DE60004858T2

DE60004858T2 - Satellitensystem mit hochfrequenzantenne

Info

Publication number: DE60004858T2
Application number: DE60004858T
Authority: DE
Inventors: Jean-Paul Aguttes
Original assignee: Centre National dEtudes Spatiales CNES
Current assignee: Centre National dEtudes Spatiales CNES
Priority date: 1999-06-28
Filing date: 2000-06-28
Publication date: 2004-06-09
Anticipated expiration: 2020-06-29
Also published as: JP4873807B2; CA2377590C; EP1198864A1; JP2003503929A; CA2377590A1; FR2795576B1; US6844844B1; ATE248441T1; DE60004858D1; EP1198864B1; FR2795576A1; WO2001001515A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Satellitensystem mit einer Hochfrequenzantenne.
ALLGEMEINER HINTERGRUND UND STAND DER TECHNIK
Die Erfindung betrifft ganz allgemein alle Satellitenanwendungen, bei denen große Hochfrequenzantennen (für Telekommunikation, Radionavigation, Audio, HF-Messungen, aktiv oder passiv, etc.) eingesetzt werden, was immer der genutzte Orbit sei (niedrig oder geostationär).
Es wurde bereits eine Satellitenstruktur vorgeschlagen, bei der die Hochfrequenzantenne eingesetzt wird, um über eine elektromagnetische Linse in Bezug auf ein Hochfrequenzabstrahl- oder -empfangshorn zu arbeiten, das sich ebenfalls auf dem Satelliten befindet und im Fußpunkt der Antenne angeordnet ist und einen bestimmten Abstand zu ihr aufweist.
Beim Empfang wie auch beim Senden besteht die Rolle der Antenne darin, die HF-Signale, die von ihr empfangen werden, auf das Abstrahlhorn oder auf die Erde zu fokussieren.
Eine derartige Satellitenstruktur ist sehr tolerant in Bezug auf Deformationen der Antenne, vorausgesetzt jedoch, dass der Antennenstrahl in einer Richtung verbleibt, die in etwa der der Sendeausstrahlung oder Empfangsausstrahlung des Horns entspricht, wobei selbstverständlich davon ausgegangen wird, dass der Abstand von der Quelle groß in Bezug auf die Dimensionen der Antenne ist.
Es versteht sich, dass eine derartige Satellitenstruktur nur von begrenztem Nutzen ist bei sehr großen Antennen, da man das Horn am Ende eines sehr großen Trägers anbringen muss.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein Ziel der Erfindung besteht darin, ein Satellitensystem mit einer Hochfrequenzantenne zu schaffen, bei dem es keine Einschränkungen auf Grund der Größe der Antennen gibt und die Toleranzen in Bezug auf die Deformationen hoch sind.
Die erfindungsgemäße Lösung besteht aus einem System mit einer Hochfrequenzantenne, die sich in einem Orbit um die Erde befindet, sowie Strahleneinrichtungen zum Senden und/oder Empfangen, die sich ebenfalls im Orbit um die Erde an Bord wenigstens eines Satelliten neben demjenigen mit der Antenne befinden, wobei sich die Antenne im Strahlungsfeld der Einrichtungen befindet, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Antenne eine Hochfrequenzantenne zum Senden und/oder Empfangen ist, die aus einem Netz von Einzelsegmenten besteht, wobei diese Antenne Phasenverschiebungs- und/oder Verzögerungseinrichtungen aufweist, die mit den Einzelsegmenten verbunden sind, wobei die durch die Einzelsegmente empfangenen Signale die Phasenverschiebungs- und/oder Verzögerungseinrichtungen durchlaufen, bevor sie über die genannten Einzelsegmente erneut ausgesendet werden, wobei die Phasenverschiebungsund/oder Verzögerungseinrichtungen geeignet sind, die Hochfrequenzsignale, die einem oder mehreren Kanälen entsprechen, die durch die Strahlereinrichtungen ausgesendet werden, umzuleiten, um sie in einem oder mehreren Bündeln zur Erde weiterzuleiten, und/oder die Hochfrequenzsignale eines oder mehrerer Bündel, die von der Erde ausgesendet wurden, umzuleiten, um sie in einem oder mehreren Kanälen zu den Strahlereinrichtungen weiterzuleiten.
Auf diese Art werden die Signale wieder vereinigt, ohne vorher in der Antenne gebündelt zu werden.
Die Erfindung betrifft außerdem ein System, bei dem sich die Strahlereinrichtungen auf wenigstens einem Satelliten befinden, der sich im Wesentlichen im gleichen Orbit wie derenige mit der Antenne befindet.
Die Antenne arbeitet als Prisma, durch das die Signale derart abgelenkt werden, dass eine im Wesentlichen (in Bezug auf die Erde) vertikal verlaufende Strahlrichtung ausgehend von einer horizontalen Bestrahlung (wenn sich die Strahlereinrichtungen im Wesentlichen im gleichen Orbit befinden) sichergestellt wird.
Vorzugsweise wird die Erfindung durch die folgenden, verschiedenen Merkmale ergänzt, die für sich allein oder zusammen mit anderen technisch möglichen Kombinationen genommen werden können, nämlich dass:
sich die Strahlereinrichtungen auf wenigstens einem Satelliten befinden, der im Wesentlichen im gleichen Orbit wie derjenige fliegt, auf dem sich die Antenne befindet;
die Hochfrequenzantenne im Wesentlichen eben ist, wobei die Signale die genannte Antenne von der einen zu der anderen Fläche durchqueren, und dass für wenigstens einen Kanal und eine Durchgangsrichtung es bei einer Strahlungsrichtung, in der die Strahlereinrichtungen Signale an die und von der Antenne senden und/oder empfangen, einem Autokompensation genannten Kegel von Beobachtungslinien zur und von der Erde entspricht, die definiert sind durch eine gemeinsame Anstelllinie auf der Antennenebene, genannt Autokompensationsanstelllinie (wobei die Anstelllinie in einer Richtung zwischen sich und der Normalen auf der Antennenebene einen Winkel einschließt), wobei die Autokompensationsbeobachtungslinien derart liegen, dass die Biegungslinien der Antenne transversal zur Grundebene der Antenne und die Abweichungen des Winkels der Antenne zur Flugrichtung um jede Achse in dieser Ebene im Wesentlichen ohne Auswirkung auf dieselben Signale bleiben, die zu oder von dieser Autokompensationsbeobachtungslinie umgeleitet werden, und nur geringe Auswirkung auf benachbarte Beobachtungslinien haben;
jedes Einzelsegment wenigstens einen Zentralabschnitt aufweist, der einem gegebenen Kanal und einer Durchgangsrichtung eindeutig zugeordnet ist und der über Umgruppierungs- und/oder Extraktionseinrichtungen beim Durchgang einerseits oberhalb mit wenigstens einem Punkt für das Empfangen von Signalen und andererseits unterhalb mit wenigstens einem Punkt für das Senden von Signalen verbunden ist, und dass die Einrichtungen für die Phasenverschiebung oder die Verzögerung zwischen den Sende- und Empfangspunkten bei dem Zentralabschnitt, soweit die allgemeine Verzögerung und Phasenverschiebung betroffen sind, und bei den Zweigen, soweit die differenzielle Verzögerung und/oder Phasenverschiebung betroffen sind, bei dem Umleiten eingesetzt werden;
es Einrichtungen umfasst, mit denen es möglich ist, die Phasenverschiebung und/oder Verzögerung je nach den unterschiedlichen Durchgangswegen zu variieren;
wenigstens ein Teil der Einrichtungen für die Verbindung zwischen dem oder den Punkten für das Empfangen und dem oder den Punkten für das Senden verschiedenen Kanälen gemeinsam ist und dass Einrichtungen zum Diskriminieren verschiedener Kanäle auf Höhe von wenigstens einem Übergang zwischen einem gemeinsamen Abschnitt des Durchgangswegs und speziellen Abschnitten von Durchgangswegen angeordnet sind;
die Antenne Einrichtungen zum Umsetzen der Frequenz der Signale bei ihrer Umleitung für wenigstens einen Kanal und einen Durchgangsweg umfasst;
bei wenigstens einem Kanal und wenigstens einem Durchgangsweg die Signale vor und nach der Antenne auf der gleichen Frequenz liegen;
bei einer Strahlungsrichtung bei wenigstens einem Kanal, auf dem die Strahleneinrichtungen Signale an die und von der Antenne senden und/oder empfangen, und wenigstens einer Durchgangsrichtung die Autokompensationsanstelllinie der Anstelllinie der Strahlungsrichtung entspricht;
für wenigstens einen Kanal und wenigstens einen Durchgangsweg die Signale vor und nach der Antenne auf einer anderen Frequenz liegen und dass die verwendete Umsetzungsfrequenz nicht von Signalen vorgegeben wird, die auf einer der Flächen des Einzelsegments empfangen wurden;
bei einer Strahlereinrichtung bei wenigstens einem Kanal, auf dem die Strahlereinrichtungen Signale an die und von der Antenne senden und/oder empfangen, und wenigstens einer Durchgangsrichtung der Anstellkosinus der Autokompensationsbeobachtungslinie und der Anstellkosinus der Strahlungsrichtung ein Verhältnis zueinander haben, das im Wesentlichen den zentralen Frequenzen des Kanals auf der Seite der Strahlung und auf der Seite der Erde entspricht;
bei einer Strahlereinrichtung bei wenigstens einem Kanal, auf dem die Strahlereinrichtungen Signale an die und von der Antenne senden und/oder empfangen, und wenigstens einer Durchgangsrichtung der Anstellkosinus der Autokompensationsbeobachtungslinie und der Anstellkosinus der Strahlungsrichtung ein Verhältnis zueinander haben, das im Wesentlichen den zentralen Frequenzen des Kanals auf der Seite der Strahlung und auf der Seite der Erde entspricht;
bei wenigstens einem Kanal und wenigsten einem Durchgangsweg die Signale vor und nach der Antenne auf einer anderen Frequenz liegen und dass die Umsetzungsfrequenz von einem extern genannten Umsetzungssignal vorgegeben wird, das auf einer Fläche des Einzelsegments empfangen wurde;
bei wenigstens einem Kanal und wenigsten einem Durchgangsweg die Signale vor und nach der Antenne auf einer anderen Frequenz liegen und dass die Umsetzung der Frequenz zwei aufeinander folgenden Umsetzungen entspricht oder äquivalent ist, von denen eine extern genannt wird, deren Umsetzungsfrequenz, genannt Fe, von einem externen Umsetzungssignal vorgegeben wird, das auf einer Fläche des Einzelsegments empfangen wurde, und von denen die andere intern genannt wird und eine Umsetzungsfrequenz Fi hat, die keine Beziehung zu einem Signal hat, das auf der einen oder anderen Fläche des Einzelsegments empfangen worden ist;
die Strahlereinrichtungen mehrere Untergruppenstrahler aufweisen und dass verschiedene Signale desselben Kanals, die zu den mehreren Untergruppenstrahlern gesendet werden oder von diesen stammen, sich zwischen Erde und Antenne auf mehrere Sende- und/oder Empfangsbündel aufteilen, deren Winkel von der Antenne aus gesehen im Wesentlichen dem Winkel entspricht, unter dem von der Antenne aus die verschiedenen Untergruppen gesehen werden, die diesen Kanal bestrahlen, wobei diese Geometrie gegebenenfalls durch eine Anisotropie modifiziert wird;
die Strahleneinrichtungen mehrere Untergruppenstrahler umfassen und dass bei einem gegebenen Kanal, bei dem die Antenne eine Frequenzumsetzung durchführt, die verschiedenen Signale, die zu den mehreren Untergruppenstrahlern gesendet werden oder von diesen stammen, sich auf mehrere Sende- und/oder Empfangsbündel zur Erde aufteilen, deren Winkel von der Antenne aus gesehen im Wesentlichen dem Winkel entspricht, unter dem von der Antenne aus die verschiedenen Untergruppen gesehen werden, die diesen Kanal bestrahlen, wobei nach Multiplikation aller Winkelabstände mit dem Verhältnis der Zentralfrequenzen des Kanals auf Seiten des Strahlers und auf Seiten der Erde diese Geometrie gegebenenfalls durch eine Anisotropie modifiziert wird; das externe Umsetzungssignal, das bei wenigstens einem Kanal verwendet wird, durch die Strahlereinrichtungen ausgesendet wird und durch die Fläche der Antenne empfangen wird, die auf der Bestrahlungsseite liegt, und dass für den Fall, dass die Strahlereinrichtungen sich auf Untergruppenstrahler aufteilen, das externe Umsetzungssignal durch eine als Mittelpunkt bezeichnete Untergruppe ausgesendet wird, die eventuell auf diese Funktion eingeschränkt ist;
bei einer Strahlungsrichtung bei wenigstens einem Kanal, auf dem Strahlereinrichtungen Signale zu der Antenne senden und gleichzeitig das externe Umsetzungssignal senden, der Anstellkosinus der Autokompensationslinie und der Anstellkosinus der Bestrahlungsrichtung im Wesentlichen das Verhältnis (f + F – Fe)/f einhalten, wobei f die Frequenz auf der Seite der Erde ist, Fe der Wert der externen Umsetzung ist und F die gesamte Frequenzumsetzung ist, und dass für den Fall, dass die Strahlereinrichtungen auf Untergruppen verteilt sind, sich der Abstand der Anstelllinie zwischen der betrachteten Bestrahlung und dem Mittelpunkt im Wesentlichen widerspiegelt im Abstand zwischen den Autokompensationsanstelllinien, die der Bestrahlung entsprechen, und denen, die dem Mittelpunkt entsprechen würden, bei Multiplikation mit den Termen (f + F/f) und (Sin(Φ1)/Sin(Φ2)), wobei Φ1 der Anstellwinkel der Bestrahlung des Mittelpunkts und Φ2 der Anstellwinkel der Autokompensation ist, der sich ergibt, wenn der Mittelpunkt sendet;
Fe und F dasselbe Vorzeichen haben, d. h. die Frequenz im gleichen Sinne verändern;
ein externes Umsetzungssignal, das bei wenigstens einem Kanal beim Empfangen verwendet wird, auf der Fläche des Einzelsegments, wo der Empfang erfolgt, empfangen wird und von einem Bodenpunkt, der Boden-Mittelpunkt genannt wird, ausgesendet wird;
ein externes Umsetzungssignal, das bei wenigstens einem Kanal beim Empfangen verwendet wird, auf der Fläche des Einzelsegments, wo der Empfang erfolgt, empfangen wird und von wenigstens einem Satelliten ausgesendet wird, der sich im Wesentlichen in demselben Orbit wie die Antenne und die Strahlereinrichtungen befindet, wobei dieser Satellit in Bezug auf die Antenne gegenüber den Strahlereinrichtungen angeordnet ist, wobei die Sendeeinrichtungen des Signals gegenüberliegender Mittelpunkt genannt werden;
bei einer Bestrahlungsrichtung bei wenigstens einem Kanal, auf dem die Strahlereinrichtungen Signale empfangen, der Anstellwinkel der Autokompensation im Wesentlichen gleich Φ2 + (Cos(Φ2) (f + Fe) – Cos(Φ1) (F + f))/Sin(Φ2) f ist, wobei Φ1 und Φ2 die Anstellwinkel den Bestrahlungsrichtung und des externen Umsetzungssignals sind, f die Frequenz auf der Seite der Erde ist, Fe der Wert den externen Umsetzung ist und F die gesamte Frequenzumsetzung ist;
Fe und F dasselbe Vorzeichen haben, d. h. die Frequenz im gleichen Sinne ändern;
bei wenigstens einem Kanal für das Senden und Empfangen die Frequenz Fe gleich der Frequenz F für die zwei Durchgangswege ist und sich wenigstens ein Boden-Mittelpunkt in der Nähe einer Beobachtungslinie für die Autokompensation der Abstrahlung, die den Strahlereinrichtungen entspricht, befindet;
bei wenigstens einem Kanal für das Senden und das Empfangen der Winkel der Antenne zur Flugrichtung sowie die Frequenzen Fi und Fe sowohl für das Senden als auch das Empfangen derart sind, dass die Autokompensationsbeobachtungslinien identisch mit den beiden Durchgangswegen sind trotz fehlender Ausrichtung des gegenüberliegenden Mittelpunkts mit den Strahlereinrichtungen für das Empfangen oder trotz Abweichung des Boden-Mittelpunkts von dem Zentrum des abzudeckenden Bereichs;
bei einer Bestrahlungsrichtung bei wenigstens einem Kanal, auf dem die Strahlereinrichtungen Signale empfangen, die Umsetzung um die Frequenz Fe aufgrund von dem externen Signal erfolgt, das auf der Bestrahlungsfläche empfangen wurde, und die Autokompensationsanstelllinie derart ist, dass cos (Φ2)/cos (Φ1) =(f + Fe + F)/f gilt, wobei Φ1 und Φ2 der Anstellwinkel der Bestrahlungsrichtung und der Anstellwinkel der Autokompensation ist, f die Frequenz auf der Seite der Erde ist, Fe der externe Umsetzungswert ist und F die gesamte Frequenzumsetzung ist;
Fe und F umgekehrte Vorzeichen haben, d.h. die externe Umsetzung Fe den zu der gesamten Umsetzung F entgegen gesetzten Sinn hat;
bei wenigstens einem Kanal für das Empfangen |Fe| = |F| und Fi = 2 |F| gilt;
bei wenigstens einem Kanal für das Senden und Empfangen |Fe| = |F| und Fi = 2 |F| beim Empfangen und Fe = F beim Senden gilt und dass die Autokompensationsbeobachtungslinien im Wesentlichen identisch mit den beiden Durchgangswegen sind;
bei einer Bestrahlungsrichtung bei wenigstens einem Kanal, auf dem die Strahlereinrichtungen Signale empfangen, die Umsetzung Fe aufgrund von dem externen Signal erfolgt, das durch die Bestrahlungsfläche empfangen wurde, und denselben Sinn wie die Gesamtumsetzung F hat, dass F = Fe ist und dass die Autokompensationsanstelllinie gegeben ist durch Φ2 – Φ1 = –2 Ctg(Φ1) F/f, wobei Φ1 und Φ2 der Anstellwinkel aus Bestrahlungsrichtung und der Anstellwinkel der Autokompensation ist, wobei f die Frequenz auf der Seite der Erde ist, Fe der Umsetzungswert ist und F die gesamte Frequenzumsetzung ist;
der Winkel der Antenne zur Flugrichtung derart ist, dass der Winkelabstand zwischen der Gruppe von möglichen Beobachtungslinien und den Autokompensationsbeobachtungslinien allgemein minimiert wird;
der Winkel gegen die Flugrichtung und die Umsetzungsfrequenz oder -frequenzen Fe oder Fi derart sind, dass der Winkelabstand zwischen der Gruppe der möglichen Beobachtungslinien und den Autokompensationsbeobachtungslinien allgemein minimiert wird;
der Winkel zur Flugrichtung und die Umsetzungsfrequenz oder -frequenzen Fe oder Fi derart sind, dass die verbliebenen Autokompensationen auf die beiden Durchgangswege verteilt sind;
die Antenne Einrichtungen umfasst, um verschiedene Frequenzumsetzungen bei den Hochfrequenzsignalen durchzuführen, die auf verschiedenen Kanälen gesendet oder empfangen worden sind;
die Phasenverschiebungs- und/oder Verzögerungseinrichtungen so gesteuert werden, dass die Orientierung eines Bündels, das einem Kanal entspricht, in dem antennenfesten Bezugssystem trotz Modifizierungen der Orientierung der Bestrahlungsrichtung des Bündels in dem antennenfesten Bezugssystem unverändert bleibt;
die Phasenverschiebungs- und/oder Verzögerungseinrichtungen derart gesteuert werden, dass die Orientierung einer Richtung eines eventuell virtuellen Bündels, die einer Richtung einer eventuell virtuellen Bestrahlung entspricht, die in Bezug auf Bestrahlungsrichtungen eines Kanals erfolgt, in dem antennenfesten Bezugssystem unverändert bleibt;
die Richtung des eventuell virtuellen Bündels, bei dem die Kompensation erfolgt, derart ausgewählt wird, dass der maximale Winkelabstand zwischen diesem Bündel und dem Bündel oder der Gruppe von Bündeln des Kanals minimiert wird, und dass der Schritt, gezählt in Wellenlängen der Zentralfrequenz des Kanals auf der Seite der Erde, zwischen den zentralen Punkten, die von dem Kanal genutzt werden, in Abhängigkeit von diesem maximalen Winkelabstand und der tolerierbaren Höhe der Keulen der Teilnetze zu dem oder den Bündeln des Kanals minimiert wird; es Einrichtungen zum Steuern der Phasenverschiebungs- und/oder
