DE19501448A1

DE19501448A1 - Antenneneinrichtung für Satellitenempfang

Info

Publication number: DE19501448A1
Application number: DE1995101448
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Seemann
Original assignee: MEDIA TECH VERTRIEBS GmbH
Current assignee: SEEMANN, OLIVIA, 78549 SPAICHINGEN, DE
Priority date: 1995-01-19
Filing date: 1995-01-19
Publication date: 1996-07-25

Description

Die Erfindung betrifft eine Antenneneinrichtung für Satel litenempfang mit einer Mikrowellenplanarantenne gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Satellitenempfangsantenneneinrichtungen sind in unterschied lichsten Ausführungsformen bekannt. Die am gebräuchlichsten Antennen zum Empfang von von Satelliten ausgestrahlten Signalen, wie z. B. Rundfunk oder Fernsehsignalen, verwenden eine Reflektorantenne, im allgemeinen eine Parabolantenne oder auch "Satellitenschüssel" genannt. Diese Parabolantenne wird auf den zu empfangenden Satelliten ausgerichtet und derart ausgerichtet auf einer Halterung fest montiert. Im Falle, daß unterschiedliche Satelliten empfangen werden sollen, wird die Parabolantenne über eine üblicherweise motorangetriebene und ferngesteuerte Verstelleinrichtung an die Halterung montiert.

Darüber hinaus sind auch Planarantennen zum Empfangen von Mikrowellen bekannt. Eine ausführliche Beschreibung des Aufbaus solcher Planarantennen ist in "Taschenbuch der Hochfrequenztechnik", 5. Auflage, von Meinke, Gundlach, im Abschnitt N "Antennen" unter Punkt 7 beschrieben. Die Pla narantenne weist eine Vielzahl von in einer Ebene angeord neten Empfangselementen auf, die an einen gemeinsamen Speise punkt zusammengeschaltet sind, und beispielsweise über einen herkömmlichen Empfangskonverter im Falle von Empfangsanten nen ausgekoppelt werden. Als Empfangselemente dienen soge nannte Streifenleitungsstrahlerelemente, die direkt ange koppelt, über eine Grundplatte hindurch oder kapazitiv angekoppelt werden.

Auf die genannte Veröffentlichung wird zum Zwecke der Offen barung hiermit ausdrücklich Bezug genommen. Der Aufbau und die Wirkungsweise solcher Mikrowellenplanarantennen wird aus dieser Veröffentlichung deutlich.

Die bekannten Planarantennen weisen jedoch den Nachteil einer verhältnismäßig geringen Bandbreite auf. Darüber hinaus ist deren Wirkungsgrad im Vergleich zu Reflektoran tennen ungünstiger.

Es werden deshalb zur Erzielung eines hohen Antennengewinns im Mikrowellenbereich vorzugsweise Reflektorantennen mit großem Durchmesser verwendet. Allerdings ist die Herstellung solcher Reflektorantennen in der nötigen Genauigkeit sehr aufwendig und teuer.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Satellitenempfangsantenneneinrichtung anzugeben, die sich durch einen hohen Antennengewinn auszeichnet, jedoch keine Reflektorantennen mit sehr großen Durchmessern benötigt.

Diese Aufgabe wird durch eine Satellitenempfangsantennenein richtung erreicht, wie sie im Anspruch 1 angegeben ist.

Weiterbildungen dieser Satellitenempfangsantenneneinrich tung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung beruht darauf, eine Mikrowellenplanarantenne mit einer Vielzahl von in einer Ebene angeordneten Empfangs elementen vorzusehen. Diese Empfangselemente sind zusammen geschaltet. Die Ausgangssignale dieser Empfangselemente werden über einen einzigen herkömmlichen Empfangskonverter (LNB) ausgekoppelt. Darüber hinaus sieht die Satelliten empfangsantenneneinrichtung eine Vielzahl von Reflektoran tennen vor, die in gleicher Richtung ausgerichtet sind, um jeweils die zu empfangenen Mikrowellen gebündelt zu sammeln. Die von jeder der Reflektorantennen gesammelten Mikrowellen werden dann über einen Hohlwellenleiter an eines der Emp fangselemente der Planarantenne geführt.

