METHOD OF ELABORATING A CENTRAL SIGNAL FOR CONTROLLING THE POLARIZATION OF AN ANTENNA

Abstract: 1. Method of generating a control signal for the alignment of the polarisation of an aerial (A) to a beacon signal, in which the beacon signal received by the aerial is resolved by a polarisation filter (PW) into two signal components coupled with the orthogonal polarisation planes of the aerial, characterised thereby, that one of both the signal components (Px, Py) is subjected to a cyclic change between the phase states 0 degree and 180 degrees and that this signal component (Py) passing through the different phase states is superposed on the other signal component (Px) and it is then determined whether the amplitude-modulated signal (Px + Py), that has arisen through the superposition of both the signal components (Px, Py), experiences a positive or a negative amplitude change on the transition of the one signal component (Py) from one phase state into the other and by what amount the amplitude-modulated signal changes, wherein the sign of the amplitude change gives the direction, in which the aerial must be turned, and the amount of the amplitude change is a measure of the angle, through which the aerial must be turned, in order that one of its polarisation planes agrees with the polarisation plane of the beacon signal.

Description: Verfahren zum Erzeugen eines Steuersignals zur Polarisationsausrichtung einer Antenne Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines Steuersignals zur Polarisationsausrichtung einer Antenne auf ein Bakensignal, wobei das von der Antenne empfangene Bakensignal von einer Polarisationsweiche in zwei mit den orthogonalen Polarisationsebenen der Antenne gekoppelte Signalkomponenten zerlegt wird. Ein solches Verfahren, nach welchem eine Antenne bzw. ihr Speisesystem so ausgerichtet wird, um einer Verkopplung der von der Antenne empfangenen orthogonal polarisierten Signale entgegenzuwirken, ist z.B. aus der DE 25 07 782 C3 bekannt. Die Steuersignale für die Polarisationsnachregelung der Antenne werden bei diesem bekannten Verfahren aus zwei von der Antenne empfangenen orthogonal polarisierten Bakensignalen verschiedener Frequenzen hergeleitet. Dazu ist eine aufwendige Schaltungsanordnung, welche ein grosse Zahl von Filtern und Mischern aufweist, erforderlich. Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, das mit einem möglichst geringen Schaltungsaufwand realisierbar ist. Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Zweckmässige Ausführungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor. Besonders vorteilhaft ist die Ausnutzung des erfindungsgemässen Verfahrens zur Polarisationsausrichtung von Antennen in Satelliten oder in benutzernah installierten kleinen Erdfunkstellen wegen der das Verfahren ausführenden einfachen und wenig Platz in Anspruch nehmenden Schaltungsanordnung. Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird nachfolgend die Erfindung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 die Ausgangssignale einer Polarisationsweiche, welche das von einer Antenne empfangene Bakensignal in ortho gonale Polarisationen zerlegt, Fig. 2 die vektorielle Bestimmung eines Steuersignals für die Polarisationsausrichtung, Fig. 3 der Amplitudenverlauf eines Steuersignals und Fig. 4 ein Prinzipschaltbild zur Herleitung eines Steuersi gnals. Um eine Antenne bzw. deren Speisesystem auf eine bestimmte Polarisationsebene ausrichten zu können, wird an die Antenne ein Bakensignal ausgesendet, welches in die gewollte Polarisationsrichtung orientiert ist. Das von der Antenne empfangene Bakensignal, deren Polarisationsebene um einen Winkel@ gegenüber einer der orthogonalen Polarisationsebenen der Antenne verdreht ist, wird wie das Prinzipschaltbild in Fig. 4 zeigt, von einer Polarisationsweiche PW in zwei mit den beiden orthogonalen Polarisationsebenen der Antenne A gekoppelte Signalkomponenten Px und Py zerlegt. Die Fig. 1 verdeutlicht die Abhängigkeit der an den beiden Ausgängen der Polarisationsweiche PW erscheinenden Signalkomponenten Px und Py von dem Verdrehwinkel @ der Antennenpolarisationsebene gegenüber der Polarisationsebene des empfangenen Bakensignals. Diese Abhängigkeit lässt sich folgendermassen ausdrücken: Px = B. cos @ und Py = B b sin @, wobei B das Bakensignal ist. Aus dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel geht hervor, dass bei einem Verdrehwinkel von 0 , die Signalkomponente Px ein Maximum hat und die andere Signalkomponente Py verschwindet. In diesem Fall ist also die mit der Signalkomponente Px gekoppelte Polarisationsebene der Antenne genau auf die Polarisationsebene des Bakensignals ausgerichtet. Die Ableitung eines Steuersignals für die Polarisationsausrichtung der Antenne auf das Bakensignal soll mit Hilfe des Vektordiagramms in Fig. 2 erläutert werden. In einem ersten Schritt wird der Signalkomponente Px die andere Signalkomponente Py (0 ), welche hier z.B. mit der ersten Signalkomponente Px in Phase ist, überlagert. Die Überlagerung der beiden Signalkomponenten Px und Py bewerkstelligt, wie das Prinzipschaltbild in Fig. 4 zeigt, ein Koppler K. In einem zweiten Schritt wird dann der ersten Signalkomponente Px die andere um 1800 phasenverschobene Signalkomponente Py überlagert. Die 0 und 1800 Phasenverschiebung der Signalkomponente Py übernimmt ein digitaler Phasenschieber DPS, der zyklisch zwischen den beiden Phasenzuständen 0 und 1800 hin- und herschaltet. Am Ausgang a des Kopplers K liegen demzufolge nacheinander im Wechsel das Signal Px + Py (0 ) und das Signal Px + Py (1800) vor. In der Fig. 1 ist die Signalkomponente Py in der 0 - und in der 1800-Phasenlage eingezeichnet. Ausserdem sind dort die Signale Px + Py (00) und Px + Py (180#) dargestellt, welche aus der überlagerung der Signalkomponente Px mit der nicht phasenverschobenen Signalkomponente Py (00) und der um 1800 phasenverschobenen Signalkomponente Py (1800) hervorgehen. Es ist hier erkennbar, dass das Signal Px + Py (00) für positive Verdrehwinkel O grössere Pegel hat als für entsprechende negative Verdrehwinkel und umgekehrt das Signal Px + Py (1800) für positive Verdrehwinkel 0 kleinere Pegel hat als für entsprechende negative Verdrehwinkel 6 . Daraus folgt, wie auch das Vektordiagramm in Fig. 2 verdeutlicht, dass z.B. bei einem positiven Verdrehwinkel 0 der Übergang vom Signal Px + Py (00) auf das Signal Px + Py (1800) = Px - Py (00) einen negativen Pegelsprung und bei einem negativen Verdrehwinkel R einen positiven Pegelsprung mit sich bringt. Das Vorzeichen dieses Pegelsprungs gibt also die Richtung an, in welche die Antenne bzw. deren Speisesystem verdreht werden muss, und der Betrag des Pegelsprungs ist ein Mass dafür, um welchen Winkel die Antenne zu verdrehen ist, damit sich eine ihrer Polarisationsebenen mit der Polarisationsebene des Bakensignals deckt. Wie oben erläutert, erscheint am Ausgang a des Kopplers K durch die überlagerung der Signalkomponente Px mit der die Phasenzustände 0 und 1800 durchlaufenden Signalkomponente Py ein amplitudenmoduliertes Signal. Ein Beispiel des Amplitudenverlaufs U eines solchen amplitudenmodulierten Signals zeigt die Fig. 3. Die Amplitude des am Ausgang a des Kopplers K anliegenden amplitudenmodulierten Signals Px + Py muss nun detektiert werden, um daraus das Steuersignal D für die Polarisationsausrichtung bestimmen zu können. Ein einfaches Verfahren, welches diese Aufgabe mit äusserst geringem Schaltungsaufwand löst, sei nachfolgend an Hand des in Fig. 4 dargestellten Prinzipschaltbild erläutert. Die Amplitudendetektion wird hier mit einem Amplitudendetektor AM vorgenommen, der z.B. lediglich aus einer Diode bestehen kann. Das Trägersignal des am Punkt a der Schaltung anliegenden amplitudenmodulierten Signals wird vorher in einem Mischer M in eine für den Amplitudendetektor AM geeignete niedere Frequenz umgesetzt. Zwischen dem Mischer M und dem Amplitudendetektor A ist ein Bandpassfilter BP eingefügt, welches für ein gefordertes möglichst gutes Signal-Rauschleistungsverhältnis des dem Amplitudendetektor AM zugeführten Signals Px + Py sorgt. Um die Forderung nach einem geringen Signal-Rauschleistungsverhältnis zu erfül len, muss das Bandpassfilter BP sehr schmalbandig sein. Die Frequenz des am Ausgang des Mischers M vorliegenden Signals ist aber nicht so stabil, dass sie ständig mit dem Durchlassbereich des schmalbandigen Bandpassfilters BP übereinstimmt Es ist daher eine Frequenzregelung vorzunehmen. Dazu wird der Mischer M von dem Ausgangsignal eines spannungsgesteuerten Oszillators VCO angesteuert. Die Frequenzregelung erfolgt dadurch, dass die Ausgangsfrequenz des spannungsgesteuerten Oszillators VCO während jeder Amplitudenstufe des amplitudenmodulierten Signals, also während der Dauer eines jeden Phasenzustandes 00, 1800 der einen Signalkomponente Py, zwischen zwei Frequenzen fo +#f und fo - Af zyklisch umgeschaltet wird. Das amplitudenmodulierte Signal erfährt im Bandpassfilter BP bei jeder der beiden Frequenzen f1 und f2, auf die das Signal im Mischer M auf Grund der Frequenzumschaltung des spannungsgesteuerten Oszillators (VCO) umgesetzt wird, eine Dämpfung A(f1), A(f2). Aus der Differenz der bei den beiden verschiedenen Frequenzen fl und f2 hervorgerufenen Dämpfungen A(f1) und A(f2) wird, wie im folgenden noch näher beschrieben, ein Steuersignal DF1 für den spannungsgesteuerten Oszillator VCO abgeleitet. Die Differenz der Dämpfungen A(¯1) und A(f2) wird zu Null, wenn die Mittenfrequenz zwischen den beiden Frequenzen f1 und f2 mit der Mittenfrequenz des Bandpassfilters BP übereinstimmt. In diesem Fall sind nämlich die Dämpfungen A(f1) und A(f2) aufgrund der zur Mittenfrequenz symmetrisch verlaufenden Dämpfungskennlinie gleich gross. Damit die Regelsteilheit der Frequenzregelung unabhängig vom Pegel des Eingangssignals konstant ist, wird das demodulierte Signal hinter dem Amplitudendetektor AM in einem Logarithmierverstärker LOG logarithmiert. Am Ausgang des Logarithmierverstärkers LOG treten dann nacheinander folgende Amplitudenstufen U1 ... U4 auf: Ul = log [ A(fl) (Px + Py) ] U1 = log [ A(f1)J + log CPx + Py U2 = log LA(f2)) l log EPx + Py U3 = log LA(f1)3 + log [Px - Pyl u4 = log EA(f2)# + log [ Px - Pyl Diese Amplitudenstufen U1 ... u4 werden in einem Analog-Digitalwandler AD digitalisiert und zur Berechnung des Steuersignals D für die Polarisationsausrichtung und zur Ableitung des Steuersignals DF1 für den spannungsgesteuerten Oszillator VCO einem Mikroprozessor MP übergeben. Das Steuersignal DF1 für den spannungsgesteuerten Oszillator VCO wird aus einem Frequenzfehlersignal DF abgeleitet, das sich wie folgt berechnet: DF = tUU3 - U4} = log [A(f1)]- log [ A(f2)} positiv für A(f1) > A(f2) DF = log A(f1) ist O für A(f1) = A(¯2) A(f2) negativ für A(f1) #A(f2) Das vom Mikroprozessor MP berechnete Frequenzfehlersignal DF wird beispielsweise durch eine Integration in das Steuersignal DF1 umgewandelt und dieses von einem Digital Analog-Wandler DA in ein analoges Signal umgesetzt und dann dem spannungsgesteuerten Oszillator VCO zugeleitet. Die Umwandlung des Frequenzfehlersignals DF in das Steuersignal DF1 kann entweder im Mikroprozessor MP oder in einer entsprechenden analogen Baugruppe nach dem Digital-Analog Wandler erfolgen. Das Vorzeichen des Frequenzfehlersignals DF gibt an, in welche Richtung der spannungsgesteuerte Oszillator VCO seine beiden Ausgangs frequenzen fo + #f und fo - #f verschieben muss, und der Betrag des Frequenzfehlersignals DF sagt aus wie weit die Frequenzen geändert werden müssen, damit das umgesetzte Ausgangssignal des Mischers M in den Durchlassbereich des Bandpassfilters BP fällt. Das Steuersignal D für die Polarisationsausrichtung der Antenne berechnet sich folgendermassen: D = (U1 + U2) - (U3 + U4) positiv für Py > O D = 2 log Px + PY ist O für Py = 0 Px - Py negativ für Py < 0

Claims: Patentansprüche 1. Verfahren zum Erzeugen eines Steuersignals zur Polarisa tionsausrichtung einer Antenne auf ein Bakensignal, wo bei das von der Antenne empfangene Bakensignal von einer Polarisationsweiche in zwei mit den orthogonalen Polari sationsebenen der Antenne gekoppelte Signalkomponenten zerlegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine der bei den Signalkomponenten (Px, Py) einer zyklischen Änderung zwischen den Phasenzuständen 0 und 1800 unterworfen wird, und dass diese die verschiedenen Phasenzustände durchlaufende Signalkomponente (Py) der anderen Signal komponente (Px) überlagert und dann ermittelt wird, ob das durch die Überlagerung der beiden Signalkomponenten (Px, Py) entstandene amplitudenmodulierte Signal (Px + Py) beim Übergang der einen Signalkomponente (Py) von einem Phasenzustand in den anderen eine positive oder negative Amplitudenänderung erfährt und um welchen Betrag sich das amplitudenmodulierte Signal ändert, wobei das Vorzei chen der Amplitudenänderung angibt, in welche Richtung die Antenne verdreht werden muss, und der Betrag der Amp litudenänderung ein Mass dafür ist, um welchen Winkel die Antenne zu verdrehen ist, damit sich eine ihrer Polari sationsebenen mit der Polarisationsebene des Bakensignals deckt. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das amplitudenmodulierte Signal von einem Mischer (M) in eine andere Frequenz umgesetzt wird und dann über ein schmalbandiges, nur die Signalfrequenz durchlassendes Bandpassfilter (BP) einem Amplitudendetektor (A) zugeführt wird, dass-der Mischer (M) von einem spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) angesteuert wird, dessen Ausgangsfrequenz während der Dauer eines jeden Phasenzustandes der einen Signalkomponente zwischen zwei Frequenzen zyklisch umge schaltet wird und dass die Steuerspannung (DF1) für den spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) aus der Differenz zwischen den Dämpfungen abgeleitet wird, die das amplitu denmodulierte Signal im Bandpassfilter (BP) bei den bei den Frequenzen erleidet, in die das Signal im Mischer (M) auf Grund der Frequenzumschaltung des spannungsge steuerten Oszillators (VCO) umgesetzt wird. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangssignal des Amplitudendetektors (AM) loga rithmiert wird.

Inventors: STEINERT, WOLFGANG, DIPL.-ING., WOLLENHAUPT, HEINZ, DIPL.-ING.
Applicants: ANT NACHRICHTENTECHNIK GMBH
Application year: 1986
Main classification: H01Q21
IPC codes: H04B7, G01S3, H01Q21