Verzögerungseinrichtungen umfasst, so dass die Richtung in dem terrestrischen Bezugssystem bei wenigstens einem Bündel bei wenigstens einem Kanal trotz Modifizierungen des Winkels der Antenne zur Flugrichtung und der sich daraus ergebenden Modifizierungen bezüglich der Orientierung von Bestrahlungsrichtungen in dem antennenfesten Bezugssystem unverändert bleibt;
der Satellit mit der Antenne und wenigstens ein Satellit mit Strahlereinrichtungen Einrichtungen zum Bestimmen der Orientierung der Bestrahlungsrichtung in dem antennenfesten Bezugssystem umfassen;
der Satellit mit der Antenne und wenigstens ein Satellit mit Strahlereinrichtungen Einrichtungen zum Bestimmen der Orientierung der Achse, die sie verbindet, in dem terrestrischen Bezugssystem umfassen;
die Orientierung der Bestrahlungsrichtung in dem antennenfesten Bezugssystem aufgrund der Kenntnis des Winkels der Antenne gegenüber der Flugrichtung und der Orientierung der Achse, die sie verbindet, in dem terrestrischen Bezugssystem bestimmt wird;
die Antenne Einrichtungen zum Vergleichen der Phasen und/oder Verzögerungen wenigstens eines Signals, das durch die Strahlereinrichtungen ausgesendet wird und von verschiedenen Punkten der Antenne empfangen wird, und Einrichtungen zum Bestimmen der Orientierung der Ankunftsrichtung des oder der Signale in dem antennenfesten Bezugssystem in Abhängigkeit von diesem Vergleich umfasst;
der Gier- und/oder Nickwinkel der Antenne in Flugrichtung aufgrund der Kenntnis der Orientierung der Ankunftsrichtung des oder der Signale in dem antennenfesten Bezugssystem und der Orientierung dieser Ankunftsrichtung in dem terrestrischen Bezugssystem bestimmt wird;
ein Satellit mit Strahlereinrichtungen Einrichtungen, um sich zu lokalisieren, oder Einrichtungen für das Empfangen von Radiolokalisierungssignalen sowie Einrichtungen zum Übertragen von Lokalisierungsinformationen oder Radiolokalisierungssignalen, die empfangen werden, an den Satelliten, der die Antenne trägt, umfasst, wobei letzterer Einrichtungen zum Bestimmen der Orientierung der Achse, die die beiden Satelliten verbindet, in dem terrestrischen Bezugssystem insbesondere in Abhängigkeit von diesen Informationen umfasst;
die aufgefundene Richtung der virtuellen Bestrahlung diejenige eines Untergruppenstrahlers ist, der das Messsignal aussendet, und dass die Messung direkt die für die Kompensation notwendige Information wiedergibt;
die Untergruppenstrahler sich auf demselben Satelliten befinden;
die Untergruppenstrahler in einem gemeinsamen Orbit zueinander versetzt sind;
die Untergruppenstrahler einen Abstand in Bezug auf Elliptizität und/oder Orbitebene voneinander haben;
bei einer Verzögerung des Zentralabschnitts wenigstens ein Kanal und die Umsetzungslinie, oder eine Referenz, aufgrund derer sie erzeugt werden kann, die verwendet wird, um die Frequenz des oder der Kanäle unterhalb der Verzögerung abzusenken, gemeinsam hindurch tritt, so dass die Einflüsse von Abweichungen bei der Verzögerung der Phase des umgeleiteten Signals begrenzt werden;
eine absteigende Umsetzung bei einem Kanal oder mehreren Kanälen oberhalb der Verzögerung des Zentralabschnitts erfolgt;
eine derartige absteigende Verzögerung einer ansteigenden Umsetzung nach der Verzögerung folgt, wobei eine Referenz verwendet wird, die dieser Verzögerung nicht unterworfen wurde, so dass die Einflüsse von Abweichungen der Verzögerung der Phase des umgeleiteten Signals begrenzt werden;
die Verzögerung bei dem Zentralabschnitt gemeinsam bei wenigstens zwei Kanälen in wenigstens einem Sinne der Durchgangswege erfolgt;
die Frequenzumsetzung bei wenigstens einem Kanal und einem Durchgangsweg in dem Zentralabschnitt erfolgt;
bei einer Anwendung auf Telekommunikationsübertragungen mehrere Kanäle sowie mehrere Untergruppenstrahler vorgesehen sind, wobei das Mosaik aus Boden-Bündeln aus dem feinen Muster zusammengesetzt ist, das durch die Antenne aufgrund des Winkels erzeugt wird, unter dem die Untergruppenstrahler durch sie gesehen werden, und welches sich in einem groben Muster wiederholt, das durch die Antenne aufgrund der verschiedenen Kanäle erzeugt wird;
die Untergruppenstrahler, die einen gleichen Kanal bestrahlen, von der Antenne aus unter einem Winkel gesehen werden, der relativ stabil gegenüber einer Drehung mit der Orbital-Periode um sich selbst ist, und dass die mehreren Richtungen, die durch das grobe Muster des Kanals erzeugt werden, aufgrund der Phasenverschiebungs- und/oder Verzögerungseinrichtungen um eine zentrale Richtung und zwar in Phase mit der Drehung des feinen Musters präzedieren, so dass die Mosaikgruppe der Bündel eine stabile Struktur beibehält, abgesehen von einer Drehung um sich selbst im orbitalen Maßstab;
der Orbit der Satelliten ein niedriger Orbit ist und dass sich die Antenne im Wesentlichen in einer Ebene erstreckt, die durch die Erdmitte verläuft, dass eine Verschiebung der Ebene in Bezug auf die Orbitalebene die Bestrahlung auf einer Fläche ermöglicht, dass auf der anderen Fläche wenigstens eines der Bündel abgelenkt wird, so dass die Erde sichtbar ist;
die Phasenverschiebungen und Verzögerungen derart sind, dass sich die Verschiebung der Untergruppenstrahler über die Bündel auf die in Bezug auf die Spur transversal verschobenen Ausleuchtungsbereiche am Boden auswirkt;
wenigstens zwei Antennensatelliten gemeinsame Strahleneinrichtungen nutzen;
sich wenigstens zwei Antennensatelliten auf derselben Seite von Strahleneinrichtungen im Orbit befinden und dass sie in demselben Orbit zueinander versetzt sind oder in Bezug auf Elliptizität und/oder Orbitebene versetzt sind;
sich wenigstens zwei Antennensatelliten beiderseits von Strahlereinrichtungen befinden;
ein Antennensatellit Strahlereinrichtungen für einen anderen Antennensatelliten trägt;
ein Prismensatellit Strahlereinrichtungen für einen anderen Prismensatelliten trägt und von Strahlereinrichtungen eines Prismensatelliten bestrahlt wird;
die Achse, die auf der Antenne senkrecht steht, im Wesentlichen in der Orbitalebene liegt, wobei die Nickbewegung derart ist, dass der Autokompensationsbeobachtungskegel auf einer Autokompensationslinie auf die Erde trifft, die sich allgemein transversal zu dem Orbit erstreckt, und dass die Verschiebung am Boden im Wesentlichen entlang der Projektion des Orbits auf der Autokompensationslinie durch Verschieben des Satelliten und/oder Änderung der Nickbewegung der Antennenachse und/oder Änderung der Umsetzungsfrequenz für den Fall, dass dies wenigstens durch ein internes Signal sichergestellt ist, erfolgt, wobei die drei Mittel separat oder in Verbindung miteinander eingesetzt werden können;
die drei Boden-Beobachtungslinien entlang der Autokompensationslinie großflächig verteilt sind, so dass die Beschränkungen in Bezug auf die Verformung der Antenne sehr locker sind;
die Strahlereinrichtungen direkt von der Erde Signale empfangen, die ebenfalls über die Antenne empfangen worden sind, und dass eine Korrelation zwischen den beiden Ankunftswegen der Signale zu einer Diskriminierung in Bezug auf die Beobachtungsrichtung der Quelle dieser Signale als Funktion von dem Winkel wie auch der Ankunftsrichtung von Signalen mittels Antennenachse/ Strahlereinrichtungen führt;
die Verschiebung der Beobachtungszone am Boden im Wesentlichen entlang der Projektion des Orbits, diskriminiert aufgrund der Korrelation, durch Verschieben des Satelliten und/oder durch Änderung des Diskriminierungswinkels erfolgt;
die Antenne in einer Richtung eine größere Ausdehnung als in den anderen Richtungen aufweist, so dass für wenigstens ein Bündel die Eingrenzung des Ausleuchtungsbereichs in eine Richtung transversal zu dem Orbit ermöglicht wird;
eine optische Abbildung des Bodens entlang zweier gekreuzter Komponenten durch Kombination der Korrelation und einer Ablenkung des Bündels erstellt wird;
es Einrichtungen umfasst, um Beobachtungslinien am Boden aus einer elektronischen Ablenkung eines Bündels durch eine eindimensionale Steuerung zu erzeugen, und dass die große Dimension des Ausleuchtungsbereichs des Bündels, die sich aus der kleinen Ausdehnung der Antenne ergibt, entlang dem Orbit verläuft und es ermöglicht, die Autokompensationslinie für alle Positionen des Bündels abzudecken, trotz Krümmung dieser Linie und Eindimensionalität der Steuerung der Ablenkung;
die Antenne entlang der Nickachse verlängert ist;
die Antenne entlang der Gierachse verlängert ist;
die Antenne Einrichtungen aufweist, um die zu der Antennenebene transversale Biegungslinie (ΔP) zu messen oder wiederherzustellen;
die Antenne Mittel zum Vergleichen der Phasen und/oder Verzögerungen bei wenigstens einem Signal, das durch die Strahlereinrichtungen gesendet und an anderen Punkten der Antenne empfangen wurde, sowie Einrichtungen zum Bestimmen der zu der Antennenebene transversalen Biegungslinie (ΔP) in Abhängigkeit von diesem Vergleich umfasst;
bei einer Bestrahlungsrichtung bei wenigstens einem Kanal, auf dem die Strahlereinrichtungen Signale an die und von der Antenne senden und/oder empfangen, und wenigstens einer Durchgangsrichtung eine Korrektur der Biegungslinie durch Variieren der Phasenverschiebung um den Wert ΔP (2Π f/C) (Cos(Φ2)-Cos(Φ1)) in Höhe wenigstens eines der Zentralabschnitte erfolgt, wobei Φ1 der Anstellwinkel der Bestrahlung ist, Φ2 derjenige der Beobachtungsrichtung ist, f die Frequenz auf Seiten der Erde und auf Seiten der Bestrahlung ist und ΔP der Wert der transversalen Biegungslinie in Höhe jedes der Zentralabschnitte ist;
bei einer Bestrahlungsrichtung bei wenigstens einem Kanal, auf dem die Strahlereinrichtungen Signale an die und von der Antenne senden und/oder empfangen, und wenigstens einer Durchgangsrichtung eine Korrektur der Biegungslinie durch Variieren der Phasenverschiebung um den Wert ΔP (2Π/C) (f2 Cos(Φ2)-f1 Cos(Φ1)) in Höhe wenigstens eines der Zentralabschnitte erfolgt, wobei Φ1 der Anstellwinkel der Bestrahlung ist, Φ2 derjenige der Beobachtungsrichtung ist, f2 und f1 die Frequenzen auf der Seite der Erde und der Seite der Bestrahlung sind und ΔP der Wert der transversalen Biegungslinie in Höhe jedes der Zentralabschnitte ist;
für eine Bestrahlungsrichtung bei wenigstens einem Kanal, auf dem die Strahlereinrichtungen Signale an die Antenne senden, eine Korrektur der Biegungslinien durch Variieren der Phasenverschiebung um ΔP (2Π/C) (f Cos(Φ2)(f + F) Cos(Φ1) + Fe Cos(Φ'1)) in Höhe wenigstens eines der Zentralabschnitte erfolgt, wobei f die Frequenz auf der Seite der Erde ist, Fe der Wert der externen Umsetzung ist, berechnet mit demselben Vorzeichen wie F, wenn die Änderungen der Frequenz in demselben Sinne erfolgen, F die gesamte Umsetzung der Frequenz ist, Φ1 der Anstellwinkel der Bestrahlung ist, Φ2 derjenige der Beobachtungsrichtung ist, Φ'1 derjenige der Richtung des Mittelpunkts ist, ΔP der Wert der transversalen Biegungslinie in Höhe jedes der Zentralabschnitte ist;
für eine Bestrahlungsrichtung bei wenigstens einem Kanal, auf dem die Strahlereinrichtungen Signale empfangen, eine Korrektur von Biegungslinien durch Variieren der Phasenverschiebung um ΔP (2Π/C) (f Cos(Φ2)-(f + F) Cos(Φ1) – Fe Cos(Φ'1)) in Höhe wenigstens eines der Zentralabschnitte erfolgt, wobei f die Frequenz auf der Seite der Erde ist, Fe der Wert der externen Umsetzung ist, gezählt mit demselben Vorzeichen wie F, wenn die Änderungen der Frequenz in demselben Sinne erfolgen, F die gesamte Umsetzung der Frequenz ist, Φ1 der Anstellwinkel der Bestrahlung ist, Φ2 derjenige der Beobachtungsrichtung ist, Φ'1 derjenige der Richtung des Mittelpunkts ist und ΔP der Wert der transversalen Biegungslinie in Höhe jedes der Zentralabschnitte ist;
für eine Bestrahlungsrichtung bei wenigstens einem Kanal, auf dem die Strahlereinrichtungen Signale empfangen, eine Korrektur der Biegungslinie durch Variieren der Phasenverschiebung um ΔP (2Π/C) (f Cos(Φ2)+ Fe Cos(Φ'2) – (f + F) Cos(Φ1)) in Höhe wenigstens eines der Zentralabschnitte erfolgt, wobei f die Frequenz auf der Seite der Erde ist, Fe der Wert der externen Umsetzung ist, berechnet mit demselben Vorzeichen wie F, wenn die Änderungen der Frequenz in demselben Sinne erfolgen, F die gesamte Umsetzung der Frequenz ist, Φ1 der Anstellwinkel der Bestrahlung ist, Φ2 derjenige der Beobachtungsrichtung ist, Φ'2 derjenige der Richtung des gegenüberliegenden Boden-Mittelpunkts ist, ΔP der Wert der transversalen Biegungslinie in Höhe jedes der Zentralabschnitte ist;
die Antenne Einrichtungen aufweist, um die zu der Antennenebene transversale Biegungslinie (ΔP) zu messen oder wiederherzustellen;
die Antenne Mittel zum Vergleichen der Phasen und/oder Verzögerungen bei wenigstens einem Signal, das durch die Strahlereinrichtungen gesendet und an anderen Punkten der Antenne empfangen wurde, sowie Einrichtungen zum Bestimmen der zu der Antennenebene transversalen Biegungslinie (ΔP) in Abhängigkeit von diesem Vergleich umfasst;
bei einer Bestrahlungsrichtung bei wenigstens einem Kanal, auf dem die Strahleneinrichtungen Signale an die und von der Antenne senden und/oder empfangen, und wenigstens einer Durchgangsrichtung eine Korrektur der Biegungslinie durch Variieren der Phasenverschiebung um den Wert ΔP (2Π f/C) (Cos(Φ2) – Cos(Φ1)) in Höhe wenigstens eines der Zentralabschnitte erfolgt, wobei Φ1 der Anstellwinkel der Bestrahlung ist, Φ2 derenige der Beobachtungsrichtung ist, f die Frequenz auf Seiten der Erde und auf Seiten der Bestrahlung ist und ΔP der Wert der transversalen Biegungslinie in Höhe jedes der Zentralabschnitte ist;
bei einer Bestrahlungsrichtung bei wenigstens einem Kanal, auf dem die Strahlereinrichtungen Signale an die und von der Antenne senden und/oder empfangen, und wenigstens einer Durchgangsrichtung eine Korrektur der Biegungslinie durch Variieren der Phasenverschiebung um den Wert ΔP (2Π/C) (f2 Cos(Φ2) – f1 Cos(Φ1)) in Höhe wenigstens eines der Zentralabschnitte erfolgt, wobei Φ1 der Anstellwinkel der Bestrahlung ist, Φ2 derjenige der Beobachtungsrichtung ist, f2 und f1 die Frequenzen auf der Seite der Erde und der Seite der Bestrahlung sind und ΔP der Wert der transversalen Biegungslinie in Höhe jedes der Zentralabschnitte ist;
für eine Bestrahlungsrichtung bei wenigstens einem Kanal, auf dem die Strahleneinrichtungen Signale an die Antenne senden, eine Korrektur der Biegungslinien durch Variieren der Phasenverschiebung um ΔP (2Π/C) (f Cos(Φ2)(f + F) Cos(Φ1) + Fe Cos(Φ'1)) in Höhe wenigstens eines der Zentralabschnitte erfolgt, wobei f die Frequenz auf der Seite der Erde ist, Fe der Wert der externen Umsetzung ist, berechnet mit demselben Vorzeichen wie F, wenn die Änderungen der Frequenz in demselben Sinne erfolgen, F die gesamte Umsetzung der Frequenz ist, Φ1 der Anstellwinkel der Bestrahlung ist, Φ2 derjenige der Beobachtungsrichtung ist, Φ'1 derjenige der Richtung des Mittelpunkts ist, ΔP der Wert der transversalen Biegungslinie in Höhe jedes der Zentralabschnitte ist;
für eine Bestrahlungsrichtung bei wenigstens einem Kanal, auf dem die Strahlereinrichtungen Signale empfangen, eine Korrektur von Biegungslinien durch Variieren der Phasenverschiebung um ΔP (2Π/C) (f Cos(Φ2) – (f + F) Cos(Φ1) – Fe Cos(Φ'1)) in Höhe wenigstens eines der Zentralabschnitte erfolgt, wobei f die Frequenz auf der Seite der Erde ist, Fe der Wert der externen Umsetzung ist, gezählt mit demselben Vorzeichen wie F, wenn die Änderungen der Frequenz in demselben Sinne erfolgen, F die gesamte Umsetzung der Frequenz ist, Φ1 der Anstellwinkel der Bestrahlung ist, Φ2 derjenige der Beobachtungsrichtung ist, Φ'1 derjenige der Richtung des Mittelpunkts ist und ΔP der Wert der transversalen Biegungslinie in Höhe jedes der Zentralabschnitte ist;
für eine Bestrahlungsrichtung bei wenigstens einem Kanal, auf dem die Strahlereinrichtungen Signale empfangen, eine Korrektur der Biegungslinie durch Variieren der Phasenverschiebung um ΔP (2Π/C) (f Cos(Φ2)+ Fe Cos(Φ'2) – (f + F) Cos(Φ1)) in Höhe wenigstens eines der Zentralabschnitte erfolgt, wobei f die Frequenz auf der Seite der Erde ist, Fe der Wert der externen Umsetzung ist, berechnet mit demselben Vorzeichen wie F, wenn die Änderungen der Frequenz in demselben Sinne erfolgen, F die gesamte Umsetzung der Frequenz ist, Φ1 der Anstellwinkel der Bestrahlung ist, Φ2 derjenige der Beobachtungsrichtung ist, Φ'2 derjenige der Richtung des gegenüberliegenden Boden-Mittelpunkts ist, ΔP der Wert der transversalen Biegungslinie in Höhe jedes der Zentralabschnitte ist.
DARSTELLUNG DER FIGUREN
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung. Diese Beschreibung dient nur zur Erläuterung und stellt keine Einschränkung dar. Sie bezieht sich auf die beigefügten Zeichnungen.
1 ist die schematische Darstellung eines Systems gemäß einer möglichen Ausführungsform der Erfindung.
2 ist eine synoptische Darstellung verschiedener Funktionen, die durch unterschiedliche Einzelsegmente (Kacheln) der Antenne erfüllt werden.
3 ist eine schematische Darstellung eines Mosaiks aus Strahlen, das man mit einem System gemäß einer möglichen Ausführungsform der Erfindung erhält.
Die 4 und 5 zeigen schematisch zwei geometrische Formen für die Bildaufnahme für den Fall der Anwendung als Mikrowellenbilderfassung.
BESCHREIBUNG VON EINZELHEITEN EINER BZW. MEHRERER AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
1. ALLGEMEINE BESCHREIBUNG
1.1 Einführung
In 1 ist ein System dargestellt, das einen ersten Satelliten umfasst, der mit 1 bezeichnet ist und im Folgenden Prismensatellit genannt wird, sowie einen zweiten Satelliten umfasst, der mit 2 bezeichnet ist und im Folgenden als Strahlensatellit bezeichnet wird.
Der Prismensatellit 1 umfasst eine HF-Antenne, während alle zentralen Nutzlastfunktionen auf dem Satelliten 2 konzentriert sind, wobei die Bord-Erde-Schnittstelle der Einheit der Übergang über den Satelliten 2 ist.
Dieser befindet sich im selben Orbit wie der Satellit 1 und ist typischerweise um 100 km versetzt. Beim Empfang wie auch beim Abstrahlen lenkt der Antennensatellit 1 das Bestrahlungssignal um, verstärkt es und bündelt es in denjenigen Richtungen, die durch die Mission vorgegeben werden.
Die Antenne 1 besteht aus einer aktiven Antenne, die beim Abstrahlen oder beim Empfangen auf einer ihrer Flächen die HF-Signale empfängt und sie (in Richtung Erde oder in Richtung Satellit 2) auf ihrer anderen Seite abstrahlt.
Somit umfasst diese Antenne keine Kabel, über die die HF-Signale von (oder zu) einer Plattform übertragen werden müssen.
Die Unempfindlichkeit in Bezug auf Deformationen erreicht man, wenn die Mittelachse der Sichtachse der Mission und die der Bestrahlung einen Einfallwinkel auf dem Prisma (Winkel in Bezug auf die Antennennormale) aufweisen, bei dem der Cosinus-Wert bestimmte Bedingungen erfüllt, die im Folgenden erläutert werden und von denen die bei der Mission und der Bestrahlung verwendeten Frequenzen abhängen, wobei ein Spezialfall vorliegt, wenn die Einfallwinkel identisch sind.
Dadurch wird es möglich, dass sich mittels 10 die Toleranzen in Bezug auf makroskopische Deformationen der Antenne (zum Beispiel um 10 cm im L-Band anstelle von einem 1 cm) vergrößern lassen oder mittels 10 die Toleranzen in Bezug auf die Kenntnis dieser Deformation vergrößern lassen, wenn eine elektronische Korrektur vorgenommen wird.
Wie ersichtlich, wird durch eine derartige Struktur der Einsatz sehr großer Antennen (> 20 oder 50 m) begünstigt, indem die Mechanismen (höherer Bedarf an großen Momenten, um Kabel und präzise Versteifungssteuerungen auszufahren) wie auch die Strahler vereinfacht oder überflüssig gemacht werden.
Die Vervielfältigung der Bestrahlungsrichtungen macht es ausgehend von mehreren Untergruppenstrahlern auf ein und demselben Satelliten oder auf verschiedenen Satelliten offenkundig, dass durch die Antenne die Konfiguration der Strahlen vervielfältigt wird, die von ihr auf die Erde gerichtet werden.
Das Prinzip kann auf den Fall erweitert werden, dass sich ein Strahler auf einer ganz und gar anderen Orbitalbahn in Bezug auf das Prisma befindet, man kann sich beispielsweise einen geostationären Strahler zu einem Prisma im niedrigen Orbit vorstellen. Die Einfallwinkel der Bestrahlung sowie der Sichtachse sind daher nicht mehr stabil, aber die im Folgenden im Einzelnen erläuterte Bedingung der Autokompensation kann dazu beitragen, dass durch Anpassen der Parameter wie der Ablenkung die Bestrahlungsfrequenz oder selbst unter Umständen die physikalische Fluglage des Prismas beibehalten wird. Im der anschließenden Erläuterung wird nur der Fall betrachtet, dass sich die beiden Satelliten im Wesentlichen im gleichen Orbit befinden.
Bei einer Variante, bei der die gleiche Seite die Verbindung zu den Strahlern und zur Erde sicherstellt, verliert man den Vorteil der Autokompensation der Deformationen, es bleibt jedoch der Vorteil, dass die Kabel überflüssig werden und dass die Strahlen bei mehreren Untergruppenstrahlern offensichtlich vervielfältigt werden. Im Folgenden wird nur die Konfiguration beschrieben, bei der ein Übergang der Signale zwischen den Seiten erfolgt.
In der folgenden Beschreibung wird immer von einer Nutzzone für die Antenne auf der Erde ausgegangen, man kann jedoch auch zulassen, dass die Antenne auf eine Zone im Raum gerichtet ist (beispielsweise zu Zwecken der Astronomie oder zur Verbindung mit anderen Satelliten). Man kann außerdem annehmen, dass die Strahlersatelliten und Prismensatelliten sich in einem Orbit um einen anderen Himmelskörper als um die Erde befinden.
1.2 Allgemeine geometrische Form
1 zeigt die allgemeine geometrische Form, wobei die Einzelheiten in der Realität je nach Art der Mission, Radar oder Telekommunikation, niedriger oder geostationärer Orbit, variieren. In der gesamten vorliegenden Beschreibung soll der Ausdruck Radar alle Arten der Beobachtung oder Erfassung mit Hochfrequenz beinhalten, ob passiv oder aktiv.
Der Strahler 1 befindet sich auf der Achse -Y, der Geschwindigkeitsvektor bleibt unverändert in Richtung der Y-Achse, der Vektor P steht senkrecht zur Ebene der Antenne. Das Strahlenbündel von der Antenne ist auf den Boden gerichtet, und zwar über einen Bereich, der je nach Mission festgelegt wird (Vektor R). Die Welle breitet sich zwischen dem Strahler und dem Punkt am Boden in der einen und/oder der anderen Richtung in Bezug auf die Antenne aus.
Das Prisma bewirkt eine einfache oder kombinierte Ablenkung je nachdem, ob die Vektoren R, P und AY koplanar sind oder nicht. Bei einer einfachen Ablenkung liegt im Allgemeinen der Wert ϕ2 + ϕ1 nahe bei 90°.
Ferner ist ein orthonormiertes Bezugssystem AXYZ eingezeichnet, wobei A einem Punkt im Zentrum der Antenne entspricht, AY der Richtung der Geschwindigkeit der Satelliten 1 und 2 entspricht und AZ zum Erdmittelpunkt zeigt.
Der Vektor P wird durch einen Winkel α zwischen AY und dessen Projektion auf die Ebene AXY definiert, während der Winkel θ derjenige Winkel ist, der durch diese Projektion erzeugt wird.
Die Richtung R der Antennenausrichtung wird ihrerseits durch die Winkel α' und Θ' definiert.
In 1 sind außerdem die Achsen Px, Py und Pz eingetragen, die den Achsen AX, AY und AZ nach Drehung um einen Winkel α um AZ und anschließende Rotation um einen Winkel θ um die sich so ergebende Richtung Px entsprechen.
Außerdem sind die Achsen Rx, Ry und Rz eingetragen, die den Achsen AX, AY, AZ nach Drehung um einen Winkel α um AZ und anschließende Drehung um einen Winkel θ um die Richtung Rx entsprechen.
1.3 Interne und/oder externe Frequenzumsetzung
Wenn durch das Prisma eine Verstärkung bewirkt wird, d.h. im allgemeinen Anwendungsfall dieser Lehre, darf die parasitäre Kopplung der beiden Seiten das vorne abgestrahlte Signal nicht mit einem Pegel von mehr als 20 dB des hinteren Signals an den hinteren Eingang des Empfangs übertragen. Es ist nicht einfach, eine derartige Entkopplung für jeden Fall sicherzustellen. Das einzige Mittel, dieses Problem radikal zu lösen, besteht darin, in dem Prisma eine Frequenzumsetzung bei der einen und/oder der anderen Sende- und Empfangsverbindungen vorzusehen. Im Übrigen kann diese Umsetzung ganz allgemein notwendig werden, wobei die hintere Verbindung eine Intersatellitenverbindung mit Bedeutung für spezielle Frequenzzuordnungen ist. Dieser letzte Punkt kann jedoch umgangen werden, da hier die Emissionspegel und die Verbindungspfade viel kleiner als bei einer klassischen Intersatellitenverbindung sind.
Die Strahlungsfrequenz beträgt F + f, wobei f die Frequenz ist, die auf Seiten der Erde bei der Mission verwendet wird und F positiv oder negativ ist. Im allgemeinen Fall ist die Frequenzumsetzung um F in dem Prisma die Kombination aus zwei Umsetzungen, bei der für die eine, intern genannte, eine Schwingung genommen wird, die in der Antenne mit der Frequenz Fi erzeugt wurde, und für die andere, extern genannte, eine Schwingung für die Frequenzumsetzung um Fe verwendet wird, die von dem Strahler abgegeben wird (oder als Referenz dazu dient, um sie durch Multiplikation zu erzeugen), so dass sich F = Fi + Fe ergibt. Bei mehreren Strahlern gibt ein einziger, Mittelpunkt genannt, eine Frequenz Fe ab. F und Fe haben dasselbe Vorzeichen, wenn die Umsetzung um Fe und die Umsetzung um F in der gleichen Richtung erfolgen. Bei mehreren Strahlern strahlt ein einziger, der Mittelpunkt genannt wird, die Frequenz Fe ab.
1.4 Geometrie für die Autokompensation von Deformationen
Bei einer Richtantenne nutzt man die Funktionen der Verzögerung und/oder der Phasenverschiebung aus, obwohl im Idealfall nur Verzögerungen verwendet werden müssen. Die Phasenverschiebung führt zu einer falschen Verzögerung, da sie je nach Frequenzkomponenten des Missionssignals und Modulo (λ) variabel ist. Was auch immer für Begriffe in der folgenden Beschreibung verwendet werden, es gibt je nach Anwendungstyp einen gewissen Spielraum beim Vertauschen von Phasenverschiebungen und Verzögerungen, selbst wenn die Hauptablenkung in dem Prisma auf Grund ihrer Größe bei reiner Verzögerung zunimmt.
Im Folgenden wird die Funktion bei der Emission auf die Erde betrachtet. Der Fall des Empfangs ist identisch dazu, wenn Fe null ist, da alle Vorrichtungen reziprok sind. Die Besonderheiten auf Grund von Fe ungleich null werden weiter unten deutlich.
Man modelliert die Antenne durch ein Feld von Deformationen (Abweichungen von der Ebene) Δp von P in Bezug auf die Mittelebene, die man zu einem ersten Zeitpunkt als senkrecht zu P annimmt, wobei die Lageabweichungen der Mittelebene anschließend analysiert werden. Die Autokompensation ergibt sich, wenn man bei jedem Punkt des Prismas den Fall hat, dass seine Projektion auf die Ebene senkrecht zu R die Welle mit unveränderter Phase sieht oder auch die Projektion von Δp auf R einen identischen Phaseneffekt zeigt, der auf den beiden Seiten des Prismas entgegengesetzt ist. Bei einem einzigen Strahler bzw. bei Zusammenfall mit dem Mittelpunkt beträgt der Phaseneffekt 2n ΔP Cos(ϕ1)(F + f)/C – 2n ΔP Cos(ϕ1)Fe/C in Bezug auf die Strahlung und –2n ΔP Cos(ϕ2)f/C bei Abstrahlung, wobei ϕ2 und ϕ1 die Einfallwinkel der Welle auf das Prisma auf der Erdseite bzw. auf der Strahlerseite sind. Die Autokompensation ergibt sich zu: Cos(ϕ2)/Cos(ϕ1) = (Fi + f)/f.
Die externe Umsetzung hat mit der Autokompensationsgeometrie nichts zu tun (es wird weiter unten deutlich, dass Fe dagegen mit der Entwicklung dieser Geometrie für die Strahler abseits des Mittelpunktes eine Rolle spielt). Die Sichtlinien zur Erde mit Autokompensation befinden sich auf einem Konus mit einer Achse senkrecht zum Prisma.
Die Phase auf Grund der Projektion in die Wellenebene bei jedem Antennenpunkt hängt nicht von der Deformation, sondern von der Position der Projektion in dieser Wellenbergebene ab. Es gibt zwei Umsetzungen in der Wellenebene, die sich ergänzen, eine verbunden mit der Bestrahlung nach ΔP Sin(ϕ1), und die andere verbunden mit der Verbindung der Mission nach ΔP Sin(ϕ2). Die Gültigkeit des Prismenprinzips kann von einem bestimmten Gradienten bezüglich der Amplituden- und Phasenverteilung in der Wellenebene abhängig sein. Wenn diese Verteilung nur durch das Prisma erfolgt, so zählt allein die obere Umsetzung (in Bezug auf die Strahlung für die Empfangstrajektorie, bei Prismenabstrahlung für die Emissionstrajektorie) für die Auslöschung (wie man es in der Wellenebene findet). Weiter unten wird eine Option für die Vorrichtung erläutert werden, mit der diese Effekte korrigiert werden können.
1.5 Restliche Autokompensation und Abtastamplitude
Bei einer Modifizierung (δϕ1, δϕ2) der Geometrie beträgt die restliche Autokompensation bezüglich ΔP (–Sin(ϕ1) (Fi + f) δϕ1 + Sin(ϕ2) δϕ2 f). Dies ist im Wesentlichen die zweite Komponente, die von Bedeutung ist, da sie zu der Abtastung führt, die für die Mission notwendig ist. Die Abtastkomponente der Mission mit gleichem Einfallwinkel hat keinerlei Effekt in Bezug auf den Rest.
Man konzentriert sich hier nur auf den restlichen Anteil von 0,1 ΔP, d.h. eine Reduzierung der Empfindlichkeit bezüglich Deformation um einen Faktor 10. Bei Fi = 0 und einer einfachen Ablenkung erhält man ϕ1 = ϕ2 = 45° sowie δϕ2 = +/- 10°. Wenn Fi positiv ist, lässt sich die Abtastung bei der Mission steigern. Beispielsweise hat man bei einem Verhältnis von 5 im Fall einer direkten Ablenkung immer ϕ1 = 79°, ϕ2 = 11°, und es gibt keinerlei weitere reelle Beschränkung in Bezug auf den Bereich des Einfallwinkels bei der Abtastung (> +/– 25°). Dagegen nimmt der Einfluss des Fehlerverhaltens des Prismas auf die Position der Richtung der Kompensation zu, wenn Fi positiv ist. Tatsächlich führt im schlimmsten Fall bei einer einfachen Ablenkung eine Abweichung von der Fluglage, durch die der Einfallwinkel der Sichtrichtung um δϕ und der der Strahlung um –δϕ modifiziert wird, zu einem Restwert von (Sin(ϕ1) (Fi + f) + (Sin(ϕ2) f) δϕ, der für die Kompensation eine Änderung des Einfallwinkels der Sichtlinie um δϕ2 = – (1 + Tg(ϕ1)/Tg(ϕ2)) δϕ erforderlich macht, oder eine Absolutänderung der Autokompensationssichtrichtung um Tg(ϕ1)/Tg(ϕ2) δϕ. Für (Fi + f)/f = 5 beträgt die Empfindlichkeit 26 anstatt 1 ohne interne Umsetzung.
Die Einschränkung in Bezug auf die Ebenheit liegt für gewöhnlich zwischen λ/20 und λ/2. Im L-Band entspricht beispielsweise die Toleranz von 10 cm dem maximalen Bauch einer Antennendimension von 20 m bei 10 festen Platten, die mit den Strukturmechanismen verbunden sind, was nur zu einer Präzision bei der Positionierung von 0,5° führt. Wenn man darüber hinaus berücksichtigt, dass die Momente beim Positionieren ohne HF-Kabel gering sind, so kann man Mechanismen mit Formgedächtnis verwenden. Im P-Band (Toleranz von 35 cm) ist die Ebenheit ebenfalls kein Problem. Wie man jedoch sehen wird, macht es dieses Konzept möglich, noch darüber hinaus zu gehen, nämlich dass man jegliche Forderung nach Ebenheit aufgibt.
1.6 Elektronische Korrektur der Deformation
Wenn die Deformation bekannt ist oder gemessen werden kann, so kann man auf Grund der Phasenverschiebung die restliche Kompensation zurückverfolgen: ΔP(Cos(ϕ1)(Fi + f) – Cos(ϕ2)f). In diesem Fall führt die Lockerung auf Grund des Prismas zu nichts weiter als der präzisen Kenntnis der Deformation δP, wobei die Forderung nach Ebenheit unterdrückt wird. Diese Lockerung, die auf dem Faktor (Cos(ϕ1) (Fi + f) – Cos(ϕ2)f) beruht, ist wie vorher bei der Lockerung in Bezug auf Ebenheit ohne elektronische Korrektur mit den geometrischen Abständen (Abtastbereich) verbunden. Die Kenntnis kann möglicherweise bis auf besser als λ/2, vor allen Dingen im L-Band, gesteigert werden, so dass es die elektronische Korrektur ermöglicht, sich sowohl von der Forderung nach Ebenheit zu befreien als auch den Abtastbereich zu vergrößern. Weiter unten wird deutlich, dass die Strahlungssignale ein direktes Mittel bieten, um die Deformationen mit der erforderlichen, moderaten Präzision zu vermessen.
Die elektronische Korrektur kann sich auch auf den Effekt der Umsetzung in der Wellenebene mit Bezug auf das Gesetz der Auslöschung beziehen, ausgehend von der Kenntnis von zwei Umsetzungskomponenten des Auslöschungsgesetzes: ΔP Sin(ϕ1) und ΔP Sin(ϕ2). Bei dieser Korrektur ergibt sich keine Lockerung in Bezug auf den Fall einer elektronischen Korrektur bei einer normalen Antenne, aber die Empfindlichkeit in Bezug auf Fehler ist weniger groß (für den Großteil der Auslöschungsgesetze).
1.7 Beispiele für die Geometrie mit Fi = 0

– Geostationäre Telekommunikationssatelliten. Man zielt im Allgemeinen auf den Bereich um den Fußpunkt herum. Der Vektor P fällt in die Ebene des Orbits und ist um 45° in Bezug auf die Vertikale geneigt. Die Ablenkung ist einfach. Die Lockerung in Bezug auf die Deformation beträgt 10 (Abtastung < +/- 10°). Die Strahlung wie die Ausleuchtung bei der Mission nutzen die Antenne in einem Verhältnis von 0,7 entlang der Y-Achse, es gibt keinen Verlust an Effizienz in der anderen Richtung.
– Satellit mit lateraler Radar- oder Telekommunikationssichtrichtung in niedrigem Orbit. Dieser ergibt sich aus dem vorangehenden Fall durch Rollen, beispielsweise um 45° (Abtastung 35° bis 55°), da das Prisma nicht vom Rollwinkel abhängt.
– Satelliten vom VOILE-Typ mit Radar oder Telekommunikation: Die Ebene des Prismas ist senkrecht (enthält die Achse AZ). Bei einer lateralen Hauptsichtrichtung mit einem Einfallwinkel von 45° weicht der Vektor P aus der Ebene des Orbits um 35° ab. Die Ablenkung ist zusammengesetzt. Eine Struktur des VOILE-Satelliten wird insbesondere in der Patentanmeldung FR 96 03434 der Anmelderin beschrieben.
– Mission für das Überfliegen in niedrigem Orbit (Radar oder Telekommunikation). Bei P in der Ebene des Orbits trifft der Konus der Autokompensationssichtachse auf die Erde entlang einer allgemein transversalen Linie als Spur und ermöglicht ein abdeckendes Überfliegen. Die Lockerung der Einschränkungen in Bezug auf Deformation ist vollständig, wenn der Strahl dieser Linie folgen kann.

1.8 Diskretisierung der Kopplung zwischen den Seiten
Die Einschränkungen für das Umsetzen (siehe Abschnitt 3) führen dazu, die Kopplung zwischen den Seiten entsprechend einer Vernetzung der Kacheln aufzugliedern. Die lokalen Deformationen auf Höhe der Kacheln werden nicht autokompensiert. Bei den eingeschränkten Dimensionen kann man leicht Ebenheit herstellen, dagegen kann auf Grund der allgemeinen Deformation die Ebene der Kacheln von der Mittelebene der Antenne abweichen, insbesondere wenn die Kachel die auszufahrende Antennenplatte darstellt. Dieser Punkt kann dazu führen, dass man mehrere Kacheln pro Platte hat, selbst ohne interne Deformation der Platten, wobei dieses alles vom Profil der Deformationen abhängt. Man kann zeigen, dass das Maß für die Deformation prinzipiell die Dimension der Antenne ist (Schalenprofil, allgemeiner Fall von thermoelastischen Effekten), und zwar in einer λ/2-Einhüllenden, wobei eine einzige Kachel pro Platte ausreicht, weil es ja wenigstens 10 Kacheln in jeder Dimension gibt.
Wenn man über Kenntnis der Deformation verfügt, so kennt man auch die Abweichungen in Bezug auf die Ausrichtung der Kacheln und kann sie auf Höhe der Phasenverschiebungen im Antennennetz korrigieren und schnellere Deformationsprofile zulassen, ohne die Vernetzung zu verdichten. Vor allem verfügt man bei den lokalen Korrekturen über keine Lockerung in Bezug auf die Genauigkeit der Kenntnis. Wenn sich das Wissen dagegen (mit oder ohne Messung) auf ein Deformationsmodell stützt, so ist die lokale Präzision im Allgemeinen besser.
2. FUNKTION BEI DISPERSIONEN (FLUGLAGE, ZUEINANDER VERSETZTE ODER MEHRERE STRAHLEN, FREQUENZABWEICHUNG,...)
2.1 Modellierung des Prismensatelliten 1 bei kleinen geometrischen Abständen
Das Ziel besteht hier darin, die Funktion des Prismensatelliten 1 bei kleinen Winkelabständen bezüglich der Fluglage des Prismensatelliten 1 oder der Position der Strahler und die Effekte bezüglich des Abstandes der Sichtlinien in Bezug auf eine Referenzsichtlinie R zu analysieren.
Es seien jeweils die äquivalente vordere und hintere Seite des Prismensatelliten 1 die Projektion des Prismensatelliten 1 auf die orthogonalen Ebenen AY und R genannt. Die beiden Transformationen von der reellen Seite beinhalten im Allgemeinen weder den Erhalt der Längen noch der Winkel. Im Fall einer einfachen Ablenkung bleibt eine Erzeugende des Prismensatelliten 1, die orthogonal zur Ebene (AY, P, R) steht, orthogonal ohne Änderung der Länge, eine andere Erzeugende, die orthogonal zur ersten steht, bleibt orthogonal, dies jedoch mit einem Verhältnis Cos(ϕ1)/Cos(ϕ2) zwischen Projektion vorne und Projektion hinten.
Die fundamentale Rolle des Prismensatelliten 1 kann somit bei beliebiger Reihenfolge der Operationen unterteilt werden in:

– Umsetzung um Fi mit der gleichen Phase für alle Punkte der einen oder der anderen äquivalenten Seite. Dies wird bei der reellen Oberfläche nach einem Verzögerungsgesetz bezüglich der geneigten Ebene wiederholt.
– Umsetzung um Fe auf Höhe der äquivalenten oder reellen hinteren Seite mit der Phase, bei der das Umsetzungssignal auf dieser äquivalenten oder reellen hinteren Seite empfangen wird,
– Verbindung zwischen den korrespondierenden Punkten der äquivalenten vorderen und hinteren Seite mit einem festen konstanten Verzögerungswert für das Prisma.

Wenn der Strahler genau auf der Achse Y liegt, ist der Einfallwinkel der Welle null, und der Verzögerungswert der Welle ist über die gesamte Oberfläche jeder der äquivalenten Seiten konstant.
2.2 Strahlerabstand
Ohne Frequenzumsetzung entspricht ein Strahlerabstand einem Einfallwinkel δι auf der hinteren äquivalenten Seite und führt zu einer Phasenrampe mit einem Anstieg von δι f (für kleine Werte von δι). Diese Rampe wird auf der vorderen äquivalenten Seite reproduziert, ihre Orientierung und Länge werden gemäß der Beziehung der Projektion zwischen den äquivalenten Seiten transformiert. Der Anstieg der Rampe und damit der Einfallwinkel, der auf der äquivalenten vorderen Seite erzeugt wird, werden mit dem Verhältnis der Längen reproduziert. Im allgemeinen Fall wird die Geometrie der Strahlerabstände und der Strahlenbündel, die jeweils auf die vordere und hintere äquivalente Seite projiziert werden, nicht erhalten, es gibt eine Anisotropie. Im speziellen Fall einer direkten Ablenkung, wenn der Strahlerabstand in der Ebene (AY, P, R) liegt, wird die Phasenrampe in dieser Ebene für alle Flächen ausgerichtet, wobei die Abstände in dieser Ebene verbleiben und Einfallwinkelabstände sind. Desgleichen bleiben die Abstände orthogonal und sind Abstände mit gleichem Einfallwinkel. Die Anisotropie führt zu einer Modifizierung lediglich der Abstände der Einfallwinkel in Form von Cos(ϕ1)/Cos(ϕ2).
Wenn nur eine interne Frequenzumsetzung um Fi vorliegt, so beträgt die Phasenrampe an der hinteren äquivalenten Seite δι (Fi + f) und bleibt nach Übergang auf die Frequenz f unverändert. Die Rampe auf der äquivalenten Seite vorne nimmt daher im Verhältnis (Fi + f)/f zu. Die interne Umsetzung modifiziert die Funktion der Transformation der Abstände im Verhältnis (Fi + f)/f.
Die externe Umsetzung bleibt ohne Folgen für den Strahler, der diese Umsetzungsfrequenz ausstrahlt (Mittelpunkt), alles verläuft, als ob dieser Strahler direkt auf Fi + f abstrahlte. Für den Fall, dass ein Mittelpunkt selbst einen Abstand aufweist, betrachtet man den Prismensatelliten 1 in einem neuen Modell mit einer neuen Achse AY, die durch den Mittelpunkt verläuft, und einer neuen Achse R, die dem Strahlenbündel entspricht, mit dem ein virtueller Strahler erzeugt wird, der den Mittelpunkt begleitet und damit das ursprüngliche R um den Abstand versetzt, der durch das ursprüngliche Prisma erzeugt wird, das dem Abstand dieses virtuellen Strahlers unterworfen wird und bei Fe = 0 arbeitet. Bei dem neuen Prisma mit seinen neuen äquivalenten Seiten wirkt die externe Umsetzung bei einem Strahler mit Abstand vom Mittelpunkt wie eine interne Umsetzung, und die Transformationsfunktion des Abstandes ist (Fi + Fe + f)/f.
Es lässt sich daraus für alle Fälle schließen, dass der Prismensatellit 1 wie eine Linse arbeitet, wobei der Strahler in einem System RxRz angeordnet ist (siehe 1), das aus dem tatsächlichen Abstandssystem XIZ durch dieselbe Transformation wie die zwischen äquivalenter hinterer und vorderer Seite hervorgeht, gefolgt von einer Vergrößerung/Verringerung der Längen um (Fi + f)/f bezüglich des Abstandes des Mittelpunkts um AY und um (F + f)/f bezüglich des Abstandes zwischen einem Strahler und dem Mittelpunkt.
Für eine einfache Ablenkungsgeometrie und bei Autokompensation mit Fe = 0 (siehe beispielsweise Telekommunikationssatelliten in Abschnitt 1.7) hat man Cos(ϕ1)/Cos(ϕ2) = 1, und man führt daher eine isotrope Transformation mit Vergrößerung/Verringerung um (Fe + f)/f durch. Im Fall eines Telekommunikationsprismas wird ein Abstand entlang X am Boden mit einer Strahlfläche reproduziert, die nach –X versetzt ist, während ein Abstand gemäß Z einen Versatz nach Y ergibt. Die erzielte Autokompensation, wenn Fi nicht null ist, erzeugt eine Anisotropie in einer Direktablenkung, da die Transferfunktion für den Einfallwinkel zu (Cos(ϕ1)/Cos(ϕ2) (Fi + Fe + f) f = (Fi + Fe + F/Fi + f) wird, während sie (Fi + Fe + f)/f für die andere Achse ist. Diese Rolle von Fi bezüglich der Anisotropie findet sich bei jedem Prismentyp für die Autokompensation wieder, da Fi das Verhältnis der äquivalenten vorderen und hinteren Oberflächen angibt.
Ein Strahlerabstand δϕ1 versetzt die Bodensichtlinie der Autokompensation um δϕ2. Wenn Fe = 0, erhält man δϕ2 derart, dass der gesamte Rest (–Sin(ϕ1) (f + Fi) δϕ1 + Sin(ϕ2) f δϕ2) null wird. Wenn Fe ungleich null ist, so hat für den Fall, dass man davon ausgeht, dass der Mittelpunkt nicht den notwendigen Abstand hat, wenn man ein neues Modell des Prismensatelliten 1 betrachtet, bei dem dieser Abstand unterdrückt wird, ein anderer Strahler mit dem Abstand δϕ1 in Bezug auf diesen Mittelpunkt eine Autokompensationssichtlinie mit Abstand δϕ2 in Bezug auf die Autokompensationssichtlinie des Mittelpunkts, so dass – Sin(ϕ1) (f + Fi + Fe) δϕ1 + Sin(ϕ2) f δϕ2) null wird. Allgemein ist die Differenz zwischen den Einfallwinkeln der Autokompensationssichtlinien zu den beiden Bestrahlungsvorgängen und die Differenz zwischen den Einfallwinkeln der beiden Bestrahlungsvorgänge durch das Verhältnis Sin(ϕ1)/Sin(ϕ2) (f + F)/f gegeben.
2.3 Funktion bei einem Strahlersystem
Wenn das Prisma ein lineares System ist, so ergeben mehrere Strahler mit Abstand in Bezug auf AY mehrere Strahlenbündel, die zu R beabstandet sind, so dass man eine totale Transparenz für das Prisma erhält.
Eine Konfiguration mit mehreren Strahlenbündeln, die einfach zu handhaben ist, ist jene, bei der die Strahler im Orbit versetzt sind und daher auf Grund der Krümmung des Orbits auf AZ versetzt gesehen werden. Dies hat eine Ausrichtung der Strahlenbündel entlang des Orbits für den Fall zur Folge, dass die Geometrie des Telekommunikationssatelliten vorliegt, und eine Ausrichtung der Strahlenbündel transversal zum Orbit bei Voile-Geometrie (siehe Beispiele für die Geometrie in Abschnitt 1.7).
Wie bei einer klassischen Antenne können bei dem Prismensatelliten 1 verschiedene Kanäle (zeitliche oder frequenzmäßige) diskriminiert werden, die durch einen Strahler ausgesendet werden, und es kann ihnen ein eigenes Strahlenbündel zugeordnet werden. Bei einer Mission, bei der eine große Anzahl von Strahlenbündeln benötigt wird, ist es möglich, die Funktion mit mehreren Strahlenbündeln, die extern durch die mehrfach vorhandenen Strahler erfüllt wird, mit der Funktion mit mehreren Strahlenbündeln, die intern durch den Prismensatelliten 1 erfüllt wird, bei jedem Strahler zu kombinieren, um das Anordnen des großen Mosaiks von Strahlenbündeln zu vereinfachen. In Abschnitt 4 wird die Telekommunikationsanwendung im Einzelnen erläutert, wobei den Strahlern die Nahfeldfunktion in einem großen Mosaik zugewiesen wird.
2.4 Vorteil der Frequenzumsetzung
Die Vergrößerung/Verringerung der Abstände (oder Einfallwinkel auf der äquivalenten vorderen Seite) jedes der Strahlenbündel durch das Verhältnis (F + f)/f wirkt sich auch auf die Abstände zwischen den Strahlenbündeln aus. Es ist die Einheit des Strahlenbündelsystems, das durch das Strahlersystem erzeugt wird, die sich schließt oder öffnet in Abhängigkeit vom Verhältnis (F + f)/f. Die Hauptaufgabe des Prismas besteht vor allem in den niedrigen Frequenzen (was zu großen Antennen führt), und wenn man darüber hinaus die hohen Frequenzen der Verbindungen der Satelliten untereinander (> 20 oder 40 GHz) berücksichtigt, so wird ersichtlich, dass man Verstärkungsverhältnisse von mehr als 20 erreichen kann. Da die Einsatzbedingungen (siehe Abschnitt 3.1) den Abstand zwischen den Strahlenbündeln auf Erdseite auf einige Grad einschränken, hat man bei derartigen Verstärkungsverhältnissen einen Abstand zwischen den Strahlern, der in etwa bei 10^–3 Radian liegt. Die Strahler können daher Teil eines einzigen Satelliten mit mehreren Strahlern sein, der Arme mit höchstens 5 m aufweist bei einer Distanz zum Prismensatelliten 1 von 5 km (bei 10^–3).
Bei Missionen, bei denen die Strahler nicht auf demselben Satelliten zusammengefasst werden können, kann es von Interesse sein, eine Verringerung des Abstandes vorzusehen (wenn sich die niedrige Frequenz f– |F| auf eine Verbindung zwischen den Satelliten bezieht), um die Einschränkung bezüglich relativer Navigation der Strahler abzuschwächen.
2.5 Verhalten in Bezug auf die Fluglage des Prismensatelliten 1
Eine Änderung der Fluglage des Prismensatelliten 1 hat zwei Effekte bezüglich Position am Boden der Strahlfläche zur Folge, nämlich den Effekt auf Grund der Bewegung des Strahlers in einem System, das fest mit dem Prismensatelliten 1 verbunden ist, und den direkten Effekt der Änderung der Fluglage des Bezugssystems. Nach dem vorangehenden (Abschnitt 2.2) ist die Bewegung, die durch irgendeinen Strahler hervorgerufen wird, wenn Fe = 0, oder durch den Mittelpunkt im gegenteiligen Fall, eine Amplitude in dem Verhältnis (Fi + f)/f der direkten Bewegung, und man stellt fest, dass bei großen Werten von (Fi + f)/f die Abhängigkeit von der Fluglage allgemein zunimmt. Wenn dagegen Fi negativ oder null ist, so liegt Invertierung oder Äquivalenz vor.
In allen Fällen hat eine Abweichung von der Fluglage durch Rollen lediglich die direkte Auswirkung zur Folge, und damit bleibt die hintere Bestrahlung der Antenne unverändert, wenn der Prismensatellit 1 sich in der Autokompensationsgeometrie befindet, eine Abweichung der Fluglage um eine Achse in der Ebene des Prismas bleibt ohne Auswirkung, da dies einer Deformation transversal zum Prisma gleicht. Die Auswirkung der Funktion von Fi bei dem induzierten Effekt betrifft lediglich die dritte Achse der Fluglage orthogonal zu den beiden ersten, d.h. die Gierachse für den Fall des Telekommunikationsprismas, die Nickachse beim VOILE-Prisma.
Im Fall einer Kompensationsgeometrie wird der Vektor bezüglich der Abweichung von der Fluglage immer in eine Komponente ρ entlang der Rollachse AY und eine Komponente σ in der Ebene des Prismas zerlegt. Die Komponente σ bleibt ohne Auswirkung auf die Phase der Punkte, die in eine Ebene senkrecht zu R projiziert werden. Dagegen entspricht die Translation der Punkte in dieser Ebene einer Drehung um R um einen Wert, der gleich der Projektion von σ auf R ist. Damit ist der Abstandsvektor δR das Ergebnis der Auswirkung einer Rollbewegung ρ um R und der Drehung auf Grund dessen um R um den Wert (σ × R).
Im Fall eines Telekommunikationsprismas mit Sichtrichtung auf den Fußpunkt erhält man bei einer Abweichung durch eine Nickbewegung t als Ergebnis ρ = 0, und es gibt somit keinerlei Auswirkungen. Bei einer Abweichung auf Grund einer Gierbewegung 1 erhält man |ρ| = 1/Tg(ϕ1) und |σ| = I/Sin(ϕ1). Die Rollbewegung ρ wird mit einer Drehung um R kombiniert, und damit erhält man eine Gierbewegung mit dem Wert Cos(n/2 – ϕ1) I/Sin(ϕ1) = I. Die Gierdrehung ist identisch zu der um eine senkrechte Antenne, hinzu kommt eine Rollbewegung um I/Tg(ϕ1). Bei Fi = 0 hat die Rollbewegung die gleiche Amplitude wie die Gierbewegung. Man findet dasselbe Resultat, wenn man davon ausgeht, dass sich bei der Nickbewegung die beiden Bewegungen, direkt und induziert, kompensieren, sich bei der Gierbewegung die induzierte Bewegung in eine Rollbewegung transformiert und sich der direkten Gierbewegung überlagert.
2.6 Funktion bei Empfang mit Fe ungleich null
Alles im Vorangehenden gilt genauso für das Senden wie für das Empfangen, vorausgesetzt, dass Fe null ist. Im gegenteiligen Fall wird die Funktion der Strahlerabstände beibehalten, nicht jedoch die Autokompensation. Es gibt mehrere Optionen für die Modifizierung der Vorrichtung, um gleiches für den Empfang zu erzielen.
2.6.1 Empfangsumsetzung mit dem Mittelpunktsignal bei Bodenempfang
Man betrachte einen Empfangsmittelpunkt am Boden mit einem Einfallwinkel ϕ2, wobei ϕ1 der Einfallwinkel ist, unter dem ein Strahler das Signal empfängt. Man betrachte eine Bodensichtlinie mit Einfallwinkel ϕ2 + δϕ2, der Gesamtrestwert der Kompensation beträgt Cos(ϕ1) (F + f) – Cos(ϕ2) f – Cos(ϕ2) Fe + Sin(ϕ2) δϕ2 f. Die Autokompensation ergibt sich durch: δϕ2 = (Cos(ϕ2) (f + Fe) – Cos(ϕ1) (F + f)/(Sin(ϕ2) f), wodurch am Boden eine Autokompensationsempfangslinie definiert wird.
Der Rest der Deformation reagiert auf den Abstand der Sichtlinie um diese Linie (Sin(ϕ2) δϕ2 f) und auf die Abweichung der Fluglage des Prismas um δϕ mit (Sin(ϕ1) (F + f) δϕ + Sin(ϕ2) (Fe+f) δϕ) für den ungünstigen Fall einer einfachen Ablenkung. Der erste Term bleibt unverändert in Bezug auf den Fall des Aussendens, dagegen tritt eine zusätzliche Abhängigkeit von der Fluglage auf durch (Sin(ϕ1) Fe + Sin(ϕ2) Fe) δϕ, die sich negativ auswirken kann, wenn Fe positiv groß vor f oder vor Fi + f ist.
Wenn man Fi = 0 und ϕ1 = ϕ2 setzt, so wird durch die Sendeautokompensationslinie auch die Empfangsautokompensationslinie erzeugt, jedoch muss der Empfangsmittelpunkt auf dieser Linie liegen. Es ist außerdem möglich, Fi und Fe einzustellen, um die Sende- und Empfangsautokompensationslinien einander sehr nahe zu bringen, selbst wenn der Empfangsmittelpunkt nicht in der Nähe dieser Linie liegen kann.
Diese Lösung des Mittelpunkts am Boden beim Empfang ist im durchlaufenen Orbit schwierig beherrschbar, außer wenn Fe klein ist, da die Übereinstimmung der Autokompensationslinien nicht beibehalten werden kann.
2.6.2 Empfangsmittelpunkt im Orbit gegenüber dem Strahler
Eine spezielle Position des Empfangsmittelpunkts im Orbit liegt vor, wenn eine Strahlereinrichtung auf der gegenüberliegenden Seite in Bezug auf das Prisma angeordnet ist. Man hat dann ϕ2 = ϕ1 + γ, wobei γ auf Grund der Krümmung des Orbits negativ und klein ist. Nach dem Vorangegangenen ergibt sich für die Autokompensationssichtlinie δϕ2 = –Fi Ctg(ϕ1)/f – γ (f + Fe/f) und ein Einfallwinkel ϕ1 + γ + δϕ2 = ϕ1 – (Fi Ctg(ϕ1) + γ Fe)/f.
Da γ negativ ist, ist es also möglich, Fi und Fe anzupassen, damit die Autokompensation beim Empfang für den gleichen Einfallwinkel wie beim Senden erfolgt, d. h. bei ϕ1, beispielsweise indem beim Senden Fi = 0 sowie Fi, Fe beim Empfangen derart gesetzt werden, dass sich Fi Ctg(ϕ1) + γ Fe = 0 ergibt.
Der Vorteil dieser Lösung gegenüber der vorangehenden besteht darin, dass es keinen zusätzlichen Effekt auf den Restwert auf Grund der Abweichung von der Fluglage gibt, wenn F und Fe nahe beieinander sind (Fi klein), da die Effekte auf ϕ1 und ϕ2 identisch sind, während sie bei einem Bodenmittelpunkt entgegengesetzt sind. Schließlich erweist sich diese Lösung als günstig für jede Art von Orbit. Ein Nachteil besteht darin, dass sich ohne interne Frequenz die Sendeautokompensation nicht mit derjenigen beim Empfang vereinbaren lässt und der Abstand groß werden kann, wenn Fe/f groß ist.
2.6.3 Verwendung des Sendemittelpunktsignals beim Empfang im negativen Sinne
Wenn man jetzt beim Empfang die Frequenz für die Umsetzung des Sendemittelpunkts bei Umsetzung mit entgegengesetzten Vorzeichen verwendet, d.h. invers zu dem, das notwendig ist zum Überleiten von f auf f + F, so führt dies zu einer vollständigen Aktion mit der internen Frequenz. Man hat somit als Gesamtrestwert: Cos(ϕ1) (Fi + Fe + f) + Cos(ϕ1) Fe – Cos(ϕ2) f = Cos(ϕ1) (Fi + 2Fe + f) – Cos(ϕ2) f, wobei Fe und Fi entgegengesetzte Vorzeichen haben.
Bei Fi = Fi' – 2FE = F – Fe hat man die gleiche Autokompensationsbedingung wie beim Senden mit einer internen Umsetzung Fi'.
Lediglich die Komponente Fi' und bezüglich Fi wird auf der reellen Seite mit einer Phasenrampe (oder Verzögerung) wie bei einer internen normalen Umsetzung verwendet. Die Komponente Fi" = –2Fe wird auf der reellen Seite ohne Verzögerungsrampe angewendet. Man kann annehmen, dass die Umsetzung auf der äquivalenten hinteren Seite erfolgt, die man immer senkrecht zur Richtung des Mittelpunktes definieren kann. Diese Umsetzung vermischt ein Signal Fe, das vorher orthogonal diese Seite durchlaufen hat, so dass es auf der reellen Seite reflektiert wird und mit einer Phasenrampe auf Grund dieses doppelten Durchgangs zurückkommt, und ein Signal Fi'', dessen Phasenrampe auf den einfachen Durchgang von der reellen Seite her zurückzuführen ist. Wenn |Fi"| = 2 |Fe| gilt, so haben die beiden Rampen die gleiche Amplitude und kompensieren sich, so dass die Umsetzung um Fe negativ ist. Als einziges verbleibt eventuell die Phasenrampe auf Grund eines Einfallwinkels des Missionssignals f auf der vorderen Seite, reproduziert auf der hinteren unter Berücksichtigung der Anisotropie und Vergrößerung/Verringerung durch f/(Fi' – Fe + f) = f/(F + f) wie bei einem normalen Prisma.
Es lässt sich verifizieren, dass die Abhängigkeiten der Sichtlinie von der Autokompensation von den Abständen des Sendemittelpunktstrahlers bei Fe, von den Abständen des Strahlers in Bezug auf den Mittelpunkt und der Fluglage des Prismas die gleichen sind wie die in Abschnitt 1.5 und 2.2 für den Fall des Sendens mit interner Umsetzung Fi' und externer –Fe (d.h. positivem Fe). Desgleichen bleibt die Auswirkung unabhängig von der geometrischen Autokompensationsbedingung auf die Strahlenbündel beim Empfang in Bezug auf die Strahlerabstände und zwischen den Strahlern oder auf die Fluglage des Prismas unverändert.
Dies ist die ideale Lösung, wenn man davon ausgeht, dass man eine interne Frequenz hat.
2.6.4 Umsetzung beim Empfang mit dem Signal nur einer Mittelpunktausstrahlung
Bei Fi = 0 muss folglich Fe < f gelten, und die Autokompensationsbedingung ist Cos(ϕ1) (f + Fe)) + Cos(ϕ1) Fe – Cos(ϕ2) f = Cos(ϕ1) (f + 2F) – Cos(ϕ2) f = 0. Bei kleinem F vor f gilt ϕ2 – ϕ1 = 2 Ctg(ϕ1) F/f. Wenn man nicht zu viel Abstand zwischen den Autokompensationspunkten beim Senden und Empfang haben will, muss man daher F/f klein wählen.
2.7 Frequenzdispersion für Fi, Fe, f
2.7.1 Variation des Abstandes im Band ΔF
Die Vergrößerung/Verringerung des Winkelabstandes erfolgt mit (F + f)/f und ändert sich daher in dem Band Δf. Die relative Abweichung von dem Abstand zwischen den Strahlenbündeln ergibt sich zu –Δf/f (F/(F + f)). Da die Winkelamplitude der Missionsvorgabe, die durch mehrere Strahler erzeugt wird, auf einige Grad beschränkt ist, führt dies zu Problemen bei den Banden von nur einigen Prozent (wobei F positiv ist).
Wenn man die beiden Trajektorien betrachtet, so hat man eine große relative Gesamtbandbreite, und es kann notwendig werden, jeweils eine Umsetzungsfrequenz pro Trajektorie vorzusehen.
2.7.2 Relative Instabilitäten bezüglich Fi und Fe
Mit einem einzigen Strahler und Fi = 0 läuft alles ab, als hätte man eine Quelle mit nur einer einzigen Frequenz.
Die Vergrößerung/Verringerung des Winkelabstandes erfolgt nach f1/(f1 – F), wobei f1 die Frequenz ist, auf der der Strahler sendet, und F die der Frequenzumsetzung ist. Wenn Fi ungleich null ist und/oder man mehrere Strahler hat, so sind F und f1 unabhängige Frequenzen. Die relative Abweichung bezüglich Winkelabstand μ, die sich aus relativen Instabilitäten der Frequenzen ergibt, lässt sich schreiben als δμ/μ < St – ((f1 + F)/(f1 – F)) St, wobei St die relative Frequenzstabilität ist (einschließlich der Doppler-Verschiebung). Der Effekt ist maximal bei F >> f und beträgt 2 (F/f) St. Die relative Abweichung in Bezug auf den Abstand zwischen zwei Strahlenbündeln beliebiger Art ist kleiner, da die Quelle der Abweichung, nämlich die Instabilität bei der Umsetzung, für alle die gleiche ist. Mit einer relativen Stabilität von 10^–5, d. h. ohne besondere Vorkehrung, bleibt der absolute Winkel ohne Bedeutung, wenn man die kleinen Werte bei den angestrebten Abständen berücksichtigt.
Die Frequenz Fi muss bei konstanter Phase auf der äquivalenten Seite für den Empfang (vorne oder hinten) angewendet werden, d. h. auf der reellen Seite mit einem Verzögerungsanstieg von Sin(ϕ1) oder einem Anstieg der Phase von Sin(ϕ1) Fi. Ein Anstieg der Phase kann leichter herzustellen sein, führt aber nominell für den theoretischen Wert Fi dazu, dass eine Abweichung beim Anstieg der Phase von Sin(ϕ1) δFi bei einer Abweichung δFi von Fi eingeführt wird. Diese Abweichung wird durch einen Abstand des Einfallwinkels δϕ auf der vorderen äquivalenten Seite kompensiert, so dass δϕ Cos(ϕ2) f = Sin(ϕ1) δFi gilt. Für eine direkte Ablenkung hat man δϕ = (Fi/f) St. Bei Fi/f = 20 (d.h. starke Vergrößerung des Abstandes) hat man δϕ < 20 × 10^–5 < 10^–2 Grad.
Der Fall der Umsetzung beim Empfang, wenn vom Mittelpunkt aus gesendet wird (siehe Abschnitt 2.6.3), unterscheidet sich davon, da Fi" ohne Verzögerungsrampe eingesetzt wird. Dagegen gibt es in diesem Fall eine Abhängigkeit von der Differenz zwischen |Fi''| und 2 |Fe| , wodurch ein Restanstieg bei der Phase auf der hinteren äquivalenten Seite erzeugt wird, kompensiert durch einen Einfallwinkel δϕ des Empfangsstrahlenbündels auf der vorderen äquivalenten Seite, so dass Cos(ϕ2) f δϕ = Cos(ϕ1) (|Fi''| –2 |Fe|) gilt. Bei einer Autokompensationsgeometrie gilt Cos(ϕ1)/Cos(ϕ2) = f/(Fi' + f) sowie δϕ < 3 St ( |Fe|/f) (f/(Fi' + f)). Bei positivem Fi' und einer starken Abstandsvergrößerung ( |Fe/f| > 20) hat man δϕ < 3 × 10^–2 Grad.
Die relative Stabilität kann zu einer Einschränkung führen, wenn die Öffnung des Missionsstrahlenbündels kleiner als 0,3° ist oder die effektive Dimension der Antenne im L-Band 38 m beträgt. Diese Einschränkung kann umgangen werden, indem man Verzögerungsleitungen für Fi verwendet und |Fi''| auf Höhe eines der Empfangspunkte von Fe in dem Prisma (oder in Höhe der Plattform) zu 2 |Fe macht.
2.8 Elektronische Korrektur der Geometrie (Strahler und Fluglage) auf Grund der Strahlungssignale
Der Strahlersatellit 2 (dessen Mittelpunkt mit | in 1 bezeichnet wurde) und der Prismensatellit 1 (dessen Mittelpunkt mit A in 1 bezeichnet wurde) können als zwei Satelliten betrachtet werden, die in einer Röhre mit einem bestimmten Durchmesser umlaufen. Die Achse |A kann entlang der Achse Y in dem Bezugssystem der Satellitenantenne verschoben werden. Nur die Entfernung der beiden Satelliten und die erzeugte Krümmung bilden einen Abstandsfaktor. Im Folgenden werden zwei Satelliten, die 100 km voneinander entfernt sind, sowie eine Röhre von 5 km betrachtet.
Die beiden Satelliten kennen ihre Position, die des Satelliten 2 kann an den Satelliten 1 über den Dienstkanal übermittelt werden, der auf alle Fälle existieren muss, um die Steuerbefehle für die Antenne zu übertragen. A kennt daher die Orientierung und kann die Auswirkung berücksichtigen, die auf Grund der Phasenverschiebung in Höhe der Kopplungspunkte zwischen den Flächen auftreten kann. Die Fluglagenabweichung der Antenne beeinträchtigt in geringem Maße diese Korrektur des induzierten Effekts, da diese nicht in der effektiven Antennenebene durchgeführt wird (Produkt dritter Ordnung der Fluglagenabweichungen und Strahlerabstände), aber vor allem wird der direkte Effekt der Fluglagenabweichung nicht korrigiert.
Optional kann man außerdem die Fluglage des Prismas messen, um sie auf Höhe der Einheiten der Phasenverschiebungsvorrichtungen der Richtantenne zu korrigieren. Dazu genügt es, die Differenzen der Bestrahlungsphasen zwischen zwei Empfangspunkten auf der Antenne zu messen, und dies für zwei Punktpaare durchzuführen. Jedes Paar ermöglicht es, in dem Bezugssystem des Prismas eine Komponente des Vektors A| zu messen. Ist die Orientierung von A| bekannt, dann kennt man die des Bezugssystems des Prismas, abgesehen von seiner Position bezüglich Drehung um A|, d. h. im Wesentlichen seine Rollposition. Das System wird damit bezüglich der Fluglage bis auf die Rollachse vollständig korrigiert, wobei alles wie bei einem klassischen Satelliten verbleibt. Sobald man die Fluglage kennt, kann man sich auf die Strahlungssignale stützen oder nicht, um unabhängig die Art des Effektes (Fluglage oder Strahler) sowie die Dispersionsachse, die man kompensieren will oder nicht, zu wählen, und zwar um bestimmte Transferfunktionen oder natürliche Autokompensationsfunktionen des Prismas zu erhalten.
Das Messen der Phasendifferenzen kann mit dem Missionssignal (Radar oder Telekommunikation) oder über Phasenmessung auf einer externen Umsetzungsschwingung oder einer zu diesem Zweck vorgesehenen Schwingung erfolgen. Wenn man von großen Antennen (> 20 m) ausgeht, so bedeutet eine mittlere Genauigkeit (1 cm) bereits eine Fluglagengenauigkeit von drei Hundertstel Grad. Der Nachteil, der sich ergibt, wenn Fi ungleich null ist, besteht darin, dass ein Signal von einem Punkt zu einem anderen Punkt der Antenne geleitet werden muss.
Für den Fall von mehreren verschiedenen Strahlern kann man Kompensationen in Bezug auf einen speziellen Strahler oder in Bezug auf eine virtuelle Richtung der Bestrahlung im Bezugssystem der reellen Bestrahlungen durchführen, während für die Fluglagenmessung das Signal eines oder mehrerer Strahler verwendet wird. Die Auswirkung auf die Strahlenbündelgeometrie auf Grund der Variationen der Geometrie zwischen den Strahlern wird selbstverständlich nicht korrigiert.
2.9 Elektronische Korrektur der Deformation auf Grund von Strahlungssignalen
Die Korrektur der Deformation ΔP (durch Einengung der restlichen Autokompensation ΔP (Cos(ϕ1) (Fi + f) – Cos(ϕ2)f)) erfolgt auf Höhe jedes Kopplungspunktes oder auf Höhe der Phasenverschiebungsvorrichtungen der Richtantennenkachel zu demselben Punkt der Kopplung. In dem zweiten Fall kann man zwischen den Kopplungspunkten interpolieren. Was auch immer die Messeinrichtung sei, es ist möglich, dass man diese Messung mit derjenigen der Fluglage der mittleren Ebene, die sich aus den Bestrahlungssignalen ergibt, koppeln möchte.
Die Bestrahlungssignale machen es außerdem möglich, diese Messung durchzuführen, indem eine Verallgemeinerung für alle Kopplungspunkte der für die Fluglage angestrebten Phasenmessung erfolgt.
2.10 Fi oder Fe?
Fi kann einfacher zu handhaben sein als Fe. Bei einem einzigen Strahler ist man bei einem großen Verhältnis (Fi + f)/f bei einem Autokompensationsprisma bestrebt, den Einfallswinkel der Bestrahlung zu erhöhen und damit die effektive Oberfläche der Antenne für die Mission zu vergrößern, die Empfindlichkeit bezüglich des Abtastbereiches zu reduzieren, die Umsetzungseffekte in der Wellenebene zu verringern, wenn das Auslöschungsgesetz auf das Prisma und nicht auf den Strahler zutrifft. Dagegen nimmt die Empfindlichkeit in Bezug auf die Fluglage des Prismas zu, außerdem auch für die Richtung der Strahlenbündel wie die der Autokompensationssichtlinien. Fi ist eine gute Lösung, wenn man nur bestrebt ist, eine Umsetzung mit einem minimalen Wert durchzuführen.
Mit einem Strahlensystem kann Fi zu keiner starken Vergrößerung oder Verringerung des Abstandes gleichzeitig in beiden Dimensionen führen (da Fi die Anisotropie vergrößert). Wenn man versucht, die Strahler in ein und demselben Satelliten zu integrieren, so muss man Fe stärker berücksichtigen.
2.11 Kombinationen mit mehreren Prismen
2.11.1 Gemeinsame Strahler für zwei Prismen
Wenn die Prismensatelliten 1 sich auf derselben Seite in Bezug auf die Strahlersatelliten 2 in dem Orbit befinden, so ist es von Vorteil, sie auf einen gleichen Orbit zu verschieben oder genauso gut auf Orbitalbahnen mit elliptischen Abständen und/oder Abständen in Bezug auf die Orbitalebene, um sowohl Kollisionen zu vermeiden als auch die Abschattung in Bezug auf die Sicht des Strahlers zu vermeiden. Die Lösung durch Verschiebung in den gleichen Orbit hat den Nachteil, die relative Geometrie in Bezug auf die Sicht der Strahler aus Gründen der Abstandsdifferenzen zu vergrößern oder zu komprimieren, was zu einer Einschränkung führen kann, wenn mehrere Prismen in der gleichen Mission mit identischen Strahlenbündeln am Boden umlaufen, insbesondere für den Fall, dass ein Prisma die Abstrahlung auf den Boden und ein anderes den Empfang sicherstellt.
Es ist möglich, dieses eine oder die Kombination aus mehreren Prismen zu verdoppeln, indem man sie auf beiden Seiten im Orbit der gleichen Strahler anordnet. Bei gegenüberliegenden Prismen, die die identischen Strahlflächen der Strahlenbündel am Boden anpeilen müssen, ist es notwendig, die Transformationsfunktion für den Abstand bei einem der Prismen zu invertieren, da andernfalls die Abstände am Boden auf Grund der Spiegelgeometrie invers zueinander sind. Dies erreicht man, indem man von F + f auf f übergeht, und zwar nicht durch eine Vermischung "hinteres Signal (F + f) – Referenz F", sondern durch eine Vermischung "Referenz (2f + F) – hinteres Signal (F + f)". Die Autokompensationsfunktionen der Deformationen werden erhalten, der Abstand wird mit dem Verhältnis – (F + f)/f multipliziert.
2.11.2 Jedes Prisma trägt den Strahler des anderen Prismas
Bestimmte Telekommunikationsmissionen verwenden darüber hinaus eine doppelte Missionstrajektorie, nämlich eine doppelte Trajektorie für die Verbindung zu einem oder mehreren Punkten am Boden, wo ein Verschmelzen von Strahlenbündeln der Missionen stattfinden kann, wenn dies nicht an Bord geschieht (in dem oder den Strahlern im Fall des Prismas), und wo sich der Zugriff auf das terrestrische Netz konzentrieren kann. In diesem Fall unterstützen die Strahler die Verbindung mit doppelter Trajektorie zur Verbindung mit dem Boden. Wenn bei der Mission mehrere Prismen eingesetzt werden, so besteht ein anderer Ansatz darin, die Strahler des einen Prismas von einem anderen Prisma tragen zu lassen und umgekehrt. Die mehreren Strahler können auf dem Umfang der Prismenantenne oder auch einfach auf dem Rücken angeordnet werden, der weitestgehend leer ist, wie man weiter unten sehen wird, wenn es sich um in Bezug auf die Strahler gegenüberliegende Prismen handelt.
2.12 Der Fall eines Prismas, das in Reflektion arbeitet
All das Vorangehende lässt sich auch auf ein Prisma anwenden, das in Reflektion arbeitet, und zwar auf die gleiche Art. Die Mehrstrahlerfunktion bleibt die gleiche, allerdings ohne Invertierung der Abstände, dagegen werden die Deformationen und die Fluglagenabweichungen nicht kompensiert, sondern verdoppelt.
3. ANALYSE EINER REALISIERUNG
3.1 Architektur der Antenne und der Kopplung zwischen den Seiten
Die Prismenantenne ist eine Ablenkvorrichtung für die Signale. Zu einer Ablenkung fester Basis kommt die für die Mission notwendige Abtastung des Strahlenbündels. Die Basisablenkung muss sich im Prinzip rein aus einer Verzögerung ergeben (bis auf den Fall eines schwachen relativen Bandes, wo eine Phasenverschiebung für die Einheit der Ablenkung ausreicht), eingefügt an jedem Punkt zwischen hinterer Seite und vorderer Seite. Die Verzögerungsfunktion hat zum Ziel, indem sie sich zu der Verzögerungsgeometrie zwischen zwei Punkten in Korrespondenz zu den äquivalenten vorderen und hinteren Flächen addiert, die Gesamtverzögerung für alle Punktepaare konstant zu halten. Die Verzögerungsfunktion ist der Verzögerungsgeometrie entgegengesetzt, sie ist zweidimensional bei einer kombinierten Ablenkung. Wenn die Verzögerungswerte in der Ordnung der Dimensionen der Antenne liegen, ist es notwendig, diese Funktion groß abzutasten, um die Anzahl der Verzögerungen zu reduzieren, damit diese in den Antennenabschnitt eingefügt werden können. Man muss daher die Antenne in Kacheln vermaschen, wobei nur ein einziger Kopplungspunkt enthalten ist. Die Deformationen werden daher nicht mehr im Inneren der Kacheln kompensiert, aber dieses widerspricht nicht dem Ansatz des Konzepts, da die Ebenheit vor allen Dingen über große Dimensionen schwer einzuhalten ist (siehe Abschnitt 1.8).
Im Inneren einer Kachel, zwischen hinterer Seite und vorderer Seite, werden durch die Mittel, die die Antenne bilden, die folgenden verschiedenen Funktionen ausgeführt, die in 2 dargestellt sind: Neugruppierung/Aufteilung hinten (Schritt 1 in 2), Vergrößerung hinten (Schritt 2), Frequenzumsetzung (Schritt 3), feste und/oder variable Verzögerung (Schritt 4), Neugruppierung/Aufteilung vorne (Schritt 5). Diese Schritte werden von dem Signal in beide Richtungen durchlaufen.
Der Abschnitt vor der Verzögerung wird in Bezug auf eine aktuelle Richtantenne vertauscht (bei dem ebenfalls Bedarf an fest vorgegebenen und einstellbaren Verzögerungen besteht, aber dies kann in der Plattform erfolgen).
Die Neugruppierung/Aufteilung erfolgt nicht nach Längen gleicher Größe, da die Komponente vorne oder hinten der in der Kachel wahrgenommenen Verzögerungsfunktion reproduziert werden muss. Wie für die ganze Antenne erfolgt dies im Allgemeinen in zwei Schritten der Aufteilung/Neugruppierung, einer für jede Dimension der Antenne. Hier kann jeder Schritt eine Verzögerungsrampe aufweisen, der man folgt. Bis auf einen bestimmten Anstieg ist es von Vorteil, um die Länge der Verbindungen zu beschränken, eine Aufteilung in abgestufte Zweige entlang eines Stammes, der in der Dimension ausgerichtet ist, die durch den Schritt sichergestellt wird, anstatt eine Aufteilung/Neugruppierung in Sternform mit differenzierten Längen, ausgehend von einem zentralen Punkt, durchzuführen. Bei einer aktiven Antenne (mit integrierter Verstärkung) ist die Neugruppierung/Aufteilung nicht notwendig, wenn man das Signal an nur einem einzigen Punkt hinten auf der Kachel abgreift. Wie deutlich werden wird, muss man trotzdem eine minimale Oberfläche beibehalten, aber diese ist ausreichend klein, um davon ausgehen zu können, dass die Aufteilungsfunktion integrierter Teil des Elements ist, das hinten abstrahlt. Es ist daher möglich, die hintere Seite frei verfügbar zu belassen, und zwar für eventuelle thermische Schutzvorrichtungen oder Versteifungen, wie man sie allgemein kennt, oder für Solarzellen für den sehr speziellen Fall der VOILE-Geometrie (/1/).
Die Verstärkung/der Empfang hinten erfolgt auf einem sehr niedrigen Niveau bezüglich der Leistung (siehe unten) und kann daher aufgefasst werden als eine Modifizierung der Verstärkung/des Empfangs primärer Art, wie man es bei aktiven Standardrichtantennen findet, um die Signale von oder zu der Plattform zu übertragen.
Hieraus schließt man:

– Bis auf die Frequenzumsetzung ist der einzige signifikante Unterschied in Bezug auf eine klassische Architektur die Einführung einer festen Verzögerung innerhalb der Kachel. Die einstellbare Verzögerung, deren Zweck und Dimensionierung unverändert sind (in Abhängigkeit von der Bandbreite und der Missweisung der Mission um die Basisablenkung), muss ebenfalls in der Kachel hier erfolgen.
– Für den Fall, dass die Kachel die auszufahrende Platte ist, führt die feste Verzögerung zu keiner weiteren Einschränkung, im Gegenteil, sie tritt an Stelle des HF-Kabels für Emission/Empfang, das die Platte mit der Plattform verbindet, wodurch sich die Gesamtlänge vergrößert und das Ausfahren schwieriger wird.
– Das Prinzip muss differenziert angewendet werden, um daraus den maximalen Vorteil schöpfen zu können. Zum Beispiel versucht man für den Fall einer Antenne mit länglicher Form nicht, die Deformationen in Bezug auf die Länge zu kompensieren, solange letztere allgemein der Ausfahrachse entspricht, die am meisten durch die mechanischen Ungenauigkeiten betroffen ist.

3.2 Auswirkung der Abtastung bei der Kopplung zwischen den Seiten (Größe der Kacheln)
Auf Grund der Tatsache der Abtastung der Kopplung zwischen den Seiten können auf der Vorderseite Phasenabhängigkeiten mit Unterbrechungen und Übersetzungen zwischen den Kacheln am Ursprung der Keulen der Teilnetze gelten, die neben anderen Störungen zu einem Verlust beim Antennengewinn führen.

– Wenn es weder einen geometrischen Abstand bei dem Strahler noch bei der Fluglage nach Deformationen gibt, gibt es keine Sprünge, da die Verzögerungsfunktion im Innern der Kacheln und zwischen den Kacheln bei dieser Konfiguration erfolgt. Schlimmstenfalls treten wie bei einer normalen Antenne bei starken Missweisungen der Mission Sprünge auf Grund der Tatsache auf, dass die einstellbare Verzögerungsfunktion ebenfalls abgetastet wird.
– Der geometrische Abstand führt auf der Rückseite zu Phasenabhängigkeiten, die sich auf der Vorderseite in einer abgetasteten Form wieder finden und Abstände (im Antennensystem) der Strahlenbündel und der Keulen der Teilnetze erzeugen. Wenn man dies einschränken will, muss man bei einem maximalen Abstand des Strahlenbündels von 1° die Keulen der Teilnetze bis -18 dB und die Gewinnverluste bis 0,2 dB einer effektiven Abtastung (wie gesehen entlang der Richtung der Sichtachse) bei mindestens 7λ_f (oder 7λ_f von 10λ_f real für das Telekommunikationsprisma) unterwerfen. Man kann die Gesamtheit des induzierten Effekts unterdrücken, indem man die elektronische geometrische Korrektur anwendet, die im Abschnitt 2.8 beschrieben ist, wobei eine Phasenverschiebungsvorrichtung pro Punkt der Kopplung oder eine identische Phasenverschiebung über die Einheit der Phasenverschiebungsvorrichtungen der Kachel eingesetzt wird. Es besteht damit keinerlei Grenze mehr für den Abstand des Strahlers oder die Fluglage. Wenn die Fluglage bekannt ist, kann man unabhängig die Abstände in Bezug auf Fluglage und Strahler korrigieren. Die Unterdrückung des direkten Effekts der Fluglage erfolgt über eine Phasenrampe, die es allerdings erforderlich macht, dass eine Einheit von Phasenverschiebungsvorrichtungen der Kachel und der Antenne vorgesehen wird, um die Keulen nicht neu erzeugen zu müssen.
– Bei Fehlen der geometrischen Abstände in Bezug auf Fluglage oder Strahler oder ihrer Korrektur um ihre induzierten Effekte hängt die Abtastung der Kopplung nur von dem Profil der Deformation um die mittlere Ebene ab, wobei die Bewegung der mittleren Ebene einen geometrischen Abstand darstellt. Man hat gesehen (Abschnitt 1.8), dass die elektronische Korrektur der Deformation in Kombination mit einer Begradigung der lokalen Anstiege der Platten die Abtastung weniger kritisch machen kann.
– Bei mehreren Strahlern kann man nur den induzierten Effekt der Fluglage und in einer einzigen Richtung der Strahlung unterdrücken oder einstellen. Letzteres kann virtuell erfolgen, was vorzugsweise auf Höhe des Systems der Strahler ausgeführt wird. Die induzierten Effekte der Abstände der Strahler in Bezug auf diese korrigierte Richtung durchlaufen das Prisma und schränken die Abtastung ein. Mit einer effektiven Abtastung von bis zu 7λf hat man lediglich bis zu +/- 1° Öffnungswinkel des Systems der Strahlenbündel zur Verfügung.

3.3 Bilanz der Verbindung hinten, Maß der hinteren Belegung der Kachel
Der Gewinn beim Empfang des Systems, das das Prisma darstellt, sowie dem Strahler wird in zwei Stufen gebildet: Auf Höhe der Neugruppierung vor der Kachel und anschließend bei der hinteren Verbindung in Höhe des Empfangsstrahlers. Wenn s das Signal-Rausch-Verhältnis maximaler Größe bei der Mission ist (S/B max.) und p die Anzahl der Kacheln ist, so beträgt S'/B' max. am Ausgang der Neugruppierung der Kacheln s/p. Die Verbindung hinten überträgt die p Signale S' und die p Rauschsignale B' und trägt ein Rauschsignal B'' bei. Damit das gesamte Rauschsignal B' nicht um mehr als 0,6 dB bei dieser Verbindung geändert wird, muss man bei jeder Kachel verifizieren, dass B'/B'' > 8/p. Dies ermöglicht es, die notwendige Leistung auf Höhe jeder Kachel zu bestimmen, um B' auszustrahlen, was notwendig ist, wenn das Signal, das gegenwärtig maximal anliegt, s/p-mal größer ist. Wenn man davon ausgeht, dass die Antenne des Strahlers eine Oberfläche von 1 m² aufweist, dass die Gesamtheit der Verluste beim Empfang (+ Rauschfaktor) und beim Senden 8 dB ausmachen (pessimistisch), dass der Abstand 100 km beträgt, dass die Bandbreite der Mission 300 MHz beträgt, dass die Kachel hinten auf einer effektiven Oberfläche belegt ist, gesehen vom Strahler mit 1,4 λ_{F + f} × 1,4 λ_{F
+ f} (wie bei einem Telekommunikationsprisma, wo ein einziges Element mit reeller Oberfläche 2 λ_{F + f} × 1,4 λ_{F
+ f} abstrahlt, und zwar ausgerichtet zum Strahler durch die Kopplung von mehreren Elementarstrahlern), dann ist die abzugebende Strahlung also nicht mehr abhängig von λ_F+f und beträgt 0,16 s/p² W. Mit s = 25 dB und einem Minimum von 10 Kacheln bedeutet dies daher 0,5 W pro Kachel. Wenn dagegen der Verstärker im linearen Modus arbeiten muss, kann man einen MMIC-Standard von 2 bis 3 W vorsehen.
Das von dem Strahler abgegebene Signal muss von jedem der Punkte der Neuordnung hinten mit einem großen S/N empfangen werden, um die Reinheit des Signals zu bewahren und sicherzustellen, dass die Sendeleistung vor der Antenne zu dem Signal und nicht zum Rauschen beiträgt. Es ist vor allem die zweite Bedingung, die Vorrang hat, da die p Kacheln der Einheit die Reinheit in dem Verhältnis p verbessern. Man nimmt daher S/N > 20 dB. Dieses macht bei den gleichen Voraussetzungen wie oben eine Sendeleistung von 2 W erforderlich.
Das hintere Diagramm des Prismas, das aus p elementaren Verbindungen besteht, ist das gleiche wie das, das sich bei der Mission zur Erde hin durch Ähnlichkeitstransformationen mit dem Ergebnis von Aspektwinkeln der Antenne ergibt. Bei induzierten geometrischen Effekten (Fluglage oder Strahlenabstand) haben beide die gleichen Keulen der Teilnetze in Verbindung mit der Abtastung der Kopplungsfunktion. Aber die Keulen der Teilnetze hinten liegen höher in der Ebene (selbst gegenüber der Hauptkeule), wenn die Kachel hinten wenig belegt ist, da sie nicht durch den Gewinn der Kachel moduliert werden. Die fehlende Belegung hinten stellt keine Schwierigkeit in Bezug auf die Energie dar, kann jedoch das Risiko der parasitären Bestrahlung über eine Keule des Teilnetzes erhöhen. Die parasitären Bestrahlungen, die bei einem Prisma im niedrigen Orbit zu vermeiden sind, sind diejenigen terrestrischen Ursprungs. Die Belegung der Kachel, die oben betrachtet wurde, reicht aus, da dadurch das System der Keulen über einen Halbwinkel von 20° um die Y-Achse geschlossen wird. Mit der effektiven Vernetzung von 7λ_f befinden sich die ersten Keulen der Teilnetze auf der Vorderseite in einem Abstand von +/- 3° von der Hauptkeule, während die Öffnung eines Systems von Strahlenbündeln, die "transparent" sind, auf +/- 1 ° begrenzt ist. Dasselbe Verhältnis von 3 findet sich hinten zwischen den Keulen der Teilnetze und den Bestrahlungsrichtungen wieder, obgleich die gleich starken Keulen des Netzes die Funktion mit mehreren Strahlern nicht beeinträchtigen.
Man schließt daraus, dass ein Strahlungselement mit 1,4 λ_{F + f} × 1,4 λ_{F
+ f} (effektiv) pro Kachel ausreicht (keine Neugruppierung/Aufteilung hinten). Die Verhältnisse der Belegung hinten sind mit f/(25(F + f)) klein, während (F + F)/f im Allgemeinen groß ist.
3.4 Frequenzumsetzung
Bei jeder Kachel ist das Missionssignal mit einem Umsetzungssignal vermischt, das auf ein internes Signal zurückzuführen sein kann oder auf ein externes Signal, das von dem Strahler (oder vom Boden) ausgesendet worden ist, oder auch einer Kombination aus beidem. Wenn man bei dem externen Umsetzungssignal den gleichen Emissionspegel (2 W) wie bei dem Missionssignal verwendet, so garantiert die Bilanz der hinteren Verbindung die Reinheit des Signals bei der Umsetzung am Eingang des Mischers mittels einfachem Empfang (und Verstärkung) in einem 10 MHz-Filter (S/N von 35 dB). Wenn man nichtsdestotrotz eine Frequenz wählen kann, die für die Missionsbestrahlung freigegeben ist, so ist dies nicht der Fall bei dem externen Umsetzungssignal. Trotzdem wird die Toleranz bei dieser Sache noch als ausreichend hinnehmbar angesehen, da es sich um eine Schwingung oder einen Strahl handelt, bei denen die Reinheit gegeben ist. Die Emission einer Referenz für die externe Umsetzung auf einer anderen Frequenz, die freier gewählt wird, ist ebenfalls möglich, aber die Mischung ist nicht mehr direkt und muss nach einer kohärenten Frequenzänderung erfolgen. Aber in diesem Fall kann man die externe Referenz in die Nachbarschaft der Bande der Missionsbestrahlung bringen, ohne dass man die Kette für den Empfang hinten duplizieren muss.
Der Mischer mit dem Missionssignal kann genauso gut nach der Verzögerung des Prismas angeordnet werden, aber in diesem Fall muss die Umsetzungsschwingung ebenfalls diese Verzögerung durchlaufen, was zu keiner Duplizierung der Verbindungen führt, da die Schwingung und das Signal, die sich auf verschiedenen Frequenzen befinden, zusammen verarbeitet werden können. Diese Lösung ist sogar besser für den Fall eines Prismas mit der Funktion von mehreren Strahlenbündeln, da die Bestrahlung sich im Prinzip auf so vielen Frequenzkanälen wie Strahlenbündeln abspielt, außerdem ist es wünschenswert, den gesamten Multiplexvorgang in einer einzigen Kopplung pro Kachel ablaufen zu lassen, anstatt so viele Kopplungen wie Kanäle zu haben. Die vorliegende Lösung hat sogar noch einen zweiten Vorteil in dem Sinne, dass die Schwingung oder die Schwingungen für die Umsetzung F und das umzusetzende Signal F + f demselben Effekt bezüglich der Abweichungen der Verzögerungsleitung (Dilatation) unterliegen und daher nach der Umsetzung dies nur bei der Frequenz f erfolgt, wie es der Fall ohne Umsetzung ist. Die Phasenverschiebung und die Verzögerung sind die äquivalenten Bezeichnungen bei einer reinen Schwingung, eine einfache Phasenverschiebung, im Übrigen sichergestellt durch die Phasenverschiebungsvorrichtungen, die in der Kachel existieren, ermöglicht es, zu vermeiden, dass die Schwingung die Verzögerungen durchlaufen muss. Man kann so zwei teilweise konträre Umsetzungen anwenden, um systematisch die Verzögerung auf die niedrige Frequenz zu setzen, was immer F und f seien. Auf die gleiche Art ermöglicht eine einzige Verzögerungsleitungstechnik auf niedriger Frequenz die Realisierung jeder Prismenart. Der Nachteil bei diesem Ansatz wurde in Abschnitt 2.7.2 erläutert und betrifft den Effekt der Instabilität der Frequenz Fi, wenn die Phasenverschiebungen die Verzögerungen bei der Schwingung Fi ersetzen.
4. ILLUSTRATION BEI GEOSTATIONÄREN MEHRSTRAHLIGEN TELEKOMMUNIKATIONSSATELLITEN: 400 STRAHLENBÜNDEL IM L-BAND BEI 400 KM (VERSETZT ODER MEHRFACH, FREQUENZABWEICHUNGEN, ..)
4.1 Realisierung des Mosaiks
Bei einem mehrstrahligen Mosaik einer standardmäßigen Telekommunikationsmission werden allgemein bei mehreren benachbarten Strahlenbündeln mehrere verschiedene Teilbande bei dem Missionsband verwendet, und das elementare Motiv, das durch diese benachbarten Strahlenbündel gebildet wird, wird wiederholt durch Wiederverwendung der Frequenz, um das Mosaik zu bilden. Bei vier Teilbanden ist das elementare Motiv eine Raute.
Das durch die Strahler herzustellende Motiv muss aus einer ganzen Anzahl von Rauten gebildet werden und wird anschließend durch die mehrstrahlige Funktion (oder besser hier Mehrfachsysteme) in der Antenne wiederholt. Letzteres führt zu mehreren Netzen bei der Formation von Strahlenbündeln (BFN im Englischen), d.h. mehreren Neugruppierungen/Aufteilungen vorne (siehe Abschnitt 3.1), wobei jedes Mal dies zu einem speziellen Strahlenbündel führt, wenn ein einziger Strahler vorliegt. Bei einem System von Strahlern wird jedes dieser speziellen Strahlenbündel multipliziert, um ein System aus Strahlenbündeln zu bilden. Über die Vorteile hinaus, die bereits genannt wurden, ist man bestrebt, bei dem Prisma die Anzahl der BFN zu reduzieren, die für ein gegebenes Mosaik notwendig sind.
Man verwendet ein Telekommunikationsprisma im geostationären Orbit, geneigt um 45° in Bezug auf die Richtung zur Erde, und zwar mit externer Umsetzung. Die Antenne im L-Band hat eine effektive Dimension von 20 m (28 m real in Ost-West-Richtung), und man hat dementsprechend ein Strahlenbündel mit 0,6° Öffnungswinkel. Ein Motiv mit 16 Strahlenbündeln, wie es in 3 dargestellt ist, erfordert eine reelle Vernetzung von 6,6λ_f (E/O) und 7,7λ_f (N/S). Bei einer Mission, die die gesamte Erdoberfläche abdeckt, muss dieses Motiv etwa 25 Mal wiederholt werden. Drei Satelliten stellen eine weltweite Abdeckung mit 3 mal 400 Strahlenbündeln mit jeweils 400 km Durchmesser sicher.
4.2 Architektur des Prismas und des Strahlers
Jeder Strahler sendet 25 Signale j auf unterschiedlichen Kanälen aus, so dass das Prisma sie am Eingang von einem seiner 25 BFN sortieren und weiterleiten kann. Wenn man das Frequenzmultiplexen (unter weiteren Arten der Kanalisierung) wählt, so wird die Frequenzumsetzungsfunktion des Prismas unmittelbar realisiert. Es gibt Verschiebungen der Teilbänder im Multiplexverfahren entsprechend den Strahlenbündeln des Motivs, bevor verschiedene Teilbänder verwendet werden. Ein einziger Strahler sendet den Frequenzkamm für die Umsetzung oder die Referenz, mit der er wiederhergestellt werden kann, aus.
Innerhalb eines Motivs ist die Änderung des Abstandes zwischen den Strahlenbündeln auf Grund der Tatsache, dass die verschiedenen Strahler nicht in demselben Teilband arbeiten, gering und kann auf beliebige Art bei der Konstruktion auf Höhe der Geometrie zwischen den Strahlern kompensiert werden. Von einem Motiv zum anderen variieren die internen Abstände, da die Verstärkungsverhältnisse variieren (nach (Fj + f)/f), so dass sich das Motiv erweitert oder verkleinert. Dies kann berücksichtigt werden bei der Mehrstrahlenfunktion des Prismas, indem die Breite des Strahlenbündels so angepasst wird, dass ein Angrenzen beibehalten wird, wobei diese Anpassung immer notwendig ist schon wegen anderer Gründe (Variation des Einfallswinkels auf dem Boden, der effektiven Größe der Antenne in Richtung der Sichtlinie). Außerdem beachte man, dass der relative winkelmäßige Abstand begrenzt wird durch ΔF/F, hier wenig anders als Δf/f, da ΔF = 25 Δf und F/f = 20. Bei einem Δf/f von einigen Prozent ist die Abweichung lediglich einige Hundertstel Grad.
Der differenzielle Abstand zwischen Emission und Empfang kann wichtig sein, wie in Abschnitt 2.7 erläutert regelt die Übernahme eines konstanten Verhältnisses Fj_Emission/Fj_Empfang gleich dem Verhältnis fj_Emission/fj_Empfang das Problem hier auf Kosten einer leichten Zunahme der spektralen Belegung insgesamt bei der Bestrahlungsverbindung, die auf 25 (1 + max f_Emission/f_Empfang, f_Empfang/f_Emission)) Δf anstelle von 2 × 25 × Δf kommt.
Allgemein profitiert diese Anwendung mit mehreren Strahlenbündeln von der Tatsache, dass es die Bestrahlung bei sehr hoher Frequenz ermöglicht, einerseits den Abstand zwischen den Strahlern zu reduzieren, bis hinab zu einem einzigen Satelliten, und andererseits über eine absolute Bandbreite zu verfügen, bei einer relativ ähnlichen Bande zu der der Mission, die die Abstufung einer großen Anzahl von Strahlenbündeln zulässt. Dies ist auch in Übereinstimmung mit der Tatsache, dass die Banden, die den Zwischensatellitenverbindungen zugeordnet sind, hoch und breit sind, selbst wenn es, wie bereits angedeutet, die Spezifikation der Geometrie und die Ebenen zulassen, dass man in den nicht zugewiesenen Banden zu diesem Zweck arbeiten könnte.
Für die betrachtete Illustration im L-Band bei 1,5 GHz für das Senden und 1,6 GHz für das Empfangen mit 20 MHz pro Band ist die spektrale Belegung bei der Bestrahlung mit 25 Kanälen von 500 MHz beim Senden und von 500 MHz beim Empfangen gegeben (oder von 530 MHz, wenn man einen konstanten Wert für fj_Emission/fj_Empfang haben möchte, was aber nicht notwendig erscheint). Wenn man 32,25 GHz als Zentralfrequenz für Empfangsbestrahlung nimmt und 32,75 GHz für das Senden, so liegen die Verstärkungsverhältnisse bei 21,5 für das Senden und bei 20,5 für den Empfang, was eine maximale Abweichung von 7,5 Hundertstel Grad auf der großen Dimension +/- 1,5° des Motivs bedeutet. Das alles wiederholt sich in dem zugewiesenen Band 32–33 GHz bei Intersatellitenverbindungen.
Der Strahlungssatellit 2 weist 16 Antennen auf mit einer lückenhaften Struktur, durch die das Motiv reproduziert wird, wobei die Spannweite in einer Richtung 12 Meter beträgt und 7 Meter in der anderen, bei einer Distanz von 5 km, bzw. 2,4 m × 1,4 m, wenn der Abstand auf 1 km reduziert werden kann. Die zweite Option ist selbstverständlich vom Standpunkt des Satelliten vorzuziehen, wobei die erste vom Standpunkt der Navigation vorzuziehen ist, da die Präzision beim relativen Abstand in der Ordnung von 5% liegen muss, um nicht eine Verschiebung des externen Strahlenbündels des Motivs um mehr als 7 Hundertstel Grad zu bewirken (12% der elementaren Öffnung). Man beachte, dass die Struktur eines Satelliten in 5 km Entfernung keine Anforderungen in Bezug auf die Kontrolle der Dimension stellt, eine Präzision von 5% für den Abstand zwischen den Strahlern reicht aus (also 10 cm). Schließlich sei darauf hingewiesen, dass weitere Intersatellitenbanden noch darüber hinaus existieren, mit denen die Verstärkung noch weiter angehoben werden kann und der Zwischenstrahlerabstand reduziert werden kann.
Eine derartige Mission mit der Möglichkeit von 400 Strahlenbündeln bei 400 km Bodenabdeckung und einer Anforderung von einer effektiven Antennengröße von 20 m ist heute mit klassischen Ansätzen schwer umzusetzen, da man 400 BFN in einer großen Antenne vorsehen muss, wobei die Handhabung in Bezug auf die Dimension λ/20 erfordert.
4.3 Fall mit unterschiedlichen Satellitenstrahlern 2
Weitere Anwendungen des Prismensatelliten 1 können dazu führen, dass man unterschiedliche Strahlersatelliten 2 hat. Das Umsetzen des Motivs bleibt möglich, indem man jedem Strahlen ein sichtbares, vom Prisma aus gesehenes Rad zuordnet. Dies erreicht man durch eine Kombination des Abstandes des Neigungswinkels und der Exzentrizität in Bezug auf den Orbit des Prismas. Bei diesem Ansatz ist es von Vorteil, eine bestimmte Entfernung (100 km) zu wählen, um eine relative Präzision bei der Navigation zu erreichen. Das Motiv dreht sich innerhalb von 24 Stunden um sich selbst, es ist notwendig, diese Bewegung zu begleiten, indem man die Einheit sich um das Mosaik in Höhe der Funktion mit mehreren Strahlen des Prismas drehen lässt, was eine Einschränkung darstellen kann, wenn diese Funktion auch im Übrigen nicht variabel sein muss.
5. VLBI-PRISMA UND -INTERFEROMETRIE AUF DER BAHN FÜR MIKROWELLENAUFNAHMEN
5.1 Einführung und Prinzip
Es ist allgemein bekannt, dass die Größe der Antenne die Hauptschwierigkeit bei der passiven Mikrowellenradiometrie darstellt, insbesondere wenn es sich um Aufnahmen von der Oberfläche (Hydrologie, Bioüberwachung, Salzgehalt) handelt oder es sich darum handelt, niedrige Frequenz und hohe Auflösung zu vereinbaren. Die Anwendung des Prismenkonzepts rechtfertigt sich bereits auf Grund seiner Kapazitäten in Bezug auf große Antennen, aber die Geometrie mit zwei sich folgenden Satelliten ermöglicht es außerdem, die VLBI-Technik (Interferometrie im Breitband) einzusetzen, um die Auflösung in der Dimension entlang der Bahn (entlang der Projektion des Orbits am Boden) zu ermöglichen und so die Einschränkung bezüglich der Größe der Antenne in der einzigen Dimension beizubehalten, bei der eine transversale Auflösung möglich ist.
Gemäß dem VLBI-Prinzip führt die komplexe interne Korrelation (mit Integration und Erfassung von I und Q) des von dem Prisma empfangenen Signals mit dem direkt von dem Strahler empfangenen zu einer Winkeldiskriminierung um die Erdquelle der Signale in Abhängigkeit von dem Winkel 90 – β₀, so dass sich die Richtung der Ankunft der Signale mit der Achse des Prismenstrahlers ergibt.
Das Interkorrelationsmodul (Wurzel aus (I² + Q²)) hat die Form
|SINC (π B D (Sin(β) – Sin(β₀))/C| , wobei
B = Bandbreite,
D = Abstand zwischen Strahler und Prisma
90 – β₀ = Winkel zwischen Sichtachse und Achse von Prismenstrahler τ₀ = D Sin(β₀)/C = auf einen der Empfangswege zur Anpassung der Fokussierung auf β₀ wirkende Verzögerung.
Die Winkelauflösung ist δβ = C/BD. Die mittlere Auflösung am Boden beträgt 0,15 km bei D = 100 km, B = 27 MHz (radiometrische Zuordnung im L-Band) und einer Höhe des Satelliten von 1000 km.
Durch Wahl des Bereiches für den Wert β₀ legt man den Schnittpunkt des Konus der VLBI-Messung mit der Erde als eine Linie fest, die im Allgemeinen transversal zur Bahn verläuft. Die Geometrie des Prismas muss so sein, dass die lange Dimension, projiziert entlang der Sichtlinie, gleich der starken transversalen Komponente ist, was einem Strahlenbündel entspricht, dessen Strahlfläche die starke Komponente entlang der Bahn ist, die mit dem Winkel zunimmt, was wichtig ist bezüglich der Linie bei gleichen VLBI-Messungen.
Die Aufnahmen entlang der Bahn erhält man durch Verschieben der Satelliten, die transversalen Aufnahmen erhält man durch Abtasten des Strahlenbündels des Prismas. Beim Verschieben des Satelliten kann man mehrere Sichtlinien auf demselben Punkt erneuern (Tiefe entlang der Bahn), und zwar auf Grund mehrerer Werte β₀, dies mit dem Ziel mehrerer Einfallswinkel oder um die radiometrische Auflösung zu verbessern.
5.2 Mit einem Prismensatelliten 1, der sich entlang der Nickachse bewegt
Wie in 4 gezeigt, trifft für den Fall, dass man den Vektor P in der Orbitalebene wählt und ihn gegen die Erde neigt, der Konus der Autokompensationssichtachse wieder auf die Erde auf einer gekrümmten Linie, die die Bahn des Satelliten orthogonal schneidet. Mit einem Prisma, das sich entlang der Nickachse bewegt, bewegt sich am Boden die Strahlfläche entlang der Bahn. Die Abtastverschiebung dieser Strahlfläche ist transversal, d.h. in der anderen Dimension des Prismas ist sie reduziert, so dass die Autokompensationslinie bleibt, obgleich sich ihre Krümmung in der großen Dimension der Strahlfläche des Strahlenbündels bei jeder Position davon bemerkbar macht. Wenn die Mission nur auf eine einfache Überdeckung zielt, ohne Tiefe entlang der Bahn, so kann β₀ an die Missweisung des Strahlenbündels angepasst werden, um das Pixel auf der Autokompensationslinie festzuhalten und die Beschränkungen bezüglich der Deformationen der Antenne vollständig zu lockern. Indem man diese Lockerung auf einen Faktor 10 begrenzt, verfügt man über einen Bereich von +/- 10°, um die Tiefe für die mehreren Sichtstrahlen bei VLBI bereitzustellen (die einen Abstand von der Autokompensationssichtlinie haben).
5.3 Mit einem Satellitenprisma 1 vom VOILE-Typ (sich in der vertikalen Achse bewegend)
Die Konfiguration des Prismentyps VOILE ist perfekt geeignet für eine Antenne, die sich in der Vertikalen bewegt. Die Sichtlinie von jeder Seite der Bahn ist möglich auf Kosten eines zweiten Strahlersatelliten auf der anderen Seite in Bezug auf das Prisma entlang des Orbits und quasi ohne Änderungen in Höhe des Prismas. 5 zeigt die Geometrie des Prismenbildes, gesehen von einem Beobachter auf der vertikalen Achse, entlang derer sich das Prisma bewegt.
Bei einem Umsetzungssignal von den Strahlern oder einer internen Umsetzung mit niedrigem Wert kann man eine Regelung der Geometrie mit einem Bereich für die Sichtlinie mit der Elevation zwischen –45° +/– 10°, α = 58° und α' = 80° erreichen.
Außer der inhärenten Eigenschaft des VOILE-Konzepts bei einer Antenne, die sich vertikal sehr stark bewegt (Gradient der Schwerkraft), ist es ein weiterer Vorteil in Bezug auf die vorangehende Konfiguration, dass die Toleranz in Bezug auf die Keulen des Netzes gegeben ist, was dazu führt, dass die Antenne bei ihrer großen Ausdehnung Lücken hat in einem Verhältnis von 5 (Abstand 2,5 λ_f der Elemente mit einer Größe von 0,5 λ_f), wobei dies ein Aspekt ist, den man ausnutzen kann, um Mehrfrequenzsysteme zu realisieren, indem weitere Strahlerelemente in den Löchern angeordnet werden. Der Nachteil bei dieser Konfiguration besteht darin, dass die Ausfederung bei der Elevation, die für die transversale Registration gegeben ist, nicht entlang der Autokompensationslinie erfolgt und beschränkt ist auf +/- 10°, um die Lockerung in Bezug auf die Ebenheit um einen Faktor 10 zu erhalten. Daraus resultiert bei einer gleichen Überprüfung einerseits die Notwendigkeit, in größerer Höhe zu fliegen mit Auswirkung auf die Länge der Antenne, andererseits die Notwendigkeit, zwei Mikrosatelliten mit Strahlern 2 einzusetzen.

Claims

System mit einer Hochfrequenzantenne, die sich in einem Orbit um die Erde befindet, sowie Strahlereinrichtungen zum Senden und/oder Empfangen, die sich ebenfalls im Orbit um die Erde an Bord wenigstens eines Satelliten neben demjenigen mit der Antenne befinden, wobei sich die Antenne im Strahlungsfeld der Einrichtungen befindet, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne eine Hochfrequenzantenne zum Senden und/oder Empfangen ist, die aus einem Netz von Einzelsegmenten besteht, wobei diese Antenne Phasenverschiebungsund/oder Verzögerungseinrichtungen aufweist, die mit den Einzelsegmenten verbunden sind, wobei die durch die Einzelsegmente empfangenen Signale die Phasenverschiebungs- und/oder Verzögerungseinrichtungen durchlaufen, bevor sie über die genannten Einzelsegmente erneut ausgesendet werden, wobei die Phasenverschiebungs- und/oder Verzögerungseinrichtungen geeignet sind, die Hochfrequenzsignale, die einem oder mehreren Kanälen entsprechen, die durch die Strahlereinrichtungen ausgesendet werden, umzuleiten, um sie in einem oder mehreren Bündeln zur Erde weiterzuleiten, und/oder die Hochfrequenzsignale eines oder mehrerer Bündel, die von der Erde ausgesendet wurden, umzuleiten, um sie in einem oder mehreren Kanälen zu den Strahlereinrichtungen weiterzuleiten.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Strahlereinrichtungen auf wenigstens einem Satelliten befinden, der im Wesentlichen im gleichen Orbit wie derjenige fliegt, auf dem sich die Antenne befindet.
System nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochfrequenzantenne im Wesentlichen eben ist, wobei die Signale die genannte Antenne von der einen zu der anderen Fläche durchqueren, und dass für wenigstens einen Kanal und eine Durchgangsrichtung es bei einer Strahlungsrichtung, in der die Strahlereinrichtungen Signale an die und von der Antenne senden und/oder empfangen, einem Autokompensation genannten Kegel von Beobachtungslinien zur und von der Erde entspricht, die definiert sind durch eine gemeinsame Anstelllinie auf der Antennenebene, genannt Autokompensationsan stelllinie (wobei die Anstelllinie in einer Richtung zwischen sich und der Normalen auf der Antennenebene einen Winkel einschließt), wobei die Autokompensationsbeobachtungslinien derart liegen, dass die Biegungslinien der Antenne transversal zur Grundebene der Antenne und die Abweichungen des Winkels der Antenne zur Flugrichtung um jede Achse in dieser Ebene im Wesentlichen ohne Auswirkung auf dieselben Signale bleiben, die zu oder von dieser Autokompensationsbeobachtungslinie umgeleitet werden, und nur geringe Auswirkung auf benachbarte Beobachtungslinien haben.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Einzelsegment wenigstens einen Zentralabschnitt aufweist, der einem gegebenen Kanal und einer Durchgangsrichtung eindeutig zugeordnet ist und der über Umgruppierungs- und/oder Extraktionseinrichtungen beim Durchgang einerseits oberhalb mit wenigstens einem Punkt für das Empfangen von Signalen und andererseits unterhalb mit wenigstens einem Punkt für das Senden von Signalen verbunden ist, und dass die Einrichtungen für die Phasenverschiebung oder die Verzögerung zwischen den Sende- und Empfangspunkten bei dem Zentralabschnitt, soweit die allgemeine Verzögerung und Phasenverschiebung betroffen sind, und bei den Zweigen, soweit die differenzielle Verzögerung und/oder Phasenverschiebung betroffen sind, bei dem Umleiten eingesetzt werden.
System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass es Einrichtungen umfasst, mit denen es möglich ist, die Phasenverschiebung und/oder Verzögerung je nach den unterschiedlichen Durchgangswegen zu variieren.
System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der Einrichtungen für die Verbindung zwischen dem oder den Punkten für da: Empfangen und dem oder den Punkten für das Senden verschiedenen Kanälen gemeinsam ist und dass Einrichtungen zum Diskriminieren verschiedener Kanäle auf Höhe von wenigstens einem Übergang zwischen einem gemeinsamen Abschnitt des Durchgangswegs und speziellen Abschnitten von Durchgangswegen angeordnet sind.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne Einrichtungen zum Umsetzen der Frequenz der Si gnale bei ihrer Umleitung für wenigstens einen Kanal und einen Durchgangsweg umfasst.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei wenigstens einem Kanal und wenigstens einem Durchgangsweg die Signale vor und nach der Antenne auf der gleichen Frequenz liegen.
System nach Anspruch 3 in Verbindung mit Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Strahlungsrichtung bei wenigstens einem Kanal, auf dem die Strahlereinrichtungen Signale an die und von der Antenne senden und/oder empfangen, und wenigstens einer Durchgangsrichtung die Autokompensationsanstelllinie der Anstelllinie der Strahlungsrichtung entspricht.
System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass für wenigstens einen Kanal und wenigstens einen Durchgangsweg die Signale vor und nach der Antenne auf einer anderen Frequenz liegen und dass die verwendete Umsetzungsfrequenz nicht von Signalen vorgegeben wird, die auf einer der Flächen des Einzelsegments empfangen wurden.
System nach Anspruch 3 in Verbindung mit Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Strahlereinrichtung bei wenigstens einem Kanal, auf dem die Strahlereinrichtungen Signale an die und von der Antenne senden und/oder empfangen, und wenigstens einer Durchgangsrichtung der Anstellkosinus der Autokompensationsbeobachtungslinie und der Anstellkosinus der Strahlungsrichtung ein Verhältnis zueinander haben, das im Wesentlichen den zentralen Frequenzen des Kanals auf der Seite der Strahlung und auf der Seite der Erde entspricht.
System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei wenigstens einem Kanal und wenigsten einem Durchgangsweg die Signale vor und nach der Antenne auf einer anderen Frequenz liegen und dass die Umsetzungsfrequenz von einem extern genannten Umsetzungssignal vorgegeben wird, das auf einer Fläche des Einzelsegments empfangen wurde.
System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei wenigstens einem Kanal und wenigsten einem Durchgangsweg die Signale vor und nach der Antenne auf einer anderen Frequenz liegen und dass die Umsetzung der Frequenz zwei aufeinander folgenden Umsetzungen entspricht oder äquiva lent ist, von denen eine extern genannt wird, deren Umsetzungsfrequenz, genannt Fe, von einem externen Umsetzungssignal vorgegeben wird, das auf einer Fläche des Einzelsegments empfangen wurde, und von denen die andere intern genannt wird und eine Umsetzungsfrequenz Fi hat, die keine Beziehung zu einem Signal hat, das auf der einen oder anderen Fläche des Einzelsegments empfangen worden ist.
System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlereinrichtungen mehrere Untergruppenstrahler aufweisen und dass verschiedene Signale desselben Kanals, die zu den mehreren Untergruppenstrahlern gesendet werden oder von diesen stammen, sich zwischen Erde und Antenne auf mehrere Sende- und/oder Empfangsbündel aufteilen, deren Winkel von der Antenne aus gesehen im Wesentlichen dem Winkel entspricht, unter dem von der Antenne aus die verschiedenen Untergruppen gesehen werden, die diesen Kanal bestrahlen, wobei diese Geometrie gegebenenfalls durch eine Anisotropie modifiziert wird.
System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlereinrichtungen mehrere Untergruppenstrahler umfassen und dass bei einem gegebenen Kanal, bei dem die Antenne eine Frequenzumsetzung durchführt, die verschiedenen Signale, die zu den mehreren Untergruppenstrahlern gesendet werden oder von diesen stammen, sich auf mehrere Sende- und/oder Empfangsbündel zur Erde aufteilen, deren Winkel von der Antenne aus gesehen im Wesentlichen dem Winkel entspricht, unter dem von der Antenne aus die verschiedenen Untergruppen gesehen werden, die diesen Kanal bestrahlen, wobei nach Multiplikation aller Winkelabstände mit dem Verhältnis der Zentralfrequenzen des Kanals auf Seiten des Strahlers und auf Seiten der Erde diese Geometrie gegebenenfalls durch eine Anisotropie modifiziert wird.
System nach Anspruch 12 oder 13, eventuell in Verbindung mit Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das externe Umsetzungssignal, das bei wenigstens einem Kanal verwendet wird, durch die Strahlereinrichtungen ausgesendet wird und durch die Fläche der Antenne empfangen wird, die auf der Bestrahlungsseite liegt, und dass für den Fall, dass die Strahlereinrichtungen sich auf Untergruppenstrahler aufteilen, das externe Umsetzungssignal durch eine als Mittelpunkt bezeichnete Untergruppe ausgesendet wird, die eventuell auf diese Funktion eingeschränkt ist.
System nach Anspruch 3 und 16, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Strahlungsrichtung bei wenigstens einem Kanal, auf dem Strahlereinrichtungen Signale zu der Antenne senden und gleichzeitig das externe Umsetzungssignal senden, der Anstellkosinus der Autokompensationslinie und der Anstellkosinus der Bestrahlungsrichtung im Wesentlichen das Verhältnis (f + F – Fe)/f einhalten, wobei f die Frequenz auf der Seite der Erde ist, Fe der Wert der externen Umsetzung ist und F die gesamte Frequenzumsetzung ist, und dass für den Fall, dass die Strahlereinrichtungen auf Untergruppen verteilt sind, sich der Abstand der Anstelllinie zwischen der betrachteten Bestrahlung und dem Mittelpunkt im Wesentlichen widerspiegelt im Abstand zwischen den Autokompensationsanstelllinien, die der Bestrahlung entsprechen, und denen, die dem Mittelpunkt entsprechen würden, bei Multiplikation mit den Termen (f + F/f) und (Sin(ϕ1 2)/Sin(ϕ21), wobei ϕ1 der Anstellwinkel der Bestrahlung des Mittelpunkts und ϕ2 der Anstellwinkel der Autokompensation ist, der sich ergibt, wenn der Mittelpunkt sendet.
System nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass Fe und F dasselbe Vorzeichen haben, d. h. die Frequenz im gleichen Sinne verändern.
System nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein externes Umsetzungssignal, das bei wenigstens einem Kanal beim Empfangen verwendet wird, auf der Fläche des Einzelsegments, wo der Empfang erfolgt, empfangen wird und von einem Bodenpunkt, der Boden-Mittelpunkt genannt wird, ausgesendet wird.
System nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein externes Umsetzungssignal, das bei wenigstens einem Kanal beim Empfangen verwendet wird, auf der Fläche des Einzelsegments, wo der Empfang erfolgt, empfangen wird und von wenigstens einem Satelliten ausgesendet wird, der sich im Wesentlichen in demselben Orbit wie die Antenne und die Strahlereinrichtungen befindet, wobei dieser Satellit in Bezug auf die Antenne gegenüber den Strahlereinrichtungen angeordnet ist, wobei die Sendeeinrichtungen des Signals gegenüberliegender Mittelpunkt genannt werden.
System nach Anspruch 3 in Verbindung mit einem der Ansprüche 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Bestrahlungsrichtung bei wenigstens einem Kanal, auf dem die Strahlereinrichtungen Signale empfangen, der Anstellwinkel der Autokompensation im Wesentlichen gleich ϕ2 + (Cos(ϕ2) (f + Fe)-Cos(ϕ1) (F + f))/Sin(ϕ2) f ist, wobei ϕ1 und ϕ2 die Anstellwinkel der Bestrahlungsrichtung und des externen Umsetzungssignals sind, f die Frequenz auf der Seite der Erde ist, Fe der Wert der externen Umsetzung ist und F die gesamte Frequenzumsetzung ist.
System nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass Fe und F dasselbe Vorzeichen haben, d.h. die Frequenz im gleichen Sinne ändern.
System nach den Ansprüchen 12, 18, 19 und 22 in Verbindung miteinander, dadurch gekennzeichnet, dass bei wenigstens einem Kanal für das Senden und Empfangen die Frequenz Fe gleich der Frequenz F für die zwei Durchgangswege ist und sich wenigstens ein Boden-Mittelpunkt in der Nähe einer Beobachtungslinie für die Autokompensation der Abstrahlung, die den Strahlereinrichtungen entspricht, befindet.
System nach den Ansprüchen 18 und 22 in Verbindung mit einem der Ansprüche 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass bei wenigstens einem Kanal für das Senden und das Empfangen der Winkel der Antenne zur Flugrichtung sowie die Frequenzen Fi und Fe sowohl für das Senden als auch das Empfangen derart sind, dass die Autokompensationsbeobachtungslinien identisch mit den beiden Durchgangswegen sind trotz fehlender Ausrichtung des gegenüberliegenden Mittelpunkts mit den Strahlereinrichtungen für das Empfangen oder trotz Abweichung des Boden-Mittelpunkts von dem Zentrum des abzudeckenden Bereichs.
System nach Anspruch 3 in Verbindung mit Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Bestrahlungsrichtung bei wenigstens einem Kanal, auf dem die Strahlereinrichtungen Signale empfangen, die Umsetzung um die Frequenz Fe aufgrund von dem externen Signal erfolgt, das auf der Bestrahlungsfläche empfangen wurde, und die Autokompensationsanstelllinie derart ist, dass cos (ϕ2)/cos (ϕ1) = (f + Fe + F)/f gilt, wobei ϕ1 und ϕ2 der Anstellwinkel der Bestrahlungsrichtung und der Anstellwinkel der Autokompensation ist, f die Fre quenz auf der Seite der Erde ist, Fe der externe Umsetzungswert ist und F die gesamte Frequenzumsetzung ist.
System nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass Fe und F umgekehrte Vorzeichen haben, d.h. die externe Umsetzung Fe den zu der gesamten Umsetzung F entgegen gesetzten Sinn hat.
System nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass bei wenigstens einem Kanal für das Empfangen |Fe| = |F| und Fi = 2 |F| gilt.
System nach Anspruch 18 in Verbindung mit Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass bei wenigstens einem Kanal für das Senden und Empfangen |Fe| = |F| und Fi = 2 |F| beim Empfangen und Fe = F beim Senden gilt und dass die Autokompensationsbeobachtungslinien im Wesentlichen identisch mit den beiden Durchgangswegen sind.
System nach Anspruch 3 in Verbindung mit Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Bestrahlungsrichtung bei wenigstens einem Kanal, auf dem die Strahlereinrichtungen Signale empfangen, die Umsetzung Fe aufgrund von dem externen Signal erfolgt, das durch die Bestrahlungsfläche empfangen wurde, und denselben Sinn wie die Gesamtumsetzung F hat, dass F = Fe ist und dass die Autokompensationsanstelllinie gegeben ist durch ϕ2 – ϕ1 = –2 Ctg(ϕ1) F/f, wobei ϕ1 und ϕ2 der Anstellwinkel aus Bestrahlungsrichtung und der Anstellwinkel der Autokompensation ist, wobei f die Frequenz auf der Seite der Erde ist, Fe der Umsetzungswert ist und F die gesamte Frequenzumsetzung ist.
System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel der Antenne zur Flugrichtung derart ist, dass der Winkelabstand zwischen der Gruppe von möglichen Beobachtungslinien und den Autokompensationsbeobachtungslinien allgemein minimiert wird.
System nach Anspruch 3 in Verbindung mit einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel gegen die Flugrichtung und die Umsetzungsfrequenz oder -frequenzen Fe oder Fi derart sind, dass der Winkelabstand zwischen der Gruppe der möglichen Beobachtungslinien und den Autokompensationsbeobachtungslinien allgemein minimiert wird.
System nach Anspruch 3 in Verbindung mit einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel zur Flugrichtung und die Um setzungsfrequenz oder -frequenzen Fe oder Fi derart sind, dass die verbliebenen Autokompensationen auf die beiden Durchgangswege verteilt sind.
System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne Einrichtungen umfasst, um verschiedene Frequenzumsetzungen bei den Hochfrequenzsignalen durchzuführen, die auf verschiedenen Kanälen gesendet oder empfangen worden sind.
System nach den Ansprüchen 1 in Verbindung mit Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenverschiebungs- und/oder Verzögerungseinrichtungen so gesteuert werden, dass die Orientierung eines Bündels, das einem Kanal entspricht, in dem antennenfesten Bezugssystem trotz Modifizierungen der Orientierung der Bestrahlungsrichtung des Bündels in dem antennenfesten Bezugssystem unverändert bleibt.
System nach Anspruch 34 in Verbindung mit einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenverschiebungs- und/oder Verzögerungseinrichtungen derart gesteuert werden, dass die Orientierung einer Richtung eines eventuell virtuellen Bündels, die einer Richtung einer eventuell virtuellen Bestrahlung entspricht, die in Bezug auf Bestrahlungsrichtungen eines Kanals erfolgt, in dem antennenfesten Bezugssystem unverändert bleibt.
System nach Anspruch 35 in Verbindung mit Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtung des eventuell virtuellen Bündels, bei dem die Kompensation erfolgt, derart ausgewählt wird, dass der maximale Winkelabstand zwischen diesem Bündel und dem Bündel oder der Gruppe von Bündeln des Kanals minimiert wird, und dass der Schritt, gezählt in Wellenlängen der Zentralfrequenz des Kanals auf der Seite der Erde, zwischen den zentralen Punkten, die von dem Kanal genutzt werden, in Abhängigkeit von diesem maximalen Winkelabstand und der tolerierbaren Höhe der Keulen der Teilnetze zu dem oder den Bündeln des Kanals minimiert wird.
System nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass es Einrichtungen zum Steuern der Phasenverschiebungs- und/oder Verzögerungseinrichtungen umfasst, so dass die Richtung in dem terrestrischen Bezugssystem bei wenigstens einem Bündel bei wenigstens einem Kanal trotz Modifizierungen des Winkels der Antenne zur Flugrichtung und der sich daraus ergebenden Modifizie rungen bezüglich der Orientierung von Bestrahlungsrichtungen in dem antennenfesten Bezugssystem unverändert bleibt.
System nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass der Satellit mit der Antenne und wenigstens ein Satellit mit Strahlereinrichtungen Einrichtungen zum Bestimmen der Orientierung der Bestrahlungsrichtung in dem antennenfesten Bezugssystem umfassen.
System nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass der Satellit mit der Antenne und wenigstens ein Satellit mit Strahleneinrichtungen Einrichtungen zum Bestimmen der Orientierung der Achse, die sie verbindet, in dem terrestrischen Bezugssystem umfassen.
System nach Anspruch 38 in Verbindung mit Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, dass die Orientierung der Bestrahlungsrichtung in dem antennenfesten Bezugssystem aufgrund der Kenntnis des Winkels der Antenne gegenüber der Flugrichtung und der Orientierung der Achse, die sie verbindet, in dem terrestrischen Bezugssystem bestimmt wird.
System nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne Einrichtungen zum Vergleichen der Phasen und/oder Verzögerungen wenigstens eines Signals, das durch die Strahlereinrichtungen ausgesendet wird und von verschiedenen Punkten der Antenne empfangen wird, und Einrichtungen zum Bestimmen der Orientierung der Ankunftsrichtung des oder der Signale in dem antennenfesten Bezugssystem in Abhängigkeit von diesem Vergleich umfasst.
System nach Anspruch 39 in Verbindung mit Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, dass der Gier- und/oder Nickwinkel der Antenne in Flugrichtung aufgrund der Kenntnis der Orientierung der Ankunftsrichtung des oder der Signale in dem antennenfesten Bezugssystem und der Orientierung dieser Ankunftsrichtung in dem terrestrischen Bezugssystem bestimmt wird.
System nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, dass ein Satellit mit Strahlereinrichtungen Einrichtungen, um sich zu lokalisieren, oder Einrichtungen für das Empfangen von Radiolokalisierungssignalen sowie Einrichtungen zum Übertragen von Lokalisierungsinformationen oder Radiolokalisierungssignalen, die empfangen werden, an den Satelliten, der die Antenne trägt, umfasst, wobei letzterer Einrichtungen zum Bestimmen der Orientierung der Achse, die die bei den Satelliten verbindet, in dem terrestrischen Bezugssystem insbesondere in Abhängigkeit von diesen Informationen umfasst.
System nach Anspruch 35 in Verbindung mit Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, dass die aufgefundene Richtung der virtuellen Bestrahlung diejenige eines Untergruppenstrahlers ist, der das Messsignal aussendet, und dass die Messung direkt die für die Kompensation notwendige Information wiedergibt.
System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Untergruppenstrahler sich auf demselben Satelliten befinden.
System nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Untergruppenstrahler in einem gemeinsamen Orbit zueinander versetzt sind.
System nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Untergruppenstrahler einen Abstand in Bezug auf Elliptizität und/oder Orbitebene voneinander haben.
System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Verzögerung des Zentralabschnitts wenigstens ein Kanal und die Umsetzungslinie, oder eine Referenz, aufgrund derer sie erzeugt werden kann, die verwendet wird, um die Frequenz des oder der Kanäle unterhalb der Verzögerung abzusenken, gemeinsam hindurch tritt, so dass die Einflüsse von Abweichungen bei der Verzögerung der Phase des umgeleiteten Signals begrenzt werden.
System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine absteigende Umsetzung bei einem Kanal oder mehreren Kanälen oberhalb der Verzögerung des Zentralabschnitts erfolgt.
System nach Anspruch 49, dadurch gekennzeichnet, dass eine derartige absteigende Verzögerung einer ansteigenden Umsetzung nach der Verzögerung folgt, wobei eine Referenz verwendet wird, die dieser Verzögerung nicht unterworfen wurde, so dass die Einflüsse von Abweichungen der Verzögerung der Phase des umgeleiteten Signals begrenzt werden.
System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzögerung bei dem Zentralabschnitt gemeinsam bei wenigstens zwei Kanälen in wenigstens einem Sinne der Durchgangswege erfolgt.
System nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenzumsetzung bei wenigstens einem Kanal und einem Durchgangsweg in dem Zentralabschnitt erfolgt.
System nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Anwendung auf Telekommunikationsübertragungen mehrere Kanäle sowie mehrere Untergruppenstrahler vorgesehen sind, wobei das Mosaik aus Boden-Bündeln aus dem feinen Muster zusammengesetzt ist, das durch die Antenne aufgrund des Winkels erzeugt wird, unter dem die Untergruppenstrahler durch sie gesehen werden, und welches sich in einem groben Muster wiederholt, das durch die Antenne aufgrund der verschiedenen Kanäle erzeugt wird.
System nach den Ansprüchen 53 und 47, dadurch gekennzeichnet, dass die Untergruppenstrahler, die einen gleichen Kanal bestrahlen, von der Antenne aus unter einem Winkel gesehen werden, der relativ stabil gegenüber einer Drehung mit der Orbital-Periode um sich selbst ist, und dass die mehreren Richtungen, die durch das grobe Muster des Kanals erzeugt werden, aufgrund der Phasenverschiebungs- und/oder Verzögerungseinrichtungen um eine zentrale Richtung und zwar in Phase mit der Drehung des feinen Musters präzedieren, so dass die Mosaikgruppe der Bündel eine stabile Struktur beibehält, abgesehen von einer Drehung um sich selbst im orbitalen Maßstab.
System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Orbit der Satelliten ein niedriger Orbit ist und dass sich die Antenne im Wesentlichen in einer Ebene erstreckt, die durch die Erdmitte verläuft, dass eine Verschiebung der Ebene in Bezug auf die Orbitalebene die Bestrahlung auf einer Fläche ermöglicht, dass auf der anderen Fläche wenigstens eines der Bündel abgelenkt wird, so dass die Erde sichtbar ist.
System nach Anspruch 55 in Verbindung mit Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenverschiebungen und Verzögerungen derart sind, dass sich die Verschiebung der Untergruppenstrahler über die Bündel auf die in Bezug auf die Spur transversal verschobenen Ausleuchtungsbereiche am Boden auswirkt.
System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Antennensatelliten gemeinsame Strahleneinrichtungen nutzen.
System nach Anspruch 57, dadurch gekennzeichnet, dass sich wenigstens zwei Antennensatelliten auf derselben Seite von Strahlereinrichtungen im Orbit befinden und dass sie in demselben Orbit zueinander versetzt sind oder in Bezug auf Elliptizität und/oder Orbitebene versetzt sind.
System nach Anspruch 57, dadurch gekennzeichnet, dass sich wenigstens zwei Antennensatelliten beiderseits von Strahlereinrichtungen befinden.
System nach einem der Ansprüche 57 bis 59, dadurch gekennzeichnet, dass ein Antennensatellit Strahlereinrichtungen für einen anderen Antennensatelliten trägt.
System nach Anspruch 60, dadurch gekennzeichnet, dass ein Prismensatellit Strahlereinrichtungen für einen anderen Prismensatelliten trägt und von Strahlereinrichtungen eines Prismensatelliten bestrahlt wird.
System nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse, die auf der Antenne senkrecht steht, im Wesentlichen in der Orbitalebene liegt, wobei die Nickbewegung derart ist, dass der Autokompensationsbeobachtungskegel auf einer Autokompensationslinie auf die Erde trifft, die sich allgemein transversal zu dem Orbit erstreckt, und dass die Verschiebung am Boden im Wesentlichen entlang der Projektion des Orbits auf der Autokompensationslinie durch Verschieben des Satelliten und/oder Änderung der Nickbewegung der Antennenachse und/oder Änderung der Umsetzungsfrequenz für den Fall, dass dies wenigstens durch ein internes Signal sichergestellt ist, erfolgt, wobei die drei Mittel separat oder in Verbindung miteinander eingesetzt werden können.
System nach Anspruch 62, dadurch gekennzeichnet, dass die drei Boden-Beobachtungslinien entlang der Autokompensationslinie großflächig verteilt sind, so dass die Beschränkungen in Bezug auf die Verformung der Antenne sehr locker sind.
System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlereinrichtungen direkt von der Erde Signale empfangen, die ebenfalls über die Antenne empfangen worden sind, und dass eine Korrelation zwischen den beiden Ankunftswegen der Signale zu einer Diskriminierung in Bezug auf die Beobachtungsrichtung der Quelle dieser Signale als Funktion von dem Winkel wie auch der Ankunftsrichtung von Signalen mittels Antennenachse/Strahlereinrichtungen führt.
System nach Anspruch 64, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschiebung der Beobachtungszone am Boden im Wesentlichen entlang der Projektion des Orbits, diskriminiert aufgrund der Korrelation, durch Verschieben des Satelliten und/oder durch Änderung des Diskriminierungswinkels erfolgt.
System nach Anspruch 65, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne in einer Richtung eine größere Ausdehnung als in den anderen Richtungen aufweist, so dass für wenigstens ein Bündel die Eingrenzung des Ausleuchtungsbereichs in eine Richtung transversal zu dem Orbit ermöglicht wird.
System nach Anspruch 65 in Verbindung mit Anspruch 66, dadurch gekennzeichnet, dass eine optische Abbildung des Bodens entlang zweier gekreuzter Komponenten durch Kombination der Korrelation und einer Ablenkung des Bündels erstellt wird.
System nach den Ansprüchen 63 in Verbindung mit Anspruch 67, dadurch gekennzeichnet, dass es Einrichtungen umfasst, um Beobachtungslinien am Boden aus einer elektronischen Ablenkung eines Bündels durch eine eindimensionale Steuerung zu erzeugen, und dass die große Dimension des Ausleuchtungsbereichs des Bündels, die sich aus der kleinen Ausdehnung der Antenne ergibt, entlang dem Orbit verläuft und es ermöglicht, die Autokompensationslinie für alle Positionen des Bündels abzudecken, trotz Krümmung dieser Linie und Eindimensionalität der Steuerung der Ablenkung.
System nach Anspruch 68, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne entlang der Nickachse verlängert ist.
System nach den Ansprüchen 67 in Verbindung mit Anspruch 55, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne entlang der Gierachse verlängert ist.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne Einrichtungen aufweist, um die zu der Antennenebene transversale Biegungslinie (ΔP) zu messen oder wiederherzustellen.
System nach Anspruch 71, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne Mittel zum Vergleichen der Phasen und/oder Verzögerungen bei wenigstens einem Signal, das durch die Strahlereinrichtungen gesendet und an anderen Punkten der Antenne empfangen wurde, sowie Einrichtungen zum Bestimmen der zu der Antennenebene transversalen Biegungslinie (ΔP) in Abhängigkeit von diesem Vergleich umfasst.
System nach den Ansprüchen 3, 5, 8 und 71, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Bestrahlungsrichtung bei wenigstens einem Kanal, auf dem die Strahlereinrichtungen Signale an die und von der Antenne senden und/oder empfangen, und wenigstens einer Durchgangsrichtung eine Korrektur der Biegungslinie durch Variieren der Phasenverschiebung um den Wert ΔP (2Π f/C) (Cos(ϕ2) – Cos(ϕ1)) in Höhe wenigstens eines der Zentralabschnitte erfolgt, wobei ϕ1 der Anstellwinkel der Bestrahlung ist, ϕ2 derjenige der Beobachtungsrichtung ist, f die Frequenz auf Seiten der Erde und auf Seiten der Bestrahlung ist und ΔP der Wert der transversalen Biegungslinie in Höhe jedes der Zentralabschnitte ist.
System nach den Ansprüchen 3, 5, 10 und 71, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Bestrahlungsrichtung bei wenigstens einem Kanal, auf dem die Strahlereinrichtungen Signale an die und von der Antenne senden und/oder empfangen, und wenigstens einer Durchgangsrichtung eine Korrektur der Biegungslinie durch Variieren der Phasenverschiebung um den Wert ΔP (2Π/C) (f2 Cos(ϕ2) – f1 Cos(ϕ1)) in Höhe wenigstens eines der Zentralabschnitte erfolgt, wobei ϕ1 der Anstellwinkel der Bestrahlung ist, ϕ2 derjenige der Beobachtungsrichtung ist, f2 und f1 die Frequenzen auf der Seite der Erde und der Seite der Bestrahlung sind und ΔP der Wert der transversalen Biegungslinie in Höhe jedes der Zentralabschnitte ist.
System nach den Ansprüchen 3, 5, 16 und 71, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Bestrahlungsrichtung bei wenigstens einem Kanal, auf dem die Strahlereinrichtungen Signale an die Antenne senden, eine Korrektur der Biegungslinien durch Variieren der Phasenverschiebung um ΔP (2Π/C) (f Cos(ϕ2)(f + F) Cos(ϕ1) + Fe Cos(ϕ'1)) in Höhe wenigstens eines der Zentralabschnitte erfolgt, wobei f die Frequenz auf der Seite der Erde ist, Fe der Wert der externen Umsetzung ist, berechnet mit demselben Vorzeichen wie F, wenn die Änderungen der Frequenz in demselben Sinne erfolgen, F die gesamte Umsetzung der Frequenz ist, ϕ1 der Anstellwinkel der Bestrahlung ist, ϕ2 derjenige der Beobach tungsrichtung ist, ϕ'1 derjenige der Richtung des Mittelpunkts ist, ΔP der Wert der transversalen Biegungslinie in Höhe jedes der Zentralabschnitte ist.
System nach den Ansprüchen 3, 5, 16 und 71, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Bestrahlungsrichtung bei wenigstens einem Kanal, auf dem die Strahlereinrichtungen Signale empfangen, eine Korrektur von Biegungslinien durch Variieren der Phasenverschiebung um ΔP (2Π/C) (f Cos(ϕ2) – (f + F) Cos(ϕ1) – Fe Cos(ϕ'1)) in Höhe wenigstens eines der Zentralabschnitte erfolgt, wobei f die Frequenz auf der Seite der Erde ist, Fe der Wert der externen Umsetzung ist, gezählt mit demselben Vorzeichen wie F, wenn die Änderungen der Frequenz in demselben Sinne erfolgen, F die gesamte Umsetzung der Frequenz ist, ϕ1 der Anstellwinkel der Bestrahlung ist, ϕ2 derjenige der Beobachtungsrichtung ist, ϕ'1 derjenige der Richtung des Mittelpunkts ist und ΔP der Wert der transversalen Biegungslinie in Höhe jedes der Zentralabschnitte ist.
System nach den Ansprüchen 3, 5 und 71 in Verbindung mit Anspruch den Ansprüchen 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Bestrahlungsrichtung bei wenigstens einem Kanal, auf dem die Strahlereinrichtungen Signale empfangen, eine Korrektur der Biegungslinie durch Variieren der Phasenverschiebung um ΔP (2Π/C) (f Cos(ϕ2)+ Fe Cos(ϕ'2) – (f + F) Cos(ϕ1)) in Höhe wenigstens eines der Zentralabschnitte erfolgt, wobei f die Frequenz auf der Seite der Erde ist, Fe der Wert der externen Umsetzung ist, berechnet mit demselben Vorzeichen wie F, wenn die Änderungen der Frequenz in demselben Sinne erfolgen, F die gesamte Umsetzung der Frequenz ist, ϕ1 der Anstellwinkel der Bestrahlung ist, Ö2 derjenige der Beobachtungsrichtung ist, ϕ'2 derjenige der Richtung des gegenüberliegenden Boden-Mittelpunkts ist, ΔP der Wert der transversalen Biegungslinie in Höhe jedes der Zentralabschnitte ist.