In einer Weiterbildung der Erfindung sind die Empfangsele mente Empfangsdipole bzw. Streifenleitungsstrahlerelemente, wie sie in der eingangs genannten Veröffentlichung angegeben sind. Die Realisierung in Form von Streifenleitungsstrahler elementen hat bei der Herstellung der Mikrowellenplanaran tenne erhebliche Vorteile, da dort im wesentlichen lediglich eine Metallisierung, eine auf der Metallisierung befindliche Substratschicht und rechteckförmige Strahlerelemente in Form von Microstrip-Leitungsstücken vorzusehen ist.

Darüber hinaus können auch sogenannte Flächenresonatoren als Empfangselemente eingesetzt werden. Solche Flächenresonato ren wurden bereits 1988 von der Firma Marconi, England, in dem sogenannten "Blue cap LNB" verwendet.

Der wesentliche Vorteil einer solchen Satellitenempfangsan tenneneinrichtung liegt darin, daß trotz Einsatzes von Reflektorantennen mit verhältnismäßig geringen Durchmesser (kleiner gleich etwa 1 Meter) ein hoher Gewinn im Mikrowel lenbereich erzielbar ist. Im Vergleich zu Reflektorantennen mit sehr großen Durchmessern (mehreren Metern) läßt sich die erfindungsgemäße Satellitenempfangsantenneneinrichtung ein facher transportieren als große Spiegel mit mehreren Metern Durchmesser. Darüber hinaus zeichnet sich die erfindungsge mäße Satellitenempfangsantenneneinrichtung dadurch aus, daß diese jederzeit erweiterbar ist.

Des weiteren sieht die erfindungsgemäße Satellitenempfangs antenneneinrichtung lediglich einen einzigen Empfangskonver ter (LNB) vor. Würden dagegen mehrere solcher Empfangskon verter zusammengeschaltet, könnte aufgrund der naturgemäß unterschiedlichen Verstärkung und Toleranzen solcher Emp fangskonvertern der erzielbare Gewinn wieder zunichte ge macht werden.

Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Satelliten empfangsantenneneinrichtung könnte beispielsweise ein Array von 16 Parabolantennen mit je 1 Meter Durchmesser aufweisen. Die Planarantenne würde dann lediglich 16 Empfangselemente zum Empfangen von horizontalpolarisierten Mikrowellen und 16 Empfangselemente zum Empfangen von vertikal polarisierten Mikrowellen benötigen. Diese Empfangselemente sind so zu einander zusammengeschaltet, daß ein horizontal polarisier tes Empfangssignal und ein vertikal polarisiertes Empfangs signal an einem gemeinsamen Speisepunkt zur Verfügung steht und über einen einzigen handelsüblichen Empfangskonverter (LNB) auskoppelbar ist.

Für die Planarantenne können zwar jeweils getrennte Elemente für "horizontalen" und "vertikalen" Empfang eingesetzt werden. Allerdings ist auch die Verwendung von 16 Flächen resonatoren möglich. Diese Flächenresonatoren erlauben die Auskopplung beider Polarisationen. Eine Polarisation wird auf der Vorderseite ausgekoppelt, die andere auf der Rück seite, so daß nur eine Trägerfolie für die Empfangselemente gebraucht wird, statt getrennten Trägerfolien für horizontal und vertikal.

Für eine Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß im Brennpunkt jeder Reflektorantenne, die vorzugsweise eine Parabolantenne ist, sogenannte Feeds angeordnet sind, und daß die Hohlwellenleiter mit diesen Feeds verbunden sind, um die empfangenen Mikrowellen in diesen Hohlwellenleiter zu leiten.

