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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Diese
Erfindung betrifft im Allgemeinen das Gebiet von Sendern, und genauer
einen Sender, der selektiv polarisierte Funkwellen sendet.
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ALLGEMEINER
STAND DER TECHNIK
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Funkendgeräte, die
mit in einer Umlaufbahn befindlichen Satelliten kommunizieren, gelangen
allmählich
in kommerzielle Verwendung. Diese Endgeräte können bidirektional mit direkt
strahlenden TV- und Telefonsatellitensystemen zur direkten Bereitstellung
von Kommunikationsdiensten über
Parabolantennen für
Haushalte kommunizieren. In derartigen Kommunikationssystemen verwendet
ein Satellit polarisierte Funkwellen (Strahlen), um mit Endgeräten, die
sich in einem Versorgungsbereich befinden, zu kommunizieren.
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Satellitenkommunikationssysteme
verwenden gewöhnlich
verschiedene Arten der Funkwellenpolarisation. Eine Funkwelle kann
linear, zum Beispiel vertikal oder horizontal, polarisiert sein,
oder sie kann nichtlinear, zum Beispiel elliptisch oder zirkular, polarisiert
sein. Die Polarisation einer Funkwelle ist durch die Richtung definiert,
in der elektrische Vektoren während
zumindest eines vollen Zyklus ausgerichtet sind. Im Allgemeinen
schwankt sowohl die Größe als auch
die Richtung der elektrischen Vektoren während jedes Zyklus nichtlinear.
Gewöhnlich
bilden derartige nichtlinear schwankende elektrische Vektoren eine
Ellipse auf einer Ebene, die an einem Beobachtungspunkt senkrecht
zur Ausbreitungsrichtung liegt. In diesem Fall wird die nichtlineare
Polarisation der Funkwelle als elliptisch bezeichnet. Das Verhältnis zwischen
der kleinen und der großen
Achse der Ellipse, das in Dezibel ausgedrückt wird, wird die Elliptizität der Funkwelle
genannt. Eine linear polarisierte Funkwelle weist eine unendliche
Elliptizität auf,
das heißt,
das Verhältnis
zwischen der kleinen und der großen Achse ist unendlich. Eine
zirkular polarisierte Welle weist eine Elliptizität von Null
dB auf, das heißt,
das Verhältnis
zwischen der kleinen und der großen Achse ist Eins. Die linear
polarisierte Welle ist daher als eine transversale elektromagnetische Welle
definiert, deren Feldvektor an einem Punkt in einem homogenen isotropen
Medium immer entlang einer festen Linie liegt. Die zirkular polarisierte
Welle ist in der gleichen Weise als eine elektromagnetische Welle
definiert, für
die der elektrische und/oder magnetische Feldvektor an einem Punkt
einen Kreis beschreibt.
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Eine
zirkular polarisierte Welle kann eine rechtsdrehende zirkulare Polarisation
oder eine linksdrehende zirkulare Polarisation aufweisen. Eine rechtsdrehende
zirkulare Polarisation tritt auf, wenn die Drehung des elektrischen
Feldvektors in einer stationären
Querebene für
einen Beobachter, der in die Richtung der Wellenausbreitung blickt,
im Uhrzeigersinn verläuft.
Umgekehrt verläuft
die Drehung für eine
linksdrehende zirkulare Polarisation gegen den Uhrzeigersinn. Eine
zirkular polarisierte Welle kann durch eine Wendelstrahlantenne
erzeugt werden. Die zirkular polarisierte Welle kann auch durch
das gemeinsame Vorhandensein von zwei linear polarisierten Wellen,
wie etwa einer vertikal polarisierten Welle und einer horizontal
polarisierten Welle, die jeweils die gleiche Amplitude, aber einen
dazwischen bestehenden Phasenunterschied von 90° aufweisen, erzeugt werden.
Wenn die linear polarisierten Wellen nicht in der Amplitude gleich
sind oder einen anderen Phasenunterschied als eine Beziehung von
90° aufweisen,
wird die sich ergebende Funkwelle nichtlinear polarisiert sein.
Wenn die Amplitude der vertikal polarisierten Welle zum Beispiel
Null ist, ist die sich ergebende Welle mit einer horizontalen Ausrichtung linear
polarisiert. Und wenn die beiden Wellen die gleiche Amplitude, aber
einen Phasenunterschied von null Grad aufweisen, ist die sich ergebende
Welle mit einer Ausrichtung von 45° linear polarisiert.
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Um
das begrenzte Frequenzspektrum, das dem Anbieten von Satellitendiensten
zugeteilt ist, besser zu nutzen, können zwei unterschiedliche
Endgeräte,
die mit dem gleichen Satellit kommunizieren, die gleiche Funkwelle,
aber eine unterschiedliche Polarisation verwenden. Zum Beispiel
kann die gleiche Funkwelle zum Kommunizieren eines modulierten Signals
mit einem Endgerät
eine horizontale Polarisation und zum Kommunizieren des gleichen
oder eines anderen modulierten Signals mit dem anderen Endgerät eine vertikale
Polarisation aufweisen. Somit wird es nötig, die Wellenpolarisation
in einem Endgerätesender,
der die modulierten Signale gemäß einer zugeteilten
Polarisation sendet, selektiv zu steuern.
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Das
Dokument EP-A-0 479 744 A1 offenbart ein Verfahren zur Verringerung
der Gefahr eines schlechten Empfangs aufgrund einer niedrigen Signalstärke oder
null Punkten in einem digitalen Zeitmultiplex-Telefonsystem. Dies
wird erreicht, indem von einer festen Station mit einer Polarisationsrichtung
gesendet wird, die zwischen verschiedenen Teilen der gesendeten
Informationen schrittweise verändert
wird.
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Das
Dokument EP-A-0 656 697 A2 offenbart ein System zur Verringerung
des schnellen Schwunds in drahtlosen Kommunikationssystemen durch
Verwenden eines Senders, der eine orthogonale Polarisation von Antennen
bereitstellt, die mit zeitvariablen Versatzen kombiniert wird, welche durch
einen Mischer und Oszillator eingebracht werden, und dann gesendet
werden.
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1A zeigt
einen herkömmlichen
Sender 10 zum Senden von Funkwellen, die selektiv entweder
vertikal oder horizontal polarisiert sind. Der Sender umfaßt einen
Verstärker 12 mit
verhältnismäßig hoher
Leistung zum Verstärken
eines modulierten Signals, das durch einen Modulationssignalgenerator 14 bereitgestellt
wird. Ein Polarisationsschalter 16, der durch ein Steuersignal
auf einer Leitung 18 gesteuert wird, verbindet den Ausgang
des Leistungsverstärkers 12 selektiv
entweder mit einem vertikalen Eingang 20 oder einem horizontalen
Eingang 22 einer Antennenspeisung 24, die eine
polarisierte Welle mit einer ausgewählten vertikalen Polarisation
oder horizontalen Polarisation ausstrahlt. Da der Hochleistungsverstärker 12 das
modulierte Signal zu einem vollen Sendeleistungspegel, zum Beispiel
8 Watt, verstärken
muß, muß der Polarisationsschalter 16 so gewählt werden,
daß er
der vollen Last einer derartigen hohen Leistung widerstehen kann.
Ein Hochleistungsaktivschalter mit niedrigem Verlust ist jedoch teuer.
Billigere Schalter bringen andererseits wesentliche Verluste von
bis zu 20% der Leistung des Verstärkers ein. Folglich muß ein Verstärker mit
höherer Leistung,
d.h., 10 Watt, verwendet werden, um dem Verlust, der durch den billigen
Schalter verursacht wird, Rechnung zu tragen. Alternativ kann ein
mechanischer Schalter verwendet werden, um die Schaltfunktion durchzuführen. Derartige
Schalter sind jedoch zusätzlich
zu ihrer Sperrigkeit für
mechanische Defekte anfällig.
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Mit
dem Erfolg der modernen Verarbeitungstechnologien bei einer stärkeren Verringerung
der Kosten von Leistungsverstärkern
als der Kosten von Hochleistungsschaltern verwendet ein in 1B gezeigter
anderer herkömmlicher
Sender 26 zwei getrennte Leistungsverstärker 28A und 28B anstelle der
einzelnen Anordnung von Schalter und Leistungsverstärker von 1A,
um die durch eine Schaltanordnung verursachten Verluste zu beseitigen.
Bei der Anordnung von 1B ist jedoch zu einer Zeit
nur ein Leistungsverstärker über eine
Steuerung 29 aktiviert. Da ein Leistungsverstärker für die Hälfte der
Zeit untätig
ist, verschwendet der Sender von 1B zu
jedem beliebigen Zeitpunkt die Kosten eines der Hochleistungsverstärker.
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Daher
besteht ein Bedarf an einem billigen Sender, der unterschiedlich
polarisierte modulierte Signale ohne jeglichen Verlust oder Verschwendung von
Sendebetriebsmitteln selektiv senden kann.
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KURZDARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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Kurz
gesagt ist die vorliegende Erfindung durch einen Sender veranschaulicht,
der nichtlinear polarisierte Wellen, die verstärkten modulierten Signalen
entsprechen, welche eine wählbare
Phasenbeziehung aufweisen, koppelt, um eine linear polarisierte
Welle mit einer Ausrichtung zu erzeugen, welche einer gewählten Phasenbeziehung
entspricht. In einer anderen Ausführungsform können linear
polarisierte Wellen gekoppelt werden, um eine zirkulare Polarisation
jeder Richtung zu erzeugen.
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Ein
Sender nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung umfaßt
einen Modulationssignalgenerator, einen ersten Leistungsverstärker, einen
zweiten Leistungsverstärker, eine
erste Antennenspeisung und eine zweite Antennenspeisung. Der Modulationssignalgenerator
erzeugt ein erstes moduliertes Signal und ein zweites moduliertes
Signal, und spricht auf ein Steuersignal an, um selektiv eine vordefinierte
Phasenbeziehung zwischen dem ersten und dem zweiten modulierten Signal
bereitzustellen. Das erste und das zweite modulierte Signal werden
an den ersten bzw. an den zweiten Leistungsverstärker angelegt. Der erste Leistungsverstärker, der
einen ersten Verstärkungsgrad
aufweist, verstärkt
das modulierte Signal und legt es an die erste Antennenspeisung
an. In der gleichen Weise verstärkt
der zweite Leistungsverstärker, der
einen zweiten Verstärkungsgrad
aufweist, welcher vorzugsweise dem ersten Verstärkungsgrad gleich ist, das
zweite modulierte Signal und legt es an die zweite Antennenspeisung
an. Nach der vorliegenden Erfindung erzeugt die erste Antennenspeisung
eine erste polarisierte Welle, die eine erste nichtlineare Polarisation
aufweist. In der gleichen Weise erzeugt die zweite Antennenspeisung
eine zweite polarisierte Welle, die eine zweite nichtlineare Polarisation
aufweist. Die Polarisationen der ersten polarisierten Welle und
der zweiten polarisierten Welle werden so gewählt, daß sie, wenn sie gemeinsam ausgestrahlt
werden, eine dritte polarisierte Welle erzeugen, die eine lineare
Polarisation mit einer Ausrichtung aufweist, welche der wie durch
das Steuersignal gewählten
vordefinierten Phasenbeziehung des ersten und des zweiten modulierten
Signals entspricht.
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In
einer zweiten Ausführungsform
umfaßt
ein Sender zum Erzeugen entweder einer rechtsdrehenden oder einer
linksdrehenden zirkularen Polarisation einen ersten Sendeleistungsverstärker, der
an seinem Eingang durch ein erstes moduliertes Signal betrieben
wird und an seinem Ausgang mit einer ersten Antennenspeisung gekoppelt
ist, die eine erste polarisierte Welle erzeugt, welche eine erste
lineare Polarisation aufweist. Ein zweiter Sendeleistungsverstärker wird
an seinem Eingang durch ein zweites moduliertes Signal betrieben
und ist an seinem Ausgang mit einem zweiten Antennenspeisungsaufbau gekoppelt,
der eine zweite polarisierte Welle erzeugt, welche eine zweite lineare
Polarisation, vorzugsweise rechtwinkelig zur ersten linearen Polarisation,
aufweist. Eine Steuerung steuert die relative Phase des ersten und des
zweiten modulierten Signals so, daß die Funkwelle, die gemeinsam
vom ersten und vom zweiten Antennenspeisungsaufbau ausgestrahlt wird,
eine zirkular polarisierte Welle in einer gewünschten Richtung und mit einem
Leistungspegel ist, der der Summe der Leistungspegel des ersten und
des zweiten Leistungsverstärkers
gleich ist. In einer beispielhaften Ausführungsform kann der Sender selektiv
eine linksdrehend zirkular polarisierte Welle oder eine rechtsdrehend
zirkular polarisierte Welle bereitstellen.
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In
noch einer dritten Ausführungsform
stellen die beiden Antennenspeisungsaufbauten eine linear polarisierte
Strahlung in Winkeln von +45° in
Bezug auf eine nominell senkrechte Achse bereit. Die Antennenspeisungen
werden durch jeweilige Leistungsverstärker so betrieben, daß entweder
eine vertikal oder eine horizontal polarisierte Welle erzeugt wird, die
einen Leistungspegel aufweist, der der Summe der Leistungsausgänge der
beiden Verstärker
gleich ist. Die Leistungsverstärker
werden durch jeweilige modulierte Signale betrieben, die gesteuert
werden, um die Leistungsverstärker
mit einer ersten relativen Phaseneinstellung von, zum Beispiel,
0° zu betreiben.
Alternativ können
die modulierten Signale die Leistungsverstärker gemäß einer gewählten vertikal oder horizontal
polarisierten Strahlung mit einer zweiten relativen Phaseneinstellung
betreiben, die sich von der ersten relativen Phaseneinstellung um
180° unterscheidet.
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Andere
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der
folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen offensichtlich
werden, wenn diese in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen
herangezogen wird, die die Grundsätze der Erfindung beispielhaft
veranschaulichen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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1A und 1B sind
Blockdiagramme von herkömmlichen
Sendern, die selektiv polarisierte Funkwellen senden.
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2 ist
ein Blockdiagramm eines Senders nach einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung.
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3 ist
ein Blockdiagramm eines Senders nach einer anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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4 ist
ein Blockdiagramm einer Ausführungsform
eines Modulationssignalgenerators, der im Sender von 2 und 3 verwendet
wird.
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5 ist
ein Blockdiagramm einer anderen Ausführungsform eines Modulationssignalgenerators,
der im Sender von 2 und 3 verwendet wird.
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6 ist
ein Blockdiagramm einer anderen Ausführungsform eines Senders nach
der Erfindung.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG
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Unter
Bezugnahme auf 2 umfaßt ein Sender 30 nach
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung einen Modulationssignalgenerator 32,
einen ersten und einen zweiten Leistungsverstärker 34A und 34B,
eine linksdrehende zirkulare (LHC) Antennenspeisung 38 und
eine rechtsdrehende zirkulare (RHC) Antennenspeisung 40.
Die LHC- und die RHC-Antennenspeisung
(38, 40) können
sich, zum Beispiel, am Brennpunkt eines Parabolspiegels befinden.
Wie wohlbekannt ist, können
durch Verwendung von zwei linear polarisierten Speisungen wie etwa
Kreuzdipolantennen, die unter Verwendung eines 90-Grad-Kopplers
(nicht gezeigt) gekoppelt sind, zwei orthogonal zirkular polarisierte
Speisungspunkte erzeugt werden.
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In
einer beispielhaften Ausführungsform
wird der Sender 30 in einem Kommunikationssatellitensystem
verwendet, das bidirektionale Satellitenkommunikationsdienste an
eine Haushaltsantenne bereitstellt. Der Modulationssignalgenerator 32 erzeugt auf
Leitungen 36 ein erstes moduliertes Signal und ein zweites
moduliertes Signal. Der Modulationssignalgenerator 32 spricht
auf ein Steuersignal an, das durch eine Steuerung 48 auf
einer Leitung 50 bereitgestellt wird, um selektiv eine
vordefinierte Phasenbeziehung zwischen dem ersten und dem zweiten modulierten
Signal bereitzustellen. Vorzugsweise weisen die modulierten Signale
eine Quadraturphasenbeziehung in Bezug zueinander auf. Zum Beispiel kann
die Phasenbeziehung des modulierten Signals als Reaktion auf das
Steuersignal so gewählt
werden, daß es
einen Phasenunterschied von +90° oder –90° aufweist.
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Das
erste und das zweite modulierte Signal werden gesondert an den ersten
und den zweiten Leistungsverstärker 34A bzw. 34B angelegt.
Der erste Leistungsverstärker 34A,
der einen ersten Verstärkungsgrad
aufweist, verstärkt
das erste modulierte Signal und legt es an die LHC-Antennenspeisung 38 an.
In der gleichen Weise verstärkt
der zweite Leistungsverstärker 34B,
der einen zweiten Verstärkungsgrad
aufweist, der vorzugsweise dem ersten Verstärkungsgrad gleich ist, das
zweite modulierte Signal und legt es an die RHC-Antennenspeisung 40 an.
Die LHC- und die RHC-Antennenspeisung 38 und 40 verursachen
ausgestrahlte Wellen, die sich im All kombinieren, um eine ausgestrahlte
Nettowelle zu erzeugen, die eine andere Polarisation als LHC oder RHC
aufweist. In einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird
die Phasenbeziehung der modulierten Signale so gewählt, daß entweder
eine vertikal polarisierte oder eine horizontal polarisierte Funkwelle
erzeugt wird.
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Die
modulierten Signale, die durch den Modulationssignalgenerator 32 erzeugt
werden, sind im Wesentlichen identische modulierte Trägersignale und
unterscheiden sich nur in ihrer relativen Phasenbeziehung. Um eine
vertikal polarisierte Welle zu erzeugen, wird die Phasenbeziehung
der modulierten Signale über
die Steuerung 48 in einer solchen Weise gesteuert, daß die Kopplung
rechtwinkeliger Funkwellen, die durch die LHC- und die RHC-Speisung 38 und 40 erzeugt
werden, zu einer vertikalen Polarisation führt, wobei horizontal polarisierte
Komponenten aufgrund der rechtwinkeligen Beziehung im Wesentlichen
ausgelöscht
werden. Um andererseits eine horizontal polarisierte Welle zu erzeugen, werden
die Phasen der modulierten Signale so gesteuert, daß sie einen
von der für
vertikale Polarisation verwendeten Phasenbeziehung entgegengesetzten
Phasenunterschied, d.h., 180°,
aufweisen. Auf diese Weise führt
die Kombination der rechtwinkeligen Funkwellen, die durch die LHC-
und die RHC-Speisung 38 und 40 erzeugt
werden, zu einer horizontalen Polarisation, wobei die vertikal polarisierten
Komponenten im Wesentlichen ausgelöscht werden. Da die Phasenbeziehung
der modulierten Signale unter Steuerung durch die Steuerung 48 wählbar ist,
kann die Polarisation der Sendungen vom Sender der Erfindung selektiv
gesteuert werden.
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Vorzugsweise
ist die Leistung der gesendeten linear polarisierten Welle der Summe
der Leistungen des ersten und des zweiten Leistungsverstärkers 34A und 34B gleich.
Unter Annahme einer gleichen Leistung ist die Leistung des Senders
dem Doppelten der Leistung der Leistungsverstärker 34A und 34B gleich.
Um, zum Beispiel, eine Funkwelle mit 8 Watt Leistung zu senden,
sollten der erste und der zweite Leistungsverstärker 34A und 34B jeweils 4-Watt-Leistungsverstärker sein.
Baulich können
sich die Antennenspeisungen 38 und 40 am Brennpunkt einer
Parabolspiegelantenne befinden, obwohl andere Anordnungen wie etwa
versetzt gespeiste Parabeln, Kreuz-Yagi-Uda- Anordnungen, oder Kreuz-logarithmisch-periodische
Anordnungen ebenfalls verwendet werden können.
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Man
wird verstehen, daß die
Anwendung der vorliegenden Erfindung nicht auf das Erzeugen vertikal
oder horizontal polarisierter Wellen beschränkt ist. Durch Steuern der
Phasenbeziehung der modulierten Signale kann eine lineare Nettosendepolarisation
mit jeder beliebigen Ausrichtung erzeugt werden. Die lineare Polarisation
wird eine Ausrichtung in Bezug zu einer Bezugsebene, z.B. der senkrechten Ebene,
aufweisen, die einer Hälfte
der relativen Phase der modulierten Signale entspricht. Zum Beispiel würde eine
Veränderung
in der relativen Phase der modulierten Signale von 90° eine Drehung
in der Polarisationsebene der gesendeten Welle von 45° erzeugen.
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Unter
Bezugnahme auf 3 ist der Sender 30 nach
einer anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung gezeigt. In der gleichen Weise wie bei
der Anordnung von 2 umfaßt der Sender 30 den
Modulationssignalgenerator 32, den ersten und den zweiten
Leistungsverstärker 34A und 34B und zwei
rechtwinkelige Antennenspeisungen 37 und 41. Anstelle
von linearen Polarisationen erzeugt der Sender 30 nach
dieser Ausführungsform
der Erfindung jedoch entweder eine rechtsdrehende oder eine linksdrehende
zirkulare Polarisation. Bei dieser Anordnung entspricht eine erste
Antennenspeisung 37 einer ersten linearen Polarisation
und eine zweite Antennenspeisung 41 einer zweiten linearen
Polarisation, die vorzugsweise rechtwinkelig zur ersten linearen
Polarisation ist. Die Steuerung 48 steuert die relative
Phase der modulierten Signale so, daß die Funkwellen, die durch
den ersten und den zweiten Antennenspeisungsaufbau 37 und 41 ausgestrahlt werden,
wenn dies im All erfolgt, eine zirkular polarisierte Welle mit einer
gewünschten
Richtung erzeugen. Die relative Phase der Kombination, die benötigt wird,
um eine zirkulare Polarisation zu erzeugen, ist ±90°. In der gleichen Weise wie
bei der Anordnung von 2 ist der Leistungspegel der
Funkwelle der Summe der Leistungspegel des ersten und des zweiten
Leistungsverstärkers
gleich.
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In
noch einer anderen Ausführungsform
stellen die erste und die zweite Antennenspeisung 37 und 41 eine
linear polarisierte Strahlung in Winkeln von ±45° in Bezug auf eine nominell
senkrechte Achse bereit. Die Antennenspeisungen 37 und 41 werden
durch jeweilige Leistungsverstärker 34A und 34B in
einer solchen Weise betrieben, daß entweder eine vertikal oder
eine horizontal polarisierte Welle erzeugt wird, die einen Leistungspegel
aufweist, der der Summe der Leistungsausgänge der beiden Verstärker 34A und 34B gleich
ist. Die Leistungsverstärker 34A und 34B werden
durch die modulierten Signale betrieben, die gesteuert werden, um
die Leistungsverstärker
mit einer ersten relativen Phaseneinstellung von, zum Beispiel,
0°, und
alternativ mit einer zweiten relativen Phaseneinstellung, die sich
von der ersten relativen Phaseneinstellung um 180° unterscheidet,
zu betreiben. Auf diese Weise wird selektiv vertikal oder horizontal
polarisierte Strahlung erzeugt.
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In
einem Zeitmultiplexzugriffssystem wird ein TDMA-Sender nicht aktiviert,
um ununterbrochen zu senden, sondern wird er vielmehr nur aktiviert,
um in einem zugewiesenen Zeitschlitz zu senden, der innerhalb einer
TDMA-Rahmenwiederholungsperiode wiederkehrt.
Um den Sender 30 der Erfindung einzusetzen, muß daher
die Aktivierung und die Deaktivierung der Leistungsverstärker 34A und 34B sanft hoch-
oder heruntergefahren werden, um ein unzulässiges spektrales Spritzen
in benachbarte Frequenzkanäle
zu vermeiden. Der Sender 30 umfaßt daher eine Hoch/Herunterfahrsteuerung 66,
die ein Hoch/Herunterfahrsteuersignal auf Leitungen 47 zu den
Leistungsverstärkern 34A und 34B liefert.
Ein bevorzugtes Verfahren des Hoch/Herunterfahrens ist, eine Vorspannung, die
von einer Stromversorgung 45 geliefert wird, zu steuern.
Die Vorspannung wird an die Verstärker 34A und 34B angelegt,
damit sie einen gegebenen augenblicklichen Strom von der Versorgung 45 verbrauchen.
Der Strom, der durch die Verstärker 34A und 34B verbraucht
wird, wird so gesteuert, daß er
während
eines Hochfahrzeitraums oder eines Herunterfahrzeitraