DE69200720T2

DE69200720T2 - Vorrichtung zur elektronischen Steuerung des Strahlungsdiagrammes einer Einfach-/Mehrfach-Strahlenantenne mit variabler Richtung und/oder Breite.

Info

Publication number: DE69200720T2
Application number: DE69200720T
Authority: DE
Inventors: Antoine Roederer; T Klooster Cornelis Van
Original assignee: Agence Spatiale Europeenne
Current assignee: Agence Spatiale Europeenne
Priority date: 1991-01-31
Filing date: 1992-01-20
Publication date: 1995-04-06
Anticipated expiration: 2012-01-21
Also published as: FR2672436B1; US5151706A; EP0497652A1; CA2059584A1; DE69200720D1; JPH04319804A; CA2059584C; FR2672436A1; JP2607198B2; EP0497652B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elektronischen Steuerung des Strahlungsdiagrannns eines Einfach- oder Mehrfach-Richtstrahlers mit variabler Richtung und/oder Breite.
Sie betrifft insbesondere die Gestaltung sogenannter "Gegenlauf"-Richtstrahler, das sind Richtstrahler mit kontinuierlicher Bestreichung, die auf einen einer dauernden Rotationsbewegung um seine Achse unterliegenden Satelliten angebracht sind und bei denen die Bestreichung durch den Strahl des Richtstrahlers mit derselben Geschwindigkeit stattfindet wie die Rotation des Satelliten aber in entgegengesetzer Richtung, so daß trotz der Rotation des Satelliten eine unveränderte Ausstrahl-Richtung beibehalten wird.
Obwohl diese Ausgestaltung eine der vorteilhaften Ausführungsformen der Erfindung darstellt, ist sie doch in keiner Weise einschränkend und man wird sehen, daß sich die Lehren der Erfindung auf eine sebr große Zahl unterschiedlicher Richtstrahler mit einem oder einer Mehrzahl elektronisch gesteuerter Strahlen anwenden lassen.
Weiterhin wird der Richtstrahler im wesentlichen im Hinblick auf den Sendemodus beschrieben, aber alle Lehren in diesem Zusammenhang lassen sich mutatis mutandis durch einfache Anwendung des Reziprozitätsprinzips auf die Empfangsfunktion übertragen, wobei der Aufbau der Schaltungen und ihre Verbindungen dieselben bleiben, das Signal jedoch vom Richtstrahlernetz in Richtung auf die Sende-/Empfangsschaltungen geht statt umgekehrt. Die an den gleichen Stellen angeordneten Verstärkerstufen sind in diesem Fall rauscharme Verstärkerstufen, deren Eingang richtstrahlerseitig und deren Ausgang auf der Seite der Sende-/Empfangsschaltung angeordnet sind. Die beiden Arten von Verstärkern (Leistungsverstärker zum Senden und rauscharme Verstärker für den Empfang) können also in ein und dernselben Modul gleichzeitig vorhanden sein, wodurch ein entsprechender Kommutations- oder Duplexbetrieb möglich ist.
Wenn es darum geht, radioelektrische Leistung durch elektronische Bestreichung durch einen oder mehrere Strahlen in einem weiten Winkelbereich bei optimalem Ergebnis auszustrahlen (oder zu empfangen), kann man entweder passive oder aktive Richtstrahler benutzen.
Die sogenannten passiven Richtstrahler weisen im wesentlichen einen Hauptverstärker auf, dem ein fester oder veränderlicher Leistungsteiler sowie Phasenschieber und/oder Schalter folgen.
Beim Senden bestehen die hauptsächlichen Nachteile in der Notwendigkeit, daß ein leistungsstarker Generator vorhanden sein muß (da es nur einen einzelnen Verstärker gibt), daß bedeutende Verluste diesem Generator nachgeordnet auftreten (da dieser der übrigen Vorrichtung vorgeordnet ist) und daß Kommutationen bei hohem Leistungsniveau impliziert sind. Da der rauscharme Verstärker dem System vorgeordnet ist, unterliegt umgekehrt beim Empfang das Signal vor der Verstärkung bedeutenden Verlusten, wodurch sich das Signal-Rausch-Verhältnis bedeutend verschlechtert.
Aufgrund der Tatsache schließlich, daß es in jedem Fall nur einen einzelnen Verstärker für die Austrahlung und/oder den Empfang gibt, verhindert dessen Ausfall jeglichen Betrieb des Systems, da ein Funktionieren auf "niedrigerer Stufe" nicht möglich ist, denn ein Ausfall wirkt sich auf den Sende- und Empfangsprozeß in seiner Gesamtheit aus.
Ein solches Beispiel für einen passiven Richtstrahler ist in Fig. 1 und 2 dargestellt, wobei ein kreisförmiges Netz 10 eine große Anzahl von gleichmäßig über eine zylindrische Fläche verteilten Grundstrahlern (in diesem Beispiel zweiunddreißig) aufweist, wie in Fig. 2 schematisch dargestellt, die eine Draufsicht des Netzes 10 darstellt. Die aufeinanderfolgenden Elemente dieses kreisförmigen Netzes sind von 1 bis 32 numeriert.
Dieses Netz 10 wird von einer Signalquelle 20 gespeist. Dieses Signal wird über eine Stufe 30 verstärkt und auf ein Strahlenbildungs und Bestreichungsnetz 40, 50 gegeben, welches einerseits eine Leistungsteilerstufe 40 und andererseits eine Reihe von Vier-Richtungs-Schaltern 50 aufweist.
Die Leistungsteilerstufe 40 umfaßt in diesem Beispiel einen Vier-Wege-Leistungsteiler 41, dessen Ausgänge den Eingängen variabler Zwei-Wege-Teiler 42 zugeordnet sind. Der Teiler 41 ist ein fester, phasen- und amplitudengleicher Teiler, während die Teiler 42 phasengleiche Teiler mit variabler Amplitude sind.
Jeder Ausgang der variablen Leistungsteiler 42 ist mit einem Vier-Wege- Schalter 50 verbunden, der vier nicht aneinandergrenzende Strahler speist, die im Winkel von 90º über das kreisförmige Netz verteilt sind. Der Ausgang jedes Teilers 42 ist so einem der Strahler eines Teilnetzes zugeordnet, wobei jedes Teilnetz von vier Grundstrahlern der in der Zeichnung angegebenen Raugstufe gebildet wird (das erste Teilnetz wird von Strahlern der Rangstufe 1, 9, 17 und 25 gebildet, das zweite Teilnetz von Strahlern der Rangstufen 5, 13, 21 und 29 etc.).
Durch eine geeignete Verknüpfung der variablen Phasenverschiebungen (Teiler 42) und Kommutationen (Schalter 50) ist es möglich, eine fortschreitende Kreisbestreichung durch den Strahl zu erzielen: Beispielsweise werden drei mittlere Elemente (zum Beispiel die Elemente 2, 3 und 4) in Phase mit einem Viertel der Leistung angesteuert und die Verteilung des letzten Viertels wird fortschreitend von einem äußeren Element (in diesem Beispiel das Element 1) zum anderen (Element 5) gleichfalls in Phase variiert, wodurch die fortschreitende Bestreichung erzielt wird.
Dieser Aufbau ist nicht ohne Nachteile. Der bedeutendste Nachteil besteht in dem sehr großen Leistungsverlust zwischen dem Signal am Ausgang des Verstärkers und dem tatsächlich von dem Netz ausgestrahlten Signal aufgrund der zahlreichen durchlaufenen Elemente; in der Regel liegt dieser Verlust in der Größenordnung von 40 %.
Ein weiterer Nachteil beruht auf der Tatsache, daß die Ansteuerungsphasen für die Grundstrahler weit von ihrem Optimum entfernt sind, da zur Realisierung der Bestreichung nur auf die Amplituden abgestellt wird, so daß sich so eine Verschlechterung in der Qualität des Strahls ergibt.
Eine weitere bekannte Ausgestaltung, die zum Beispiel in einem Artikel von Boris Sheleg mit dem Titel "A Matrix-Fed Circular Array for Continuous Scanning", erschienen in Proceedings of the IEEE, Band 56, No. 11, November 1968, Seiten 2016 bis 2027, beschrieben ist, benutzt für einen ähnlichen Anwendungszweck eine einzelne Butler-Matrix.
Eine Ausgestaltung dieser Art wird auch in der US-A-3 731 315 (SHELEG) beschrieben, deren benannter Erfinder der Autor des obengenannten Artikels ist.
Diese schematisch in Fig. 3 dargestellte Ausgestaltung weist zwischen dem Netz 10 und der Signalquelle 20 mit deren Leistungsverstärker 30 eine Einheit auf, die sicb von vorne nach hinten zusammensetzt aus einem phasen- und amplitudengleichen Leistungsteiler 40, der so viele Ausgänge wie Grundstrahler aufweist, aus einer Phasenschiebereinheit 60, die für jeden Ausgang des Teilers 40 einen festen Phasenschieber 61 und einen variablen Phasenschieber 62 aufweist,und aus einer Butler-Matrix 70, deren Eingänge mit den Ausgängen der Phasenschieber und deren Ausgänge mit den verschiedenen Grundstrahlern des Netzes 10 verbunden sind (bekanntermaßen ist eine Butler-Matrix ein passives Netz ohne theoretischen Verlust, das N Eingänge und N Ausgänge aufweist, wobei N im allgemeinen eine Potenz von zwei ist; die Eingänge sind untereinander isoliert und ein auf einen der Eingänge gegebenes Signal erzeugt an allen Ausgängen amplitudengleiche Ströme, deren Phasen jedoch linear von einem Element zum nächsten variieren).
In der Vorrichtung gemäß Fig. 3 findet die Bestreichnng durch Einwirken auf die Phasenschieber 62 statt, so daß eine lineare Progression der Phase an den Moduseingängen stattfindet, während die Modusamplituden fest bleiben.
Mit diesem Aufbau werden zwar die mit dem Vorhandensein von Schaltern zusammenhängenden Schwierigkeiten beseitigt, es treten jedoch dieselben weiteren Nachteile wie bei der Vorrichtung gemäß Fig. 1 auf.
Die zweite Art von Richtstrahlern wird von sogenannten "aktiven" Richtstrahlern gebildet, bei denen die Verstärkung nicht mehr in einem Punkt konzentriert, sondern auf eine Mehrzahl von Verstärkern verteilt wird.
Im einzelnen wird jedem Strahlungselement ein zum Strahler unmittelbar benachbart angeordneter Verstärker zugeordnet. Der Hauptnachteil besteht darin, daß zum Beispiel bei einem Richtstrahler mit vier (oder sechs) Facetten zu einem gegebenen Zeitpunkt nur einer von vier (oder sechs) Verstärkern benutzt wird, wobei die ganze Leistung in dem einen dem entsprechenden, benutzten Element zugeordneten Verstärker konzentriert ist. Dieser Nachteil beschränkt die Anwendung dieses Prinzips auf Richtstrahler, die einen ausgedehnten Bestreichungsbereich aufweisen müssen.
Das Patent US-A-4 124 852 (STEUDEL) beschreibt ein Leistungsphasenkommutationssystem für einen Bestreichungsnetzrichtstrahler, der ein Übertragungsmodul mit Phasenschiebern und Verstärkern des Typs TOP (im angelsächsischen Sprachgebrauch "TWT") und ein hybrides Kopplermodul umfaßt.
Diese Vorrichtung weist Verstärker und Strahlungselemente auf. Diese Vorrichtung umfaßt auch komplexe Verteilungsnetze, die zusätzliche, zwischen den Verstärkern und den Strahlungselementen angeordnete Phasenschieber aufweisen. Darüber hinaus betrifft diese Vorrichtung einen Einfach-Richtstrahler.
Das französische Patent FR-A-2 241 886 (LABORATOIRE CENTRAL DE TELECOMMUNICATIONS) betrifft einen Strahlungselemente und Verstärker aufweisenden, ebenen Netzrichtstrahler, bei dem alle Elemente gleichzeitig angesteuert werden.
Weiterhin weist der in diesem Patent beschriebene Netzrichtstrahler keine Mehrtore-Koppler zwischen den Strahlungselementen und den Verstärkern auf.
Die US-A-4 901 085 im Namen von Spring et al. beschreibt im übrigen eine Gestaltungsform für ein Mehrfach-Richtstrahler-Speisesystem, das eine Mehrzahl von Leistungsverstärker hybrider Matrix bildenden Modulen umfaßt. Jedes dieser vorzugsweise sämtlich identischen Module umfaßt eine Eingangsmatrix und eine Ausgangsmatrix, die zueinander eine Spiegelsymmetrie aufweisen und durch einen Satz Leistungsverstärker miteinander verbunden sind. Jedes der so aufgebauten Module ist zwischen einem Niedrigniveaustrahlenbildungsnetz einerseits und den Strahlungselementen andererseits angeordnet.
Eine solche, eine Matrixverdopplung implizierende Struktur ist an sich relativ komplex, sperrig und schwer - sehr nachteilige Merkmale im Falle eines Satellitenrichtstrahlers.
Weiterhin verbindet bei der in diesem Patent beschriebenen Ausgestaltung das Stahlenbildungsnetz bestimmte Strahlenselektionstore mit bestimmten Moduleingangstoren, von denen manche keinerlei ihnen zugeordnetes Signal aufweisen. Von daher werden die verschiedenen Verstärker nicht identisch belastet, was zu einem Effizienzverlust bei dem System führt.
Letztendlich erlaubt das in dieser Vorveröffentlichung beschriebene System bei Beibehaltung einer gleichmäßigen Belastung der Verstärker keinerlei kontinuierliche Veränderung der Abstrahlrichtung, wohingegen genau dies ein wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, wie zu sehen sein wird.
Tatsächlich besteht eine der Aufgaben der vorliegenden Erfindung darin, eine einen weiten Winkelbereich mit optimalem Ergebnis abdeckende Vorrichtung zur elektronischen Steuerung des Strahlungsdiagramms eines aktiven Einfach- oder Mehrfach-Richtstrahlers zur elektronischen Bestreichung vorzuschlagen.
Im wesentlichen umfaßt diese Vorrichtung ein Netz von in eine bestimmte Anzahl von Gruppen unterteilten Strahlern, wobei jeder Strahl typischerweise ein oder zwei Elemente aus jeder Gruppe benutzt. Die Verstärkung findet hierbei durch Verteilung auf eine der Anzahl der Strahler entsprechende Anzahl von Verstärkern statt und die Verbindung zwischen Strahlern und Verstärkern wird mittels eines Hybridkopplers hergestellt, wobei weiterhin Mittel zur Optimierung und Einstellung der Phasen der Signale vor Verstärkung (beim Senden) oder nach Verstärkung (beim Empfang) vorgesehen sind, um die Energieverteilung zwischen den Elementen zu steuern.
Dies gestattet es bei Anwendung geeigneter Phasenschieber, die Leistung bestmöglich auf die der (den) gewünschten Strahlungsrichtung(en) entsprechenden Elemente auszurichten und eine kontinuierliche Leistungsänderung von einem zum anderen Teil des Richtstrahlers zur Veränderung von dessen Strahlungsdiagramm sicherzustellen.
Weiterhin hat die erfindungsgemäße, verteilte Verstärkung den Vorteil, daß im Vergleich zu einem aktiven Richtstrahler mit einem jedem Strahlungselement unmittelbar zugeordneten Verstärkermodul die Leistung pro Modul im Verhältnis der Anzahl von zu einem Strahl beitragenden Elementen zur Gesamtzahl der Elemente wesentlich verringert werden kann.
Dies hat den doppelten Vorteil, daß zunächst die unitäre Leistung der Verstärker verringert wird, wodurch die Zuverlässigkeit erhöht wird, und daß andererseits bei einem Ausfall von einem oder zwei Verstärkern die Gesamtleistung von diesem Ausfall wenig berührt wird, da zu einem gegebenen Zeitpunkt die Verstärker der Vorrichtung sämtlich, und zwar jeder für sich, an der Bildung des Strahls beteiligt sind.