Die einzelnen Reflektorantennen werden vorzugsweise auf einer gemeinsamen Ebene angeordnet und von einem Trägerkör per gehalten. Dieser Trägerkörper ist vorzugsweise ein stabiler, verwindungsfreier Metallrahmen, auf dem die Re flektorantennen ineinander und übereinander parallel ausge richtet befestigt sind. Die Feeds werden in den jeweiligen Brennpunkten installiert und mit dem dazugehörigen Hohlwel lenleitern verbunden. Es ist jedoch bei der Länge der Hohl wellenleiter zu beachten, daß alle Signale am Ausgang der Hohlwellenleiter in der gleichen Phasenlage anstehen und daß die Polarität des im Hohlwellenleiter geführten Mikrowellen signales nicht geändert wird. Sollte dies nicht der Fall sein, sind in die Hohlwellenleiter Einrichtungen einzu schleifen, durch die die Phasenlage und/oder Polarität des Mikrowellensignales veränderbar ist.

Der Trägerkörper für die Reflektorantennen wird zweckmäßi gerweise zur einfachen Azimuteinstellung drehbar gelagert. Zur Elevationseinstellung sollte dieser Trägerkörper an einer Seite, wahlweise oben oder unten, mit einem Scharnier oder dergleichen versehen sein und auf der Gegenseite ist z. B. eine Verstelleinrichtung vorzusehen, um den gewünschten Neigungswinkel des Reflektorantennenarrays einstellen zu können.

Die Antenneneinrichtung nach der Erfindung wird nachfolgend im Zusammenhang mit einem Ausführungsbeispiel näher erläu tert. Es zeigen

Fig. 1 die Draufsicht auf ein Reflektorantennenarray mit insgesamt 16 Parabolantennen,

Fig. 2 eine schematische Seitenansicht einer Satel litenempfangsantenneneinrichtung nach der Erfindung mit dem Reflektorantennenarray nach Fig. 1, einer Planarantenne sowie zwischen den Reflektorantennen und der Planarantenne angeordneten Hohlleitern ,

Fig. 3 die Draufsicht auf eine Planarantenne mit Flächenresonatoren, und

Fig. 4 eine Draufsicht auf eine Planarantenne mit Streifenleitungsstrahlerelementen.

In den nachfolgenden Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen gleiche Teile mit gleicher Bedeutung.

In Fig. 1 ist schematisch ein Reflektorantennenarray darge stellt, wie es bei einer Satellitenempfangsantenneneinrich tung nach der Erfindung verwendet werden kann. Es sind insgesamt 16 Reflektorantennen 10 vorgesehen. Diese Reflek torantennen 10 sind so angeordnet, daß jeweils vier Reflek torantennen 10 parallel übereinander und nebeneinander sitzen. Im Brennpunkt dieser als Parabolantennen ausgebilde ten Reflektorantennen 10 ist jeweils ein Feed 12 zum Aufneh men der Mikrowellen in nicht näher dargestellter Weise befestigt.

Aus der Seitendarstellung von Fig. 2 ist die Anordnung dieser Feeds 12 im Brennpunkt der Parabolantennen 10 zu erkennen. Die im Feed 12 jeder Parabolantennen 10 gesammel ten Mikrowellen werden mittels Hohlwellenleitern 11 auf eine Planarantenne 1 geführt. Die Planarantenne 1 weist hierfür beispielsweise 16 Empfangselemente zum Empfangen von verti kal polarisierten Mikrowellen und 16 Empfangselemente zum Empfangen von horizontal polarisierten Mikrowellen auf. Die einzelnen Empfangselemente 2, 3 sind zusammengeschaltet, um ein verstärktes Ausgangssignal bereitzustellen, das über einen herkömmlichen Empfangskonverter -LNB- 5 ausgekoppelt wird.

Wie aus Fig. 2 weiter ersichtlich, ist die Anordnung, bestehend aus Parabolantennen 10, Feeds 12, Hohlleitern 11, Planarantenne 1 und Empfangskonverter 5 auf einen Trägerkör per 15 montiert. Dieser Trägerkörper 15 ist vorzugsweise ein stabiler, verwindungsfreier Metallrahmen, der die neben einander und übereinander parallel ausgerichteten Parabolan tennen 10 hält.

Der Trägerkörper 15 ist zweckmäßigerweise drehbar gelagert, so daß eine einfache Azimuteinstellung durchführbar ist. Zur Elevationseinstellung ist dieser Trägerkörper 15 an einer Seite, wahlweise oben oder unten, mit einem Scharnier oder dergleichen versehen und an der Gegenseite mit einer Ver stelleinrichtung, um den gewünschten Neigungswinkel des Parabolantennenarrays einstellen zu können. Diese Ver stelleinrichtung ist der Übersichtlichkeit wegen in Fig. 2 nicht ersichtlich.

Wesentlich bei der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Sa tellitenempfangsantenneinrichtung ist, daß eine Vielzahl von Reflektorantennen 10 in gleiche Richtung ausgerichtet sind und jeweils zum Sammeln von zu empfangenden Mikrowellen dienen. Die von jeder der Reflektorantennen 10 gesammelten Mikrowellen werden dann über die Hohlwellenleiter 11 an eines der Empfangselemente der Planarantenne 1 geführt und dort von einem Empfangskonverter weiterverarbeitet.

In Fig. 3 ist die ausschnittsweise Draufsicht auf die Planarantenne 1 gezeigt, wie sie bei dem Reflektorantennen array gemäß Fig. 1 eingesetzt werden kann. In der Mitte der Planarantenne 1 von Fig. 3 ist ein Speisepunkt 16 angeord net, um den herum insgesamt 16 Empfangselemente 2 in Form von Flächenresonatoren gleich verteilt angeordnet sind. Die Empfangselemente 2 dienen auf der Vorderseite zum Empfangen von vertikal polarisierten Mikrowellen, während die Emp fangselemente 2 auf der Rückseite zum Empfang von horizontal polarisierten Mikrowellen vorgesehen sind. Die in Fig. 3 dargestellte Planarantenne 1 ist von der Frontseite her dargestellt. Auf einer Metallisierung sind kreisrunde Öff nungen für die Empfangselemente 2 vorgesehen, in die jeweils ein Leiterstück 17 ragt, das zur kapazitiven Ankopplung des Streifenleitungsstrahlerelementes der Planarantenne 1 gemäß Bild 2 der eingangs genannten Veröffentlichung dient.

An den Speisepunkt 16, der in Fig. 3 dargestellten Planar antenne 1 ist der Empfangskonverter 5 der Satellitenemp fangsantenneneinrichtung anzuschließen.

Die Planarantenne 1 gemäß Fig. 4 weist eine Vielzahl von Streifenleitungshalterelementen 3 auf, von denen ein Teil für den Empfang von vertikal polarisierten und ein Teil für den Empfang von horizontal polarisierten Signalen vorgesehen ist. Die Planarantenne 1 besteht im allgemeinen aus einer geätzten Kupferfolie für jede der beiden Polaritäten sowie vorzugsweise mehreren Metallabdeckungen mit runden Öffnun gen, welche die eigentlichen Empfangselemente freilassen. Erfindungsgemäß werden an diese runden Öffnungen Hohlwellen leiter 11 mit rundem Querschnitt angekoppelt und zwar der art, daß der runde Querschnitt des Hohlwellenleiters 11 den gleichen Durchmesser aufweist wie die runden Öffnungen der Empfangselemente 3 der Planarantenne 1.

Zur Ankopplung der Hohlwellenleiter 11 an die Planarantenne 1 bietet es sich an, die Hohlwellenleiter 11 an einer ge meinsamen Platte münden zu lassen, deren Öffnungen mit den Öffnungen der in Fig. 3 gezeigten Metallabdeckung der Planarantenne 1 deckungsgleich sind. Die Platte ist dann gegenüberliegend zu der erwähnten Metallabdeckung anzuord nen.

Bezugszeichenliste

1 Mikrowellenplanarantenne
2 Empfangselement
3 Empfangselement
4 Öffnung
5 Empfangskonverter, LNB
7 Kupferfolie
10 Reflektorantenne, Parabolantenne
11 Hohlwellenleiter
12 Feed
15 Trägerkörper
16 Speisepunkt
17 Leitungsstück

Claims

1. Antenneneinrichtung für Satellitenempfang mit einer Mikrowellenplanarantenne (1), die eine Vielzahl von in einer Ebene angeordneten Empfangselementen (2, 3) auf weist, welche zusammengeschaltet an einen einzigen herkömmlichen Empfangskonverter - LNB - (5) angekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von in gleiche Richtung ausgerichteten Reflektorantennen (10) vorgesehen ist zum jeweiligen Bündeln von zu empfangen den Mikrowellen, und daß die von jeder der Reflektoran tennen (10) empfangenen Mikrowellen über Hohlwellenlei ter (11) an eines der Empfangselemente (2, 3) geführt werden.

2. Antenneneinrichtung für Satellitenempfang nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangselemente (2, 3) Empfangsdipole oder Streifenleitungsstrahlereleinente sind.

3. Antenneneinrichtung für Satellitenempfang nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Empfangsele ment (3) ein eigener Empfangsdipol oder Streifenlei tungsstrahlerelement (2) zum Empfangen von vertikal polarisierten und ein Empfangsdipol oder Streifenlei tungsstrahlerelement (3) zum Empfangen von horizontal polarisierten Mikrowellen zugeordnet ist.

4. Antenneneinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangselemente (2) Flächenre sonatoren zum gemeinsamen Empfangen von horizontal und vertikal polarisierten Mikrowellen sind.

5. Antenneneinrichtung für Satellitenempfang nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Brenn punkt jeder Reflektorantenne (10) ein Feed (12) angeord net ist, und daß an jeden Feed (12) ein Hohlwellenleiter (11) angekoppelt ist.

6. Antenneneinrichtung für Satellitenempfang nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Reflektorantennen (10) auf einer gemeinsamen Ebene angeordnet und von einem gemeinsamen Trägerkörper (15) gehalten sind.

7. Antenneneinrichtung für Satellitenempfang nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper (15) samt Reflektorantennen (10) drehbar gelagert ist.

8. Antenneneinrichtung für Satellitenempfang nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Reflektorantennen (10) nebeneinander und übereinander parallel zueinander ausgerichtet angeordnet sind.

9. Antenneneinrichtung für Satellitenempfang nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Längen der einzelnen Hohlwellenleiter (11) so zueinander bemessen sind, daß an deren Ausgang jeweils Mikrowellen signale mit gleicher Phasenlage anliegen.

10. Antenneneinrichtung für Satellitenempfang nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Hohlwellenleiter (11) so ausgebildet sind, daß die Polarität eines am Eingang des Hohlwellenleiters (11) eingekoppelten Mikrowellensignales am Ausgang des Hohlwellenleiters erhalten bleibt.

11. Antenneneinrichtung für Satellitenempfang nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in den Hohlwellenleitern (11) Vorrichtungen eingeschleift sind, die eine Phasenveränderung und Polaritätsänderung des im Hohlwellenleiter geführten Mikrowellensignales erlaubt.

12. Antenneneinrichtung für Satellitenempfang nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrowellenplanarantenne (1) jeweils eine geätzte Kup ferfolie für horizontal polarisierte Mikrowellen und eine geätzte Kupferfolie für vertikal polarisierte Mikrowellen aufweist, daß diese Kupferfolien (7) mit mehreren Metallabdeckungen mit runden Öffnungen (4) aufweist, welche die auf der geätzten Kupferfolie (7) enthaltenden Empfangselemente (2, 3) freilassen, und daß die Hohlwellenleiter (11) Rundleiter sind, die den gleichen Durchmesser aufweisen, wie diese runden Öff nungen (4).

13. Antenneneinrichtung für Satellitenempfang nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlwellenleiter (11) zentrisch auf den runden Öffnungen (4) der Metall abdeckung angeordnet sind.

14. Antenneneinrichtung für Satellitenempfang nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektorantennen (10) Parabolantennen sind.