structure, which in the direction of incidence has one or more openings, so as to ensure that the Ku-band antenna elements are not completely covered by the metal structure of the at least one L-band antenna element in the direction of incidence.

Description

INTEGRIERTE DUALBAND - ANTENNE UND VERFAHREN ZUR AERONAUTISCHEN SATELLITENKOMMUNIKATION INTEGRATED DUALBAND ANTENNA AND AERONAUTIC SATELLITE COMMUNICATION PROCESS

Der Bedarf an drahtlosen Breitbandkanälen zur Datenübertragung mit sehr hohen Datenraten, insbesondere im Bereich der mobilen Satellitenkommunikation steigt ständig an. Es fehlt jedoch insbesondere im aeronautischen Bereich an geeigneten Antennen welche insbesondere die für den mobilen Einsatz erforderlichen Bedingungen, wie geringe Abmessungen und geringes Gewicht, erfüllen können. Wegen der besonderen Anforderungen an Sende- und Empfangsantennen, was deren Antennencharakteristik in den unterschiedlichen zur Satellitenkommunikation verwendeten Frequenzbändern anbetrifft und wegen der damit verbundenen Probleme bei der Verfügbarkeit der Dienste, ist es wünschenswert, über Antennen zu verfügen, welche bei geringer Abmessung die Satellitenkommunikation in unterschiedlichen Frequenzbändern und mit unterschiedlichen Satelliten gleichzeitig ermöglichen.The demand for wireless broadband data transmission channels with very high data rates, especially in the field of mobile satellite communications, is steadily increasing. However, especially in the aeronautical field, there is a lack of suitable antennas which in particular can fulfill the conditions required for mobile use, such as small dimensions and low weight. Because of the particular requirements for transmit and receive antennas in terms of their antenna characteristics in the different frequency bands used for satellite communications, and because of the associated problems in service availability, it is desirable to have antennas which, in small dimensions, separate the satellite communications into different ones Frequency bands and with different satellites simultaneously.

Der bei stationären terrestrischen Antennensystemen mögliche Ausweg der Verwendung mehrerer Antennen welche parallel betrieben werden, ist insbesondere bei mobilen Antennensystemen wegen des nur sehr beschränkt zur Verfügung stehenden Bauraumes im Allgemeinen nicht oder nur mit sehr hohem Aufwand möglich.The possible use in stationary terrestrial antenna systems way of using multiple antennas which are operated in parallel, especially in mobile antenna systems because of only very limited available standing space generally not possible or only with great effort.

Zudem ist in aeronautischen Anwendungen das Gewicht des Antennensystems von sehr großer Bedeutung da es die Nutzlast des Flugzeugs verringert und zu zusätzlichen Betriebskosten führt .In addition, in aeronautical applications, the weight of the antenna system is very important because it reduces the payload of the aircraft and leads to additional operating costs.

Die beiden wichtigsten Frequenzbänder, welche zur aeronautischen Satellitenkommunikation verwendet werden, sind das L-Band - hier insbesondere die Inmarsat Dienste (ca. 1.5GHz - 1,7GHz) - und das Ku-band - hier insbesondere der Frequenzbereich von 10.7GHz bis 12.75GHz und 14GHz - 14,5GHz für Satellitenfernsehen und Breitband-Internetverbindungen.The two most important frequency bands used for aeronautical satellite communication are the L band - in particular the Inmarsat services (about 1.5GHz - 1.7GHz) - and the Ku band - in particular the frequency range from 10.7GHz to 12.75GHz and 14GHz - 14.5GHz for satellite TV and broadband Internet connections.

Da diese beiden Frequenzbänder fast eine Größenordnung auseinander liegen, kommen typischerweise ganz verschiedene Antennen zum Einsatz. Während im L-Band heutzutage überwiegend Patchantennen, bzw. Felder von Patchantennen, patchähnliche Aperturen oder spiralförmige Antennen verwendet werden, werden für den Empfang von Ku-Band Signalen ganz überwiegend Parabolspiegelanordnungen eingesetzt.Since these two frequency bands are almost an order of magnitude apart, typically very different antennas are used. While in the L-band predominantly patch antennas or fields of patch antennas, patch-like apertures or helical antennas are used today, for the reception of Ku-band signals predominantly parabolic mirror arrays are used.

Auch die Diskriminierung von Signalen verschiedener Satelliten erfolgt in den beiden Bändern unterschiedlich. Während für die L-Band Dienste jedem Benutzer ein eigener (schmaler) Frequenzbereich zugewiesen wird, ist das Ku-Band vielfach belegt und die Unterscheidung erfolgt ausschließlich durch die Ausrichtung der Antenne auf einen bestimmten Satelliten.The discrimination of signals from different satellites takes place differently in the two bands. While L-Band services assign a separate (narrow) frequency range to each user, the Ku band has many uses and the distinction is made solely by the orientation of the antenna to a particular satellite.

Diese beiden unterschiedlichen Formen der Datenübertragung haben eine Reihe von Folgen für die verwendbaren Antennenaperturen. So müssen im Ku-Band Antennenaperturen verwendet werden, deren Charakteristik nur eine sehr schmale Hauptkeule, 3 dB Breite typischerweise unter 3°, aufweist. Alle Nebenkeulen müssen stark unterdrückt sein, damit keine Interferenzen mit den Signalen anderer Satelliten auftreten. Im L-Band hingegen sind je nach verwendetem Dienst quasi- omnidirektionale Antennen oder Antennen mit 3 dB Keulenbreiten von 30° - 60° ausreichend.These two different forms of data transmission have a number of implications for the usable ones Antenna apertures. Thus Ku-band antenna apertures must be used whose characteristics have only a very narrow main lobe, 3 dB width typically below 3 °. All sidelobes must be strongly suppressed to avoid interfering with the signals of other satellites. Depending on the service used, in the L band, however, quasi-omnidirectional antennas or antennas with 3 dB beam widths of 30 ° -60 ° are sufficient.

Auch die Verfügbarkeit der Dienste ist in den beiden Frequenzbändern sehr unterschiedlich. Während im L-Band mit Inmarsat ein Dienst existiert, der praktisch global verfügbar ist, ist dies im Ku-Band nur sehr eingeschränkt der Fall. Eine gute Ku-Band Abdeckung existiert systembedingt nur über Landmassen mit hoher Bevölkerungsdichte. Ein großer Teil der Flugrouten, insbesondere auf Langstrecken, ist nicht abgedeckt. Andererseits sind die L-Band Dienste wegen der relativ kleinen zur Verfügung stehenden Bandbreite (ca. 34 MHz) in ihrer Datenkapazität (z.Z. maximal 432 Kbps/Kanal) stark begrenzt. Im Ku-Band stehen bei 1-2 GHz Bandbreite hingegen hohe Datenraten (ca. 40 Mbps/Transponder) zur Verfügung.The availability of the services is very different in the two frequency bands. While in the L-band with Inmarsat a service exists, which is practically globally available, this is only very limited in the Ku band. A good Ku-band coverage exists system-conditioned only on land masses with a high population density. A large part of the routes, especially on long-haul routes, are not covered. On the other hand, because of the relatively small available bandwidth (approximately 34 MHz), the L-band services are severely limited in their data capacity (currently at most 432 Kbps / channel). In the Ku band, however, high data rates (about 40 Mbps / transponders) are available at 1-2 GHz bandwidth.

Im Bereich der aeronautischen Satellitenkommunikation ist es daher wünschenswert über ein Antennensystem zu verfügen, mit dem beide Bänder simultan genutzt werden können.In the field of aeronautical satellite communication, it is therefore desirable to have an antenna system with which both bands can be used simultaneously.

Eine solche Antenne bietet zudem die Möglichkeit neuartiger Dienste, welche für den Flugzeugpassagier von sehr hohem Nutzen sind. Denn es wird auf relativ einfache Art und Weise möglich hybride Datenkanäle zu generieren, bei denen der uplink (Datenübertragung zum Satelliten) über das L-Band und - A -Such an antenna also offers the possibility of novel services, which are very useful for the aircraft passenger. Because it is possible in a relatively simple way to generate hybrid data channels in which the uplink (data transmission to the satellite) via the L-band and - A -

der downlink (Datenübertragung vom Satelliten zum Flugzeug) über das Ku-Band abgewickelt wird. Dadurch entsteht ein asymmetrischer Datenkanal (ähnlich ADSL) , welcher mit relativ begrenztem Aufwand einen sehr komfortablen Internetzugang für eine relativ große Zahl von Passagieren ermöglicht.the downlink (data transmission from the satellite to the aircraft) is handled via the Ku band. This creates an asymmetrical data channel (similar to ADSL), which allows a relatively comfortable Internet access for a relatively large number of passengers with relatively limited effort.

Bei Flugzeugen, die bereits mit einer L-Band Antenne ausgestattet sind, kann dieser Dienst auch durch Anbringung einer zusätzlichen Ku-Band Antenne ermöglicht werden. Eine solche Vorrichtung ist zwar weniger vorteilhaft als die Verwendung einer Dualbandantenne, sie ist jedoch unter Umständen bei der Nachrüstung kostengünstiger.For aircraft that are already equipped with an L-band antenna, this service can also be made possible by attaching an additional Ku-band antenna. Although such a device is less advantageous than the use of a dual-band antenna, it may be cheaper to retrofit.

Die Aufgabe besteht damit darin, eine integrierte Antennenapertur zur Verfügung zu stellen, welche insbesondere die für aeronautische Anwendungen wichtigen Frequenzbänder Ku-Band und L-Band abdeckt und deren Antennencharakteristik die gleichzeitige Kommunikation mit mehreren unterschiedlichen Satelliten ermöglicht. Das Antennensystem soll zusätzlich nur einen möglichst kleinen Bauraum bei möglichst niedrigem Gewicht benötigen und es erlauben, einen hybriden asymmetrischen Internetzugang zu generieren, welcher beide Frequenzbänder nutzen kann.The object is thus to provide an integrated antenna aperture, which covers in particular the important for aeronautical applications frequency bands Ku-band and L-band and their antenna characteristic allows simultaneous communication with several different satellites. In addition, the antenna system should require only the smallest possible space at the lowest possible weight and allow it to generate a hybrid asymmetric Internet access, which can use both frequency bands.

Diese Aufgabe wird durch die Erfindung gemäß Anspruch 1, 11 sowie 13 gelöst. Die Dualbandantenne für die Frequenzbereiche L-Band (1,5GHz - 1,7GHz) und Ku-Band (10,7GHz - 14,5GHz) besteht aus einem ebenen Antennenfeld von Ku-Band Antennenelementen, welche durch ein Zuführungsnetzwerk miteinander verbunden sind, und mindestens einem L-Band Antennenelement, wobei das Zuführungsnetzwerk mit einer elektrisch leitenden, insbesondere metallischen Abschirmung derart versehen ist, dass die Ku-Band Antennenelemente nicht abgeschirmt sind und eine einfallende elektromagnetische Welle ungestört empfangen können, und das mindestens ein L- Band Antennenelement in Einfallsrichtung über dem Ku-Band Antennenfeld angeordnet und derart ausgeführt ist, dass es aus einer metallischen Struktur besteht, welche in Einfallsrichtung über eine oder mehrere Öffnungen verfügt, so dass die Ku-Band Antennenelemente von der metallischen Struktur des mindestens einen L-Band Antennenelements in Einfallsrichtung nicht vollständig abgedeckt werden.This object is achieved by the invention according to claim 1, 11 and 13. The dual-band antenna for the frequency ranges L-band (1.5GHz - 1.7GHz) and Ku-band (10.7GHz - 14.5GHz) consists of a planar antenna array of Ku-band antenna elements interconnected by a feed network, and at least one L-band antenna element, wherein the supply network with an electrically conductive, in particular metallic shield is provided such that the Ku-band antenna elements are not shielded and can receive undisturbed an incident electromagnetic wave, and the at least one L-band antenna element in the incident direction over the Ku-band antenna array is arranged and designed such that it consists of a metallic structure which has one or more openings in the direction of incidence so that the Ku-band antenna elements are not completely covered by the metallic structure of the at least one L-band antenna element in the direction of incidence.

Eine erfindungsgemäße Apertur besteht damit aus mehreren Schichten, wobei die unterschiedlichen Schichten für unterschiedliche Frequenzbänder und/oder unterschiedliche Polarisationsrichtungen sensitiv sind. Die unterste Schicht ist dabei für die höchste auftretende Frequenz sensitiv, die nächste Schicht für die nächst niedrigere u.s.w.. Durch entsprechende geometrische Gestaltung der Schichten wird erreicht, dass diese für elektromagnetische Wellen der Frequenzen der jeweils darunter liegenden Schichten durchlässig sind. In der einfachsten Ausführungsform mit zwei Schichten geschieht dies zum Beispiel durch periodische Lochstrukturen in elektrisch leitenden, dünnen Platten, wobei die Ausdehnung der Löcher im Bereich der halben Wellenlänge der größeren der beiden Frequenzen liegt. Die periodischen Lochstrukturen der oberen der beiden Schichten sind dabei wiederum typischerweise periodisch mit der halben Wellenlänge der kleineren der beiden Frequenzen unterbrochen.An aperture according to the invention thus consists of several layers, the different layers being sensitive to different frequency bands and / or different polarization directions. The lowermost layer is sensitive to the highest occurring frequency, the next layer to the next lower u.s.w .. By appropriate geometric design of the layers is achieved that they are permeable to electromagnetic waves of the frequencies of the respective underlying layers. In the simplest embodiment with two layers, this is done for example by periodic hole structures in electrically conductive, thin plates, wherein the extension of the holes is in the range of half the wavelength of the larger of the two frequencies. The periodic hole structures of the upper of the two layers are again typically interrupted periodically at half the wavelength of the smaller of the two frequencies.

Darüber hinaus sind Ausführungsformen denkbar, bei denen die metallische Abschirmung des Ku-Band Zuführungsnetzwerks selbst als L-Band Antenne strukturiert wird und die Zahl der Schichten damit minimiert wird. Bei geeigneter geometrischer Auslegung des Zuführungsnetzwerks des Ku-Band Antennenfeldes kann die metallische Abschirmung an den Stellen, an denen keine Zuführungsleitungen verlaufen mit Schlitzen und/oder Aussparungen versehen werden, so dass Strukturen mit der charakteristischen Länge von L-Band Antennen entstehen. Werden diese Strukturen geeignet gespeist, dann kann bereits ein derart strukturiertes Abschirmblech als L-Band Antenne betrieben werden, ohne dass das Ku-Band Antennenfeld dabei gestört wird.In addition, embodiments are conceivable in which the metallic shielding of the Ku-band feed network itself is structured as an L-band antenna and the number of Layers is minimized. With a suitable geometric design of the feed network of the Ku-band antenna array, the metal shield can be provided with slots and / or recesses at the locations where no supply lines run, so that structures with the characteristic length of L-band antennas. If these structures are fed properly, then such a structured shielding can be operated as an L-band antenna, without the Ku-band antenna field is disturbed.

Auch sind Ausführungsformen denkbar, bei denen die Ku-Band Antennenfelder gezielt so dimensioniert werden, dass sie die Ausdehnung einer L-Band Antenne besitzen. Auf diese Weise lassen sich beide Bänder einfach direkt integrieren. Mehrere solcher integrierter Module können dann wiederum variabel oder fest zu Feldern zusammengeschaltet werden. Bei variabler Verschaltung kann dann die Ku-Band Keule und die L-Band Keule elektronisch gesteuert werden, oder es können Multi-Beam Antennen simultan für beide Frequenzbänder realisiert werden.Embodiments are also conceivable in which the Ku-band antenna fields are specifically dimensioned such that they have the extent of an L-band antenna. In this way, both bands can be easily integrated directly. Several such integrated modules can then in turn be variably or permanently interconnected into fields. With variable interconnection, the Ku-band lobe and the L-band lobe can then be controlled electronically, or multi-beam antennas can be realized simultaneously for both frequency bands.

Eine typische Ausführungsform eines Schichtaufbaus ist in Fig. Ia dargestellt. Die für den Empfang von Ku-Band Signalen empfindliche Apertur besteht aus einem Dipol-Antennenfeld 100 mit Zuführungsnetzwerk 101, das sich auf einem ebenen Substrat 102 befindet. Das Zuführungsnetzwerk 101 ist von einem Lochgitter 103 abgedeckt. In die Aussparungen des Lochgitters 103 ragen Strahlelemente 104 des Dipolfeldes. Das Dipolfeld 100 kann derart ausgelegt werden, dass es sowohl, was den Antennengewinn als auch was die Richtcharakteristik anbelangt die notwendigen Bedingungen für den Ku-Band Satellitenempfang erfüllt. Der L-Band Teil der integrierten Apertur besteht aus drei Patch-Antennen 105, die mit Abstandsbolzen 106 über der Ku-Band Apertur angebracht sind. Das Lochgitter 103 des Ku-Band Antennenfeldes 100 bildet dabei die Grundplatte für die L-Band Patches 105. Die Größe der L-Band Patches 105 kann an das erforderliche instantane Frequenzband angepasst werden, da die charakteristischen Längen im Ku-Band bei ca. 2 cm (räumliche Periode des Gitters) und im L-Band bei ca. 8 cm (Kantenlänge eines Patches) liegen. Zudem kann über die Länge der Abstandsbolzen 106 die Impedanz und die Bandbreite angepasst werden. Für typische Impedanzen im Bereich von 50 Ohm beträgt die Länge der Abstandsbolzen 106 ca. 1 cm. Das Feeding 107 der Patch- Strukturen erfolgt typischerweise über koaxiale Wellenleiter die entlang der Stege des Ku-Band Gitters 103 geführt werden. Entsprechend kann das Feeding 111 des Antennenfeldes 100 durch die metallische Grundplatte 102a erfolgen. Die L-Band Patches besitzen ebenfalls eine Lochstruktur 108, welche derart ausgeführt ist, dass eine einfallende Ku-Band Welle nicht oder nur sehr wenig gestört wird. Da die L-Band Patches 105 mit zirkulären elektromagnetischen Moden betrieben werden, stört die Lochstruktur 108 die entsprechenden Stromverteilungen nur sehr wenig.A typical embodiment of a layer structure is shown in FIG. 1a. The aperture sensitive for receiving Ku-band signals consists of a dipole antenna array 100 with feed network 101 located on a planar substrate 102. The feed network 101 is covered by a perforated grid 103. In the recesses of the perforated grid 103 protrude beam elements 104 of the dipole field. The dipole field 100 may be designed to satisfy the necessary conditions for Ku-band satellite reception, both in terms of antenna gain and directivity. The L-band part of the integrated Aperture consists of three patch antennas 105 mounted with standoffs 106 over the Ku-band aperture. The perforated grid 103 of the Ku-band antenna field 100 forms the base plate for the L-band patches 105. The size of the L-band patches 105 can be adapted to the required instantaneous frequency band since the characteristic lengths in the Ku band are approximately 2 cm (spatial period of the grid) and in the L-band at about 8 cm (edge length of a patch) are. In addition, the impedance and the bandwidth can be adjusted over the length of the spacer bolts 106. For typical impedances in the range of 50 ohms, the length of the standoffs 106 is about 1 cm. Feeding 107 of the patch structures typically occurs via coaxial waveguides which are routed along the ridges of the Ku-band grating 103. Accordingly, the feeding 111 of the antenna array 100 can be performed by the metallic base plate 102a. The L-band patches also have a hole structure 108, which is designed such that an incident Ku-band wave is not or only slightly disturbed. Since the L-band patches 105 are operated with circular electromagnetic modes, the hole structure 108 disturbs the corresponding current distributions only very slightly.

Es ist vorteilhaft, die Größe von Löchern der L-Band Patches 105 so zu wählen, dass sie mindestens gleich groß oder größer als die Löcher 110 der Ku-Band Abschirmung sind. Zudem ist es vorteilhaft die Löcher 109 der L-Band Patches 105 und der Ku- Band Abschirmung 103 zentriert übereinander anzuordnen.It is advantageous to choose the size of holes of the L-band patches 105 to be at least equal to or larger than the holes 110 of the Ku-band shield. In addition, it is advantageous to arrange the holes 109 of the L-band patches 105 and the K-band shield 103 centered one above the other.

Da die Öffnungen 109 in der L-Band Antennenapertur jedoch als passive Sekundärstrahler wirken, ist es für deren Durchlässigkeit für Ku-Band Wellen nicht zwingend notwendig, dass diese Öffnungen 109 größer sind als die Löcher 110 in der Abschirmung des Ku-Band Zuführungsnetzwerks 101. Solange sich die L-Band Antennen 105 im Nahfeld der Ku-Band Strahlelemente 104 befinden, reichen Öffnungen 109 aus, deren Ausdehnung im Bereich der halben Ku-Band Wellenlänge liegt.However, since the apertures 109 in the L-band antenna aperture act as passive secondary radiators, their permeability to Ku-band waves is not imperative. these openings 109 are larger than the holes 110 in the shielding of the Ku-band feed network 101. As long as the L-band antennas 105 are in the near field of the Ku-band beam elements 104, openings 109 suffice, the extent of which is in the range of half Ku Band wavelength is.

Das Ku-Band Antennenfeld 100 kann kostengünstig in Mikrostreifenleitungstechnik ausgeführt werden. Von Vorteil sind dann auch Substrate 102 mit geringer Dämpfung wie etwa dünne, flexible Substrate.The Ku-band antenna array 100 can be inexpensively implemented in microstrip line technology. Substrate 102 with low attenuation, such as thin, flexible substrates, are also advantageous.

Das Ku-Band Antennenfeld kann jedoch auch aus einzelnen Hornstrahlern bestehen, welche mit einem geeigneten Zuführungsnetzwerk miteinander verbunden sind. Die Aperturöffnungen der einzelnen Hornstrahler bilden das Lochgitter der Ku-Band Apertur und die L-Band Antennenelemente liegen über den Kanten der Hornstrahler. Diese Ausführungsformen haben den Vorteil, dass mit Hornstrahlern sehr hohe instantane Bandbreiten erreicht werden können und so das Ku-Band Antennenfeld in relativ einfacher Weise sowohl zum Empfang als auch zum Senden von Ku-Band Signalen verwendet werden kann.However, the Ku-band antenna array can also consist of individual horns, which are connected to each other with a suitable feeder network. The aperture openings of the individual horns form the perforated grid of the Ku-band aperture and the L-band antenna elements lie over the edges of the horns. These embodiments have the advantage that very high instantaneous bandwidths can be achieved with horns and so that the Ku-band antenna array can be used in a relatively simple manner both for receiving and for transmitting Ku-band signals.

Durch eine entsprechende Zusammenführung der Signale der verschiedenen L-Band Patches 105 (beam forming Netzwerk) kann die L-Band Antennencharakteristik in Bezug auf die Flächennormale der Ku-Band Apertur fest oder variabel eingestellt werden. Damit können mindestens zwei verschiedene Satelliten (ein Ku-Band und ein L-Band Satellit) simultan angepeilt werden. Mit einem solchen Schichtaufbau wird somit erreicht, dass mit ein und derselben Apertur ohne wesentliche Vergrößerung des Aufbaus gleichzeitig sowohl L-Band als auch Ku-Band Signale von verschiedenen Satelliten empfangen werden können.By appropriate combination of the signals of the various L-band patches 105 (beam forming network), the L-band antenna characteristic with respect to the surface normal of the Ku-band aperture fixed or variable can be set. This allows at least two different satellites (a Ku-band and an L-band satellite) to be targeted simultaneously. With such a layer structure it is thus achieved that, with one and the same aperture, without substantial increase in the structure, both L-band and Ku-band signals can be received simultaneously from different satellites.

Die Antenne wird dabei auf den zu empfangenden Ku-Band Satelliten ausgerichtet. Mit Hilfe eines festen oder variablen beam forming Netzwerks werden die drei L-Band Patches 105 dann so gesteuert, dass sie auf einen L-Band Satelliten zeigen. Da sich beide Satelliten auf dem geostationären Orbit befinden und der Öffnungswinkel der L- Band Apertur in Elevation typischerweise bis zu 90° beträgt, ist hierzu nur eine Strahlschwenkung in Azimut-Richtung notwendig. Je nach verwendetem L-Band Satellitendienst (z.B. Inmarsat oder Thuraya) ist dabei typischerweise ein Schwenkbereich des L-Band beams von ca. 60° ausreichend. Ebenfalls ist, je nach verwendetem L-Band Dienst, eine Strahlbreite von ca. 30° - 60° ausreichend, was mit einer Anordnung von drei L-Band Patches 105 ohne weiteres erreicht werden kann. Im Fall des Thuraya Dienstes etwa, kann der Link bereits mit einem einzelnen Patch 105 geschlossen werden.The antenna is aimed at the Ku-band satellite to be received. Using a fixed or variable beam forming network, the three L-band patches 105 are then controlled to point to an L-band satellite. Since both satellites are in geostationary orbit and the aperture angle of the L-band aperture in elevation is typically up to 90 °, only a beam sweep in azimuth direction is necessary for this purpose. Depending on the L-band satellite service used (for example Inmarsat or Thuraya), a pivoting range of the L-band beam of approximately 60 ° is typically sufficient. Also, depending on the used L-band service, a beam width of about 30 ° - 60 ° is sufficient, which can be achieved with an arrangement of three L-band patches 105 easily. For example, in the case of the Thuraya service, the link can already be closed with a single patch 105.

Die Aufgabe einen hybriden asymmetrischen Internetzugang zu generieren, welcher beide Frequenzbänder nutzen kann, wird durch eine Vorrichtung für eine satellitengestützte Datenverbindung zur Datenkommunikation mit fliegenden Flugzeugen gelöst, mit einer Antennenvorrichtung, die sowohl für das L-Band als auch für das Ku-Band ausgelegt ist, einem L-Band Modem, einem Ku-Band Modem, einem flugzeuggestützten Server, Mitteln zur flugzeuggestützten Verteilung der Daten an Flugzeugpassagiere, wobei die Antennenvorrichtung auf einem Flugzeug angebracht ist, die Antennenvorrichtung mit dem L-Band Modem, dem Ku-Band Modem und dem flugzeuggestützten Server verbunden ist, das L-Band Modem und das Ku-Band Modem mit dem flugzeuggestützten Server verbunden sind, der flugzeuggestützte Server die Ausrichtung der Dualbandantenne steuert, der flugzeuggestützte Server ausgelegt ist, über mindestens einen L-Band Kanal über einen L-Band Satelliten und eine Bodenstation des L-Band Satelliten mit einem erdgebundenen Server zu kommunizieren, der flugzeuggestützte Server die aus dem Flugzeug kommenden Daten über den mindestens einen L-Band Kanal an den erdgebundenen Server weiterleitet, der flugzeuggestützte Server über den L- Band Datenkanal bei Verfügbarkeit mindestens einen Ku-Band Datenkanal frei schaltet, so dass der erdgebundene Server Daten über den mindestens einen L-Band Kanal und den vom flugzeuggestützten Server frei geschalteten mindestens einen Ku-Band Kanal über eine Ku-Band Satelliten Bodenstation und einen Ku-Band Satelliten an die Dualbandantenne senden kann, die Antennenvorrichtung die empfangenen Daten über das L-Band Modem und das Ku-Band Modem an den flugzeuggestützten Server weiterleitet, der flugzeuggestützte Server die Daten der verschiedenen Kanäle zusammenfügt und über die Mittel zur flugzeuggestützten Verteilung der Daten an Flugzeugpassagiere an die Flugzeugpassagiere weiterleitet.The object of generating a hybrid asymmetric internet access which can use both frequency bands is achieved by a satellite data communication device for data communication with flying aircraft, with an antenna device designed for both the L-band and the Ku-band , an L-band modem, a Ku-band modem, an aircraft-based server, means for airborne distribution of the data to aircraft passengers, the antenna device being mounted on an aircraft, the antenna device with connected to the L-band modem, the Ku-band modem and the aircraft-based server, the L-band modem and the Ku-band modem are connected to the aircraft-based server, the aircraft-based server controls the orientation of the dual-band antenna, the aircraft-based server is designed to communicate via at least one L-band channel via an L-band satellite and a ground station of the L-band satellite with a terrestrial server, the aircraft-based server data coming from the aircraft via the at least one L-band channel to the earthbound server redirects the aircraft-based server via the L-band data channel on availability at least one Ku-band data channel unlocks, so that the terrestrial server data via the at least one L-band channel and released from the aircraft-based server at least one Ku-band channel over send a Ku-band satellite ground station and a Ku-band satellite to the dual-band antenna For example, the antenna device may forward the received data to the aircraft-based server via the L-band modem and the Ku-band modem, the aircraft-based server assembles the data from the various channels and forwards it to the aircraft passengers via the means for airborne distribution of the data to aircraft passengers.

Der typische mit der Dualband-Antenne mögliche Datenübertragungsdienst ist in Fig. Ib dargestellt. Der L- Band Teil der Antenne 112 ist mit einem aeronautischen L-Band Modem 113 verbunden, das über eine Standard-Schnittstelle mit einem im Flugzeug untergebrachten Server 114 kommuniziert. Über einen Ku-Band Receiver (Ku-Band Modem) 114a, der an den Ku-Band Teil der Antenne 112 angeschlossen ist, schließt der Server 114 den hybriden Link. Der Laptop 116 des Flugpassagiers kommuniziert z.B. über WLAN mit dem im Flugzeug untergebrachten Server 114. Erreicht den Server 114 eine Datenpaketanforderung, sendet dieser das Paket über den L-Band Satellitenkanal 117 an die Bodenstation 118 des L-Band Satelliten 119. Von dort wird das Paket an einen terrestrischen Proxy-Server 120 verschickt. Dieser lädt die angeforderten Datenpakete aus dem Internet 121 und sendet diese so lange über den L-Band Kanal 117 zurück bis dessen Datenkapazität erschöpft ist. Alle weiteren Daten leitet er über eine Internet Datenleitung 123 an die Bodenstation 122 des Ku-Band Satelliten 124. Von dort wird das Datenpaket zusammen mit Datenpaketen anderer Nutzer in einen vom Satellitenbetreiber verwendeten Datentransportstrom umgewandelt (z.B. DVB-S bzw. DVB-S2) und an den Ku-Band Satelliten 124 gesendet. Dieser sendet denThe typical data transmission service possible with the dual-band antenna is shown in FIG. 1b. The L-band portion of the antenna 112 is connected to an aeronautical L-band modem 113, which communicates via a standard interface with an aircraft-mounted server 114. Via a Ku-band receiver (Ku-band modem) 114a, which is connected to the Ku-band part of the antenna 112, the server 114 closes the hybrid link. The laptop 116 of the For example, an airline passenger communicates via WLAN with the aircraft-mounted server 114. When the server 114 receives a data packet request, it sends the packet over the L-band satellite channel 117 to the ground station 118 of the L-band satellite 119. From there, the packet is sent to a terrestrial Proxy server 120 sent. This loads the requested data packets from the Internet 121 and sends them as long as the L-band channel 117 back to the data capacity is exhausted. All further data he passes via an Internet data line 123 to the ground station 122 of the Ku-band satellite 124. From there, the data packet is converted together with data packets from other users in a data transport stream used by the satellite operator (eg DVB-S or DVB-S2) and sent to the Ku-band satellite 124. This sends the

Datentransportstrom zurück Richtung Erde. Der Ku-Band Teil der Dualband-Antenne 112 empfängt den gesamten Datenstrom und leitet ihn über den Ku-Band Empfänger an den im Flugzeug befindlichen Server. Dieser filtert das für den Passagier bestimmte Datenpaket aus dem Datentransportstrom heraus und kombiniert dieses mit den über den L-Band Kanal 117 empfangenen Daten. Das komplette Datenpaket leitet der Server an den Laptop des Passagiers weiter. Die Verteilung der Daten kann z.B. über ein WLAN oder eine feste Flugzeugverkabelung erfolgen.Data transport stream back to earth. The Ku-band part of the dual-band antenna 112 receives the entire data stream and sends it via the Ku-band receiver to the server located in the aircraft. This filters out the data packet intended for the passenger from the data transport stream and combines this with the data received via the L-band channel 117. The server forwards the complete data package to the passenger's laptop. The distribution of the data may e.g. via a WLAN or fixed aircraft cabling.

Damit wird zum einen eine vergleichsweise hohe Datenrate bei maximaler Nutzung der zur Verfügung stehenden Kanäle erreicht. Zum andern besteht auch bei nicht vorhandener Ku- Band Abdeckung weiterhin eine unterbrechungslose Verbindung ins Internet über die L-Band Kanäle (z.B. über den annähernd global verfügbaren Inmarsat Dienst) . Es tritt lediglich eine Reduzierung der Datenrate auf. Der sich im Flugzeug befindende Server überprüft permanent welche Datenkanäle (L- Band bzw. Ku-Band) an der jeweiligen Flugzeugposition verfügbar sind und steuert deren Verwendung durch das Ansprechen entsprechender Proxy-Server 120.This achieves, on the one hand, a comparatively high data rate with maximum utilization of the available channels. On the other hand, there is also an uninterrupted connection to the Internet via the L-band channels (eg via the almost globally available Inmarsat service) even if no Ku-band coverage exists. There is only one Reduction of the data rate. The server located in the aircraft permanently checks which data channels (L-band or Ku-band) are available at the respective aircraft position and controls their use by responding to appropriate proxy servers 120.

Dabei können, je nach entsprechender Verfügbarkeit, auch mehrere L-Band Kanäle 117 gebündelt werden. Die Vorrichtung und das Verfahren sind damit flexibel an die jeweiligen an der aktuellen Position des Flugzeugs herrschenden Verhältnisse anpassbar. Zudem kann die Datenrate an den jeweils bestehenden Bedarf angepasst werden. Ist der Bedarf gering, z.B. durch eine geringe Zahl von Nutzern im Flugzeug, dann werden nur wenige der zur Verfügung stehenden Kanäle verwendet. Bei hohem Bedarf können alle zur Verfügung stehenden Kanäle frei geschaltet werden. Diese Variabilität und Flexibilität führt zu einer erheblichen Reduktion der Kosten.Depending on the availability, several L-band channels 117 can also be bundled. The device and the method are thus flexibly adaptable to the prevailing conditions prevailing at the current position of the aircraft. In addition, the data rate can be adapted to the respective needs. If the need is low, e.g. by a small number of users on the plane, then only a few of the available channels are used. In case of high demand all available channels can be switched freely. This variability and flexibility leads to a significant reduction in costs.

Da die physikalischen Datenkanäle frei verwendbar sind, können dem Flugzeugpassagier alle möglichen Dienste wie z.B. Internetzugang, e-mail, Telefonie (auch Mobilfunk) , Video- Conferencing, Live-TV (per Internet stream oder direkt) , angeboten werden.Since the physical data channels are freely usable, the aircraft passenger can use all kinds of services, e.g. Internet access, e-mail, telephony (including mobile), video conferencing, live TV (via Internet stream or direct), offered.

Bei geeigneter Auslegung kann der Ku-Band Teil der integrierten Dualband-Apertur nicht nur zum Empfang von Signalen, sondern auch zum Senden von Signalen im Ku-Band verwendet werden. Dadurch wird es möglich sowohl den Ku-Band Link als auch den L-Band Link bidirektional zu verwenden. Diese Ausführungsform der Erfindung besitzt eine noch höhere Variabilität, da, falls ein bidirektionaler Ku-Band Dienst zur Verfügung steht, dieser auch alleine verwendet werden kann. Hierdurch ist es möglich, den jeweils kostengünstigsten Dienst frei zu wählen.When properly designed, the Ku band portion of the dual band integrated aperture can be used not only to receive signals but also to send signals in Ku band. This makes it possible to use both the Ku-band link and the L-band link bidirectional. This embodiment of the invention has even higher variability because, if a bidirectional Ku-band service is available, this can also be used alone. This makes it possible to freely choose the most cost-effective service.

Zudem können kostengünstige, relativ kleine Antennensysteme realisiert werden, welche entweder im bidirektionalen Ku-Band Modus oder im bidirektionalen L-Band Modus betrieben werden können. Da für bestimmte Flugrouten, insbesondere in der Nähe des Äquators, aus regulatorischen Gründen Ku-Band Antennen mit kleiner Abmessung im Sendemodus nicht betrieben werden dürfen, kann hier auf den bidirektionalen L-Band Modus umgeschaltet werden. Diese Ausführungsformen vermeiden große und teure Ku-Band Sendeinstallationen, da nur mit diesen in der Nähe des Äquators ein erlaubter Ku-Band Sendebetrieb möglich ist.In addition, low-cost, relatively small antenna systems can be realized, which can be operated either in bidirectional Ku-band mode or in bidirectional L-band mode. Since for certain flight routes, especially near the equator, Ku-band antennas with small dimensions in transmission mode may not be operated for regulatory reasons, can be switched to the bidirectional L-band mode here. These embodiments avoid large and expensive Ku-band broadcast installations, since only with these near the equator is it possible to allow Ku-band broadcast operation.

Mit Hilfe eines wie in Fig. 7a und 7b dargestellten mechanischen Positionierers wird die integrierte Dual-Band Apertur (701) dabei entweder auf den jeweiligen Ku-Band Satelliten oder auf den jeweiligen L-Band Satelliten ausgerichtet. Eine elektronische Steuerung des L-Band Teils der integrierten Dual-Band Apertur ist im entweder/oder Betrieb nicht notwendig. Die L-Band Antennenelemente können zudem unabhängig von der Ku-Band Apertur auf einer Elevationsachse des Positionierers angebracht werden, da ein simultaner Betrieb von Ku-Band Apertur und L-Band Apertur bei diesen Ausführungsformen nicht vorgesehen ist.With the aid of a mechanical positioner as shown in FIGS. 7a and 7b, the integrated dual-band aperture (701) is aligned either with the respective Ku-band satellite or with the respective L-band satellite. Electronic control of the L-band portion of the dual-band integrated aperture is not necessary in either / or operation. In addition, the L-band antenna elements can be mounted on an elevation axis of the positioner independently of the Ku-band aperture because simultaneous operation of Ku-band aperture and L-band aperture is not provided in these embodiments.

Weitere Ausführungsbeispiele für eine Dualband-Antenne 201 bis 205 sind in Fig. 2 - 7b dargestellt. In Fig.2 besteht das ebene Ku-Band Antennenfeld 206 aus einzelnen Aperturantennen (Schlitzstrahler) 207, welche mit einem Hohlleiternetzwerk 208 versorgt werden. Da die charakteristischen Längen im Ku- Band auch hier im Bereich von ca. 2 cm liegen, ist es ebenfalls möglich mit keiner oder nur sehr geringer Störung entsprechende L-Band Patch Antennen 209 über diesem Feld anzubringen. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass Hohlleiterstrukturen prinzipiell rauschärmer sind als feeding Strukturen, die sich auf einem Substrat befinden.Further exemplary embodiments of a dual-band antenna 201 to 205 are shown in FIGS. 2 to 7b. In Fig. 2, the plane Ku-band antenna array 206 consists of individual aperture antennas (slot radiators) 207, which are connected to a waveguide network 208 are supplied. Since the characteristic lengths in the Ku band are also in the range of approx. 2 cm, it is also possible to mount corresponding L-band patch antennas 209 over this field with no or only very little interference. This embodiment has the advantage that waveguide structures are in principle less noisy than feeding structures that are located on a substrate.

In Fig. 3 ist der L-Band Teil der Apertur nicht als Patch Antennen, sondern als ebene Spiralantennen 210 ausgelegt, die über den Stegen 211 des Ku-Band Lochgitters 212 angebracht sind. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass mit Spiralantennen 210 größere instantane Bandbreiten erreicht werden können und beim Betrieb mit zirkulären Moden die Drehrichtung durch die Geometrie der Antennen selbst bereits bestimmt werden kann. Die Spiralantennen 210 sind über Abstandsbolzen 213 montiert.In Fig. 3, the L-band portion of the aperture is designed not as patch antennas, but as planar spiral antennas 210 which are mounted over the ridges 211 of the Ku-band perforated grating 212. This embodiment has the advantage that with spiral antennas 210 greater instantaneous bandwidths can be achieved and when operating with circular modes, the direction of rotation can already be determined by the geometry of the antennas themselves. The spiral antennas 210 are mounted via spacers 213.

In Fig. 4 sind die L-Band Antennen nicht als ebene Spiralen, sondern als räumliche helikale Antennen 214 ausgeführt. Mit diesen Ausführungsformen können höhere Direktivitäten und damit ein höherer Antennengewinn erreicht werden. Zudem können durch entsprechende Einstellung der Steigungen der Helices möglicherweise auftretende parasitäre Resonanzen im Ku-Band sukzessive eliminiert werden.In Fig. 4, the L-band antennas are not designed as flat spirals, but as spatial helical antennas 214. With these embodiments, higher directivities and thus a higher antenna gain can be achieved. In addition, parasitic resonances possibly occurring in the Ku band may be successively eliminated by adjusting the pitch of the helices accordingly.

In nicht dargestellten Ausführungsformen sind die L-Band Antennen als Schlaufen-Antennen (Loop-Antennen) oder als Dipol-Antennen ausgeführt. Da auch in diesen Fällen die charakteristischen Längen im Ku-Band und im L-Band in der oben beschriebenen Weise verträglich sind, kann die Dimensionierung dieser L-Band Antennen so erfolgen, dass die Ku-Band Antenne nicht oder nur schwach gestört wird. Diese Ausführungsformen haben den Vorteil, dass durch die Verwendung verschiedener L-Band Antennenelemente die Gesamt- Antennencharakteristik detailliert modelliert werden kann.In non-illustrated embodiments, the L-band antennas are designed as loop antennas (loop antennas) or as dipole antennas. Since the characteristic lengths in the Ku band and the L band in the manner described above are compatible even in these cases, the dimensioning of these L-band antennas can be such that the Ku-band antenna is not or only slightly disturbed. These embodiments have the advantage that by using different L-band antenna elements, the overall antenna characteristic can be modeled in detail.

In Fig. 5 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der die metallische Abschirmung 215 des Ku-Band Zuführungsnetzwerks selbst als L-Band Antenne strukturiert ist. Das Zuführungsnetzwerk ist derart geometrisch ausgelegt, dass in der Abschirmung Schlitze 216 und Aussparungen 217 derart angebracht werden können, dass geometrische Strukturen entstehen welche die Ausdehnung der charakteristischen L-Band Länge besitzen. Durch geeignete Speisepunkte 218 bilden sich in diesen Strukturen die gewünschten zirkulären Stromverteilungen aus. Diese Ausführungsformen haben den Vorteil der noch höheren Integrationsdichte.In Fig. 5, an embodiment is shown in which the metallic shield 215 of the Ku-band feed network itself is structured as an L-band antenna. The feed network is designed geometrically such that slots 216 and recesses 217 can be mounted in the shield such that geometric structures arise which have the extension of the characteristic L-band length. By suitable feeding points 218, the desired circular current distributions are formed in these structures. These embodiments have the advantage of even higher integration density.

In Fig. 6 ist eine Ausführungsform 205 dargestellt, bei der die Ku-Band Antennenfelder 222 derart dimensioniert sind, dass sie die Ausdehnung der L-Band Patch-Antennen 219 besitzen. Die metallische Abschirmung 221 des Zuführungsnetzwerks des Ku-Band Antennenfeldes selbst bildet dann den L-Band Patch. Mehrere solche Elemente sind wiederum durch ein externes Ku-Band Zuführungsnetzwerk 220 mit einem Speisepunkt 223 zu einem Feld verschaltet. Auch die L-Band Patches können entsprechend verschaltet werden. Diese Ausführungsform hat den Vorteil einer sehr großen Variabilität .FIG. 6 shows an embodiment 205 in which the Ku-band antenna fields 222 are dimensioned such that they have the extent of the L-band patch antennas 219. The metallic shield 221 of the feed network of the Ku-band antenna array itself then forms the L-band patch. Several such elements are in turn connected by an external Ku-band feed network 220 to a feed point 223 to a field. The L-band patches can also be interconnected accordingly. This embodiment has the advantage of a very large variability.

In Fig. 7a und 7b ist ein vollständiges aeronautisches Antennensystem 700 mit integrierter Ku/L-Band Antenne dargestellt. Es besteht aus einer erfindungsgemäßen Dualband- Apertur (701) (hier mit Schutzabdeckung) welche an einen kryoelektronischen Low-Noise Amplifier (LNA) (702) angekoppelt ist. Der kryoeleketronische LNA wird mit Hilfe eines Kleinkühlers (703) bei einer Temperatur von ca. 70 K betrieben. Das Antennenmodul bestehend aus der Dualband- Apertur (701) und dem LNA (702) mit Kühler (703) sowie einem L-Band Diplexer (704) ist in eine PositionierungsplattformIn Fig. 7a and 7b, a complete aeronautical antenna system 700 is shown with integrated Ku / L-band antenna. It consists of a dual-band Aperture (701) (here with protective cover) which is coupled to a cryo-electronic low-noise amplifier (LNA) (702). The cryoelectronic LNA is operated by means of a small cooler (703) at a temperature of about 70 K. The antenna module consisting of the dual-band aperture (701) and the LNA (702) with cooler (703) and an L-band diplexer (704) is in a positioning platform

(705) integriert, welche eine mechanische Ausrichtung der Antenne in Azimut und Elevation erlaubt. Das Antennenmodul selbst ist auf der Elevationsachse mit den Aufnehmern (70βa) und (706b) befestigt. Die Achslager sind als wartungsfreie Gleitlager ausgeführt. Mit Hilfe der Zahnkranzsektorscheibe(705), which allows mechanical alignment of the antenna in azimuth and elevation. The antenna module itself is mounted on the elevation axis with the transducers (70βa) and (706b). The axle bearings are designed as maintenance-free plain bearings. With the help of the sprocket sector disc

(707) und des Elevationsmotors (708) kann die Antenne in einem Elevationswinkelbereich von 0° bis 90° geschwenkt werden. Der Azimutmotor (709) greift in einen 360° Zahnkranz(707) and the elevation motor (708), the antenna can be tilted in an elevation angle range of 0 ° to 90 °. The azimuth motor (709) engages in a 360 ° sprocket

(710) , welcher auf der feststehenden Seite eines wartungsfreien Polymer-Rundtischgleitlagers (711) befestigt ist. In das Rundtischgleitlager (711) ist eine Drehdurchführung (712) integriert, welche die erforderlichen HF-Kanäle sowie Kanäle für die Stromversorgung der Motoren, des Kleinkühlers und der Elektronik, und Kanäle für die Datenübertragung und Steuerung enthält . Auf der Plattform(710) mounted on the fixed side of a maintenance-free polymer rotary table bearing (711). In the rotary table slide bearing (711), a rotary feedthrough (712) is integrated, which contains the required RF channels and channels for the power supply of the motors, the small cooler and the electronics, and channels for data transmission and control. On the platform

(713) befinden sich zudem zwei Elektronikboxen (714a) und(713) are also two electronic boxes (714a) and

(714b) , welche die Steuer- und Regelelektronik, HF-Module zur Signalverarbeitung und ein HF-Modul zur Nachführung der Ku- Band Polarisation enthalten. Über die Kanäle zur Datenübertragung und Steuerung kann die Ausrichtung der Dualbandantenne von z.B. einem sich im flugzeuginneren befindenden Computer (Server) gesteuert werden. Dieser Computer ist typischerweise mit dem Flugzeugnavigationssystem verbunden und erhält von diesem die für die Ausrichtung der Antenne notwendigen Positions- und Lagedaten. Daraus werden die Positionierungsdaten für die Antenne zur Positionierung auf einen bestimmten Ku-Band bzw. L-Band Satelliten berechnet. Diese Positionierungsdaten werden an die Steuer- und Regelungselektronik welche sich in den Elektronikboxen (714a) bzw. (714b) befindet übertragen. Die Steuer- und Regelungselektronik steuert dann den Azimutmotor (709) und den Elevationsmotor (708) sowie gegebenenfalls die Ausrichtung der L-Band Keule über das L-Band beam forming Netzwerk entsprechend.(714b), which contain the control electronics, RF modules for signal processing and an RF module for tracking the Ku-band polarization. Via the channels for data transmission and control, the orientation of the dual-band antenna can be controlled by, for example, a computer (server) located inside the aircraft. This computer is typically connected to the aircraft navigation system and receives from this the position and location data necessary for the alignment of the antenna. It will become calculates positioning data for the antenna for positioning on a particular Ku-band or L-band satellite. These positioning data are transmitted to the control and regulating electronics which are located in the electronic boxes (714a) and (714b). The control electronics then controls the azimuth motor (709) and the elevation motor (708) and optionally the orientation of the L-band lobe via the L-band beam forming network accordingly.

Mit einem typischen Durchmesser von ca. 60 cm und einer typischen Höhe von nur ca. 15 cm benötigt das in den Fig. 7a und 7b dargestellte Antennensystem 700 bei vergleichbarer oder sogar höherer Leistungsfähigkeit ganz erheblich weniger Bauraum und hat eine erheblich geringeres Gewicht als zwei separate Antennen. Zudem ist der Bauraumbedarf sogar kleiner als der, welcher typischerweise für eine einzelne aeronautische L-Band oder Ku-Band Antenne benötigt wird.With a typical diameter of about 60 cm and a typical height of only about 15 cm, the antenna system 700 shown in FIGS. 7a and 7b requires considerably less space at comparable or even higher performance and has a considerably lower weight than two separate ones antennas. In addition, the space requirement is even smaller than that typically required for a single aeronautical L-band or Ku-band antenna.

Die Verwendung eines Polymer-Rundtischgleitlagers ermöglicht eine vergleichsweise sehr niedrige Bauhöhe. Zudem erlauben solche Lager die direkte Integration des LNA-Kühlermoduls in die Antenne, da die im Betrieb auftretenden Lasten gleichmäßig auf den Lagerring verteilt werden. Diese gleichmäßige Lastverteilung ermöglicht eine asymmetrische Belastung und damit eine sehr kompakte Bauweise, was bei anderen Lagern nicht, oder nur sehr eingeschränkt möglich ist.The use of a polymer rotary table sliding bearing allows a comparatively very low height. In addition, such bearings allow the direct integration of the LNA cooler module in the antenna, since the loads occurring during operation are distributed evenly on the bearing ring. This uniform load distribution allows an asymmetric load and thus a very compact design, which is not possible in other camps, or only very limited.

Die Dualbandantenne kann damit in kompakter Bauweise mit einem kryoelektronischen Vorverstärker betrieben werden, was zu einer erheblichen Steigerung der Sensitivität und somit der Leistungsfähigkeit der Antenne bei minimiertem Bauraumbedarf führt.The dual-band antenna can thus be operated in a compact design with a cryo-electronic preamplifier, resulting in a significant increase in sensitivity and thus the performance of the antenna with minimal space requirements leads.

Das in den Fig. 7a und 7b dargestellte Äntennensystem 700 kann direkt auf dem Flugzeugrumpf montiert und mit einem aerodynamischen Radom abgedeckt werden. Im Gegensatz zu den bisher erforderlichen zwei separaten Antennensystemen wird nur eine einzige Positionierungsplattform benötigt und es reicht eine einzige druckfeste Durchführung in die Kabine aus. Dies senkt die Installationskosten erheblich. Auch wird flugzeugseitig nur eine einzige Montageposition auf dem Flugzeugrumpf benötigt, was die Herstellungskosten reduziert.The antenna system 700 shown in FIGS. 7a and 7b can be mounted directly on the fuselage and covered with an aerodynamic radome. In contrast to the previously required two separate antenna systems, only a single positioning platform is required and it is sufficient for a single pressure-resistant implementation in the cabin. This considerably reduces the installation costs. Also, only a single mounting position on the aircraft fuselage is required on the aircraft side, which reduces the manufacturing costs.

In einer nicht dargestellten Ausführungsform wird die Antenne mit konventionellen LNAs (nicht kryogekühlt) integriert in die gezeigte Positionierungsplattform betrieben. Diese Ausführungsform ist zwar weniger leistungsfähig als die dargestellte, sie hat jedoch den Vorteil geringerer Kosten und eines geringeren Gesamtgewichts.In an embodiment not shown, the antenna is operated with conventional LNAs (not cryogenically cooled) integrated into the positioning platform shown. While less powerful than the illustrated embodiment, this embodiment has the advantage of lower cost and lower overall weight.

In einer ebenfalls nicht dargestellten Ausführungsform werden auf der in den Fig. 7a und 7b gezeigten Antennenplattform zwischen der Elevationsachse und den Elektronik-Boxen zusätzliche L-Band Antennenelemente angebracht und mit denen, die sich in der Apertur (701) befinden, verschaltet. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass der Winkelbereich des L-Band Antennenfeldes und/oder die Direktivität erhöht werden kann.In an embodiment, also not shown, additional L-band antenna elements are mounted on the antenna platform shown in FIGS. 7a and 7b between the elevation axis and the electronics boxes and interconnected with those located in the aperture (701). This embodiment has the advantage that the angular range of the L-band antenna field and / or the directivity can be increased.

Die Positionierungsplattform (700) kann auch dazu verwendet werden die integrierte Dual-Band Apertur (701) entweder auf einen Ku-Band Satelliten oder auf einen L-Band Satelliten auszurichten. Der Ku-Band Teil der Apertur ist dabei sowohl zum Empfang als auch zum Senden im Ku-Band ausgelegt. Damit können in relativ einfacher Weise sowohl bidirektionale Ku- Band Dienste als auch bidirektionale L-Band Dienste genutzt werden. Das Antennensystem ist dann zusätzlich mit den entsprechend notwendigen Sendeeinrichtungen (Sende- Leistungsverstärker, Up-converter, Ku-Band Diplexer etc.) ausgestattet .The Positioning Platform (700) can also be used to integrate the dual band dual aperture (701) on either a Ku-band satellite or an L-band satellite align. The Ku band part of the aperture is designed both for receiving and for sending in Ku band. Thus, both bidirectional Ku-band services and bidirectional L-band services can be used in a relatively simple manner. The antenna system is then additionally equipped with the necessary transmission equipment (transmit power amplifier, up-converter, Ku-band diplexer, etc.).

In einer nicht dargestellten Ausführungsform sind die L-Band Antennenelemente räumlich getrennt von den Ku-Band Antennenelementen auf der Elevationsachse der Positionierungsplattform (700) angebracht, so dass entweder die Ku-Band Antennenelemente oder die L-Band Antennenelemente auf den jeweiligen Satelliten ausgerichtet werden können. In one embodiment, not shown, the L-band antenna elements are spatially separated from the Ku-band antenna elements on the elevation axis of the positioning platform (700) so that either the Ku-band antenna elements or the L-band antenna elements can be aligned with the respective satellite ,

Claims

Claims :

1. Antenna device with a dual-band antenna for the frequency ranges L-band (1.5GHz - 1.7GHz) and Ku-band (10.7GHz - 14.5GHz), especially for aeronautical

Applications consisting of a planar antenna array of Ku-band antenna elements, which are interconnected by a feed network, and at least one L-band antenna element, characterized in that the feed network is provided with an electrically conductive, in particular metallic shield such that the Ku Are non-shielded antenna elements and can receive an incident electromagnetic wave undisturbed, and the at least one L-band antenna element arranged in the incident direction over the Ku-band antenna field and is designed such that it consists of a metallic structure, which in the direction of arrival over a or has multiple openings, so that the Ku-band antenna elements are not completely covered by the metallic structure of the at least one L-band antenna element in the direction of arrival.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the metallic shield of the Ku-band antenna field consists of a periodic perforated grid and the at least one L-band antenna element is designed as a patch, which also consists of a periodic perforated grid, and the holes of the L. -Band patches are at least equal to or larger than the holes of the metallic shield of the Ku-band antenna array, and the holes of the L-band patch are centered over the holes of the metallic shield of the Ku-band antenna array.

3. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the Ku-band antenna field consists of electric dipoles and the electrical dipoles and the feeding network in microstrip technology is executed.

4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the Ku-band antenna array consists of aperture antennas.

5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the Ku-band antenna field consists of horns

6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one L-band antenna element is designed as a spiral antenna.

7. Device according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of L-band antenna elements are arranged above the Ku-band antenna field and are variably or firmly interconnected.

8. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the metallic shielding of the feed network of the Ku-band antenna field itself is structured as an L-band antenna.

9. Device according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of dual-band antennas are connected to antenna fields fixed or variable.

10. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the dual-band antenna is integrated into the elevation axis of a positioning platform and the positioning platform has an elevation motor, an azimuth motor and gears with which the antenna can be aligned, preferably Azimutachslager from a polymer Rundtischgleitlager consists, in the Azimutachslager an unrestricted rotatable implementation is integrated, which has radio frequency channels and channels for power supply and data transmission, and preferably on the positioning platform at least one electronics box is mounted, which electrical and electronic circuits for controlling the platform to power the active High frequency components and for data transmission contains.

11. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the dual-band antenna is operated with a cryo-electronic preamplifier.

12. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the Ku-band antenna field is designed both for receiving and for transmitting signals, and the at least one L-band antenna element is designed both for receiving and for transmitting signals, and the antenna has means such as low-noise amplifiers, down-converters, power amplifiers, frequency diplexers and up-converters, so that the antenna can receive and transmit signals in both L-band and Ku-band.

13. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the device is designed by means of a positioning platform to align either the Ku-band antenna array on a Ku-band satellite or the at least one L-band antenna element to an L-band satellite and the Airborne server controls the selection of the respective band and the selection of the respective satellite.

14. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the Ku-band antenna array and the at least one L-band antenna element are spatially separated on an elevation axis of a positioning platform mounted such that the positioning platform either the Ku-band antenna field on a Ku Band or the at least one L-band antenna element can align to an L-band satellite.

15. An apparatus for a satellite-based data connection with an antenna device, in particular according to one of the preceding claims, which is designed for both the L-band and the Ku-band, for data communication with flying aircraft, with an L-band modem, a Ku Band modem, an airborne server, means for airborne distribution of the data

Aircraft passengers, wherein the antenna device is mounted on an aircraft, the antenna device is connected to the L-band modem, the Ku-band modem and the aircraft-based server, the L-band modem and the Ku-band modem are connected to the aircraft-based server, the airborne server controls the orientation of the antenna device, the aircraft-based server is designed to communicate via at least one L-band channel via an L-band satellite and a ground station of the L-band satellite with a terrestrial server, the aircraft-based server data coming from the aircraft via the at least one L-band channel to the forwarded earth server, the aircraft-based server on the L-band data channel at least one Ku-band data channel enabled, so that the terrestrial server data via the at least one L-band channel and released from the aircraft-based server at least one Ku-band Channel via a Ku-band satellite ground station and a Ku-band satellite to the dual-band antenna, the antenna device forwards the received data via the L-band modem and the Ku-band modem to the aircraft-based server, the aircraft-based server the data of the various Channels together and through the means of airborne distribution the data to aircraft passengers to the aircraft passengers forwarded.

16. The apparatus according to claim 15, characterized in that a separate L-band antenna and a separate Ku-band antenna is provided.

17. A method for a satellite-based data connection with an antenna device, in particular according to one of the preceding claims 1 to 14, which is designed for the L-band as well as for the Ku-band, for data communication with flying aircraft, wherein the Antenntenvorrichtung an L-band Modem, a Ku-band modem, an airborne server and means for airborne distribution of the data to aircraft passengers, the antenna device mounted on an aircraft, the antenna device connected to the L-band modem, the Ku-band modem and the airborne server, the L-band modem and the Ku-band modem are connected to the aircraft-based server and the aircraft-based server controls the orientation of the antenna device, the aircraft-based server communicates via at least one L-band channel via an L-band satellite and a ground station of the L-band satellite with a terrestrial server, the data coming from the aircraft are forwarded by the aircraft-based server via at least one L-band channel to a terrestrial server , via the L-band data channel at least one Ku-band data channel is enabled when available by the aircraft-based server, data are transmitted via the earth-bound server via the at least one L-band channel and enabled by the aircraft-based server at least one Ku-band channel via a Ku-band satellite ground station and Ku-band satellite sent to the antenna device, the data received from the antenna device is forwarded to the aircraft-based server via the L-band modem and the KU-Band modem, finally the data is merged by the aircraft-based server and transmitted via the means for airborne distribution of the data to aircraft passengers the aircraft passengers forwarded.