Da darüber hinaus alle Verstärker permanent gleiche Amplitudensignale empfangen, läßt sich die Effizienz der Verstärkungsfunktion optimieren.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung der vorgenannten gattungsgemäßen Art, d.h. eine Vorrichtung umfassend: ein Netz mit N Strahlern, das in P Teilnetze mit jeweils M Strahlern unterteilt ist, wobei M P = N ist und wobei jeder Strahl des spezifizierten Diagramms eine Mehrzahl von aus den Strahlern wenigstens bestimmter Teilnetze gewählten Strahlern benutzt; eine allen Strahlern des Netzes gemeinsame Signalquelle; Leistungsteiler an einem Eingang und N Ausgängen zum Senden des von der Quelle abgegebenen Signals; Mittel zum Verstärken des Signals; und Mittel zum selektiven Ansteuern wenigstens bestimmter Strahler mittels des verstärkten Signals bei gesteuerter Phasenverschiebung, um das spezifizierte Strahlungsdiagramm für den Richtstrahler zu erlangen.
Die Vorrichtung umfaßt weiterhin zwischen den Leistungsteilern und den Strahlern: P Gruppen von M ausgangsseitig der Leistungsteiler angeordneten Phasenschieber-Verstärker-Modulen; und P Koppler jeweils an M Eingängen und M Ausgängen, wobei diese M Eingänge mit den entsprechenden M Ausgängen der zugeordneten Gruppe von Phasenschieber-Verstärker-Modulen verbunden sind, und wobei diese M Ausgänge mit den M Strahlern des zugeordneten Teilnetzes verbunden sind, wobei die Phasenverschiebung der Phasenschieber-Verstärker-Module so gewählt ist, daß die von der Quelle abgegebene Leistung auf die dem spezifizierten Strahlungsdiagramm zugehörigen Strahler gerichtet wird und so eine verteilte Verstärkung des von der Quelle abgegebenen Signals durch Aufrechterhaltung einer im wesentlichen identischen und konstanten Belastung an jedem Verstärker unabhängig von den an dem Diagramm vorgenommenen Änderungen erzielt wird.
Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Diagramm mit einer Mehrzahl von unterschiedlichen Strahlen die Leistungsteiler jeweils eine Mehrzahl von Leistungsteiler-Grundeinheiten in einer der Anzahl der Strahlen entsprechenden Menge an einem Eingang und N Ausgängen umfassen, wobei die homologen Ausgänge der jeweiligen Grundeinheiten mittels variabler Phasenschieber gekoppelt sind, so daß sich N Ausgänge ergeben, die den N Eingängen der N Phasenschieber-Verstärker-Module zugeordnet sind.
Vorteilhafterweise ist dieses Netz ein zylindrisches Netz, das zur Erzielung einer Kreisbestreichung durch den Strahl oder durch jeden der Strahlen und/oder zur Erzielung einer Änderung der Breite des Strahls oder jedes der Strahlen angesteuert wird.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Lektüre der nachfolgenden, detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, in welchen jeweils gleiche Bezugszeichen für Elemente ähnlicher Funktion verwendet werden.
Die obengenannten Figuren 1 und 2 zeigen schematisch einen ersten bekannten Typ eines passiven Richtstrahlers mit Kreisbestreichung.
Die obengenannte Figur 3 zeigt einen zweiten bekannten Typ eines passiven Richtstrahlers mit Kreisbestreichung.
Die Figuren 4 und 5 zeigen schematisch eine erste, einem Einfach-Richtstrahler mit Kreisbestreichung entsprechende Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Die Figuren 6 und 7 zeigen eine zweite, einem Zweifach-Simultan-Richtstrahler mit Kreisbestreichung entsprechende Ausführungsform.
Figur 8 zeigt eine dritte, einem Einfach-Richtstrahler mit fester Ausrichtung, jedoch veränderlicher Breite entsprechende Ausführungsform.
Fig. 4 und 5 stellen eine erste erfindungsgemäße Ausführungsform eines zylindrischen Einiach-Richtstrahlers mit 16 Strahlungselementen (Strahlern) dar. Diese Ausgestaltung entspricht typischerweise derjenigen eines Gegenlaufrichtstrahlers für Satelliten, wobei natürlich zahlreiche weitere Anwendungsformen vorstellbar sind.
Fig. 4 zeigt in Draufsicht den Aufbau der kreisförmigen Netzeinheit und der dieser zugeordneten Schaltungen, wohingegen Fig. 5 sich einzig auf das die Verbindungen zwischen diesen verschiedenen Elementen definierende Schaltbild bezieht.
Die Strahlungselemente des Netzes 10 sind in Gruppen A, B, C und D mit jeweils vier Strahlern (A&sub1;, A&sub2;, A&sub3;, A&sub4; etc.) unterteilt, wobei der Strahl typischerweise ein oder zwei Elemente aus jeder Gruppe benutzt: so benutzt in dem dargestellten Beispiel der Strahl mit der Richtung Δ die fünf Elemente A&sub1;, B&sub1;, C&sub1;, D&sub1; und D&sub4;; jedes der Elemente A&sub1;, B&sub1; und C&sub1; wird typischerweise mit einem Viertel der Gesamtleistung angesteuert, wobei das letzte Viertel zwischen den Elementen D&sub1; und D&sub4; aufgeteilt wird; dies unterliegt einer kontinuierlichen Variation (das mehr oder weniger hohe Leistungsniveau ist in den Fig. 4 und 5 durch eine jedem angesteuerten Element zugeordnete, mehr oder weniger große schraffierte Fläche symbolisiert).
Die Phasen jeder der drei mittleren Quellen (in diesem Beispiel die Quellen A&sub1;, B&sub1; und C&sub1;) können optimiert werden, diejenigen der beiden äußeren Quellen (D&sub1; und D&sub4;) sind gleich, jedoch mit einstellbaren Werten: So läßt sich die Strahlung in eine veränderliche Richtung in kontinuierlicher oder nicht kontinuierlicher Weise maximieren.
Jeder Gruppe von Strahlern ist ein gemeinsamer Mehrtore-Koppler 80 oder eine Butler-Matrix - im dargestellten Beispiel mit vier Eingängen und vier Ausgängen - zugeordnet. Solche Koppler mit den dazugehörigen Einsatzbedingungen werden zum Beispiel in dem Werk von Y.T. Lo und S.W. Lee mit dem Titel "Antenna Handbook - Theory, Applications and Design", erschienen bei Van Nostrand Reinhold Company, New York, insbesondere auf den Seiten 19-101 bis 19-111 des Kapitels "Beam-Forming Feeds" oder auch in dem Artikel von S. Egami und M. Kawai mit dem Titel "An Adaptative Multiple Beam System Concept", erschienen im IEEE Jounal on Selected Areas in Communications, Band SAC-5, No. 4 vom Mai 1987, Seiten 630 bis 636, beschrieben.
Jeder der den verschiedenen Gruppen A, B, C und D zugeordneten Koppler 80 ermöglicht es, jedes Element einer Gruppe (zum Beispiel bei dem Koppler der Gruppe A die Strahler A&sub1; , A&sub2;, A&sub3; und A&sub4;) mit einer gleichen Anzahl von Verstärkermodulen 30 und Phasenschiebern 60 zu verbinden, wobei die Phasenschieber in der Weise veränderlich und steuerbar sind, daß die Phasenverschiebung vor der Verstärkung (beim Senden) oder nach der Verstärkung (beim Empfang) eingestellt werden kann.
Jeder der Phasenschieber 60 (deren Anzahl also 4x4 = 16 beträgt) wird von dem einen der Ausgänge des phasen- und amplitudengleichen Leistungsteilers 40 gespeist, der wiederum von der Quelle des Signals 20 gespeist wird (und umgekehrt beim Empfang).
Der Koppler 80 ist so ausgestaltet, daß es möglich ist, durch entsprechende Auswahl der Phasen, die von den Phasenschiebern 60 den vom Teiler 40 ausgegebenen Signalen zugeordnet werden, die Eingangsleistung auf einen, zwei oder vier der Ausgänge des Kopplers zu fokussieren; im vorliegenden Fall wird zur Erzielung des gewünschten Ergebnisses die Leistung auf einen oder zwei Ausgänge fokussiert. Werden zwei Ausgänge benutzt, ist es darüber hinaus weiterhin möglich, das jeweils zugehörige Niveau sowie in einem gewissen Maß die Phase einzustellen, um die Leistung zu den der angegebenen Strahlungsrichtung entsprechenden Elementen hin bestmöglich auszurichten.
Fig. 6 und 7 zeigen eine Verallgemeinerung der vorhergehenden Ausführungsform mit einem Zweifach-Simultan-Richtstrahler mit Kreisbestreichung entsprechend den beiden mit Δ und Δ' bezeichneten Richtungen.
Wie aus diesen Figuren ersichtlich, ist der Aufbau hinsichtlich der Mehrtorekoppler 80 und der Verstärker 30 dem Aufbau im vorhergehenden Fall vergleichbar.
Dafür findet aufgrund der Vielzahl von Strahlen und demzufolge der Vielzahl von Quellen (20 und 20') eine Verdopplung der Phasenschieber statt; so werden für jeden der Verstärker 30 zwei Phasenschieber 60 und 60' vorgesehen, die es gestatten, die von den beiden Quellen ausgegebenen Signale 20 und 20' zu koppeln, während ihnen getrennt eine bestimmte geeignete Phasenverschiebung zugeordnet wird.
Fig. 8 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform in einer Anwendung als "Zoom"-Richtstrahler, d.h. ein Richtstrahler, der einen Strahl mit einer gegebenen Richtung (Δ), jedoch mit je nach Bedarf veränderlicher Breite erzeugt. Solche Richtstrahler können insbesondere im Fall von Satelliten, die eine elliptische Umlaufbahn großer Exzentrizität aufweisen, sehr nützlich sein, denn sie erlauben trotz der periodischen Höhenschwankungen des Satelliten die Aufrechterhaltung einer im wesentlichen konstanten Strahlzone.
Hierzu läßt man die Zahl der verwendeten Strahlungselemente variieren, wobei ein breiter Strahl eine geringe Anzahl und ein stark gerichteter Strahl eine größere Anzahl von Strahlungselementen benutzt. So wird in dem Beispiel nach Fig. 8 ein (kreisförmiges oder flaches) Netz 10 mit acht in zwei versetzt angeordneten Gruppen A&sub1;, A&sub2;, A&sub3;, A&sub4; und B&sub1;, B&sub2;, B&sub3;, B&sub4; verteilten Elementen verwendet. Ein breiter Strahl wird die beiden mittleren Elemente B&sub2; und A&sub3; benutzen, ein etwas weniger breiter Strahl wird die vier mittleren Elemente A&sub2;, B&sub2;, A&sub3;, B&sub3; etc. benutzen und der schmalste Strahl wird die Gesamtheit der Elemente benutzen. Es bleibt festzuhalten, daß in diesem Fall alle Elemente in dieselbe Richtung weisen und daß im übrigen das Netz in an sich bekannter Weise durch ein optisches System vergrößert werden kann.
Die vier Strahler jeder der beiden Gruppen werden bei der ersten Reihe von Toren eines Kopplers 80 zusammengefäßt, dessen zweite Reihe von Toren von den Verstärkern 30 in einer der Menge der Strahler entsprechenden Anzahl beaufschlagt wird. Jedem Verstärker ist ein Phasenschiebermodul 60 zugeordnet, welches wiederum von dem einem der Ausgänge des von der Signalquelle 20 gespeisten Leistungsteilers 40 gespeist wird.
Die Lehren dieser Erfindung können für eine sehr große Zahl von Gestaltungsformen von Richtstrahlern verwendet werden, von denen über die bereits beschriebenen Gegenlaufrichtstrahler für Satelliten und die "Zoom"- Richtstrahler mit veränderlichem breiten Strahl hinaus zu nennen sind:
- ferngesteuerte Telemetrierichtstrahler für Satelliten, Raumsonden, Raumfähren und Trägerraketen,
- Richtstrahler für die Kommunikation zwischen Raumfahrzeugen,
- Richtstrahler für Astronauten,
- Richtstrahler für mobile maritime, aeronautische oder terrestrische Terminals,
- Richtstrahler für radioelektrische Leitsender, die mit Satelliten oder Flugzeugen (Abgabe- oder Empfangs-)Signale austauschen,
- Richtstrahler für Satellitenfunknavigationsterminals,
- Richtstrahler für den Ferusehempfang für auf unterschiedlichen Positionen angeordnete Satelliten oder
- Richtstrahler für Boden- und Bordradar.
Je nach Bedarf können die Netzstrahler über eine entsprechende sphärische, zylindrische, konische oder mit Facetten versehene Fläche verteilt werden, um den Winkelbereich des Richtstrahlers auszudehnen.

Claims

1. Vorrichtung zur elektronischen Steuerung des Strahlungsdiagramms eines Einfach- oder Mehrfach-Richtstrahlers mit variabler Richtung und/oder Breite, umfassend:

- ein Netz (10) mit N Strahlern, das in P Teilnetze (A, B, C, D) mit jeweils M Strahlern unterteilt ist, wobei M P = N ist und wobei jeder Strahl des spezifizierten Diagramms eine Mehrzahl von aus den Strahlern wenigstens bestimmter Teilnetze gewählten Strahlern benutzt,

- eine allen Strahlern des Netzes gemeinsame Signalquelle (20),

- Leistungsteiler (40) an einem Eingang und N Ausgängen zum Senden des von der Quelle abgegebenen Signals,

- Mittel (30) zum Verstärken des Signals und

- Mittel zum selektiven Ansteuern wenigstens bestimmter Strahler mittels des verstärkten Signals bei gesteuerter Phasenverschiebung, um das spezifizierte Strahlungsdiagramm für den Richtstrahler zu erlangen, und weiterhin zwischen den Leistungsteilern und den Strahlern umfassend:

- P Gruppen von M ausgangsseitig der Leistungsteiler angeordneten Phasenschieber-Verstärker-Modulen (30, 60), und

- P Koppler (80) jeweils an M Eingängen und M Ausgängen, wobei diese M Eingänge mit den entsprechenden M Ausgängen der zugeordneten Gruppe von Phasenschieber-Verstärker-Modulen verbunden sind, und wobei diese M Ausgänge mit den M Strahlern des zugeordneten Teilnetzes verbunden sind,

wobei die Phasenverschiebung der Phasenschieber-Verstärker-Module so gewählt ist, daß die von der Quelle abgegebene Leistung auf die dem spezifizierten Strahlungsdiagramm zugehörigen Strahler gerichtet wird und so eine verteilte Verstärkung des von der Quelle abgegebenen Signals durch Aufrechterhaltung einer im wesentlichen identischen und konstanten Belastung an jedem Verstärker unabhängig von den an dem Diagramm vorgenommenen Änderungen erzielt wird; dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Diagramm mit einer Mehrzahl von unterschiedlichen Strahlen die Leistungsteiler jeweils eine Mehrzahl von Leistungsteiler-Grundeinheiten (40, 40') in einer der Anzahl der Strahlen entsprechenden Menge an einem Eingang und N Ausgängen umfassen, wobei die homologen Ausgänge der jeweiligen Grundeinheiten mittels variabler Phasenschieber (60, 60') gekoppelt sind, so daß sich N Ausgänge ergeben, die den N Eingängen der N Phasenschieber-Verstärker-Module zugeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, in welcher das Netz (10) durch ein zylindrisches, zur Erzielung einer Kreisbestreichung durch den Strahl oder durch jeden der Strahlen angesteuertes Netz gebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, in welcher das Netz durch ein zur Erzielung einer Anderung der Breite des Strahls oder jedes der Strahlen angesteuertes Netz gebildet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, in welcher die Strahler des Netzes auf einer konischen Fläche angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, in welcher die Strahler des Netzes auf flachen Facetten um die Mittelachse des Richtstrahlers angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, in welcher die Strahler des Netzes auf einer kugelförmigen Fläche oder auf Teilen der kugelförmigen Fläche angeordnet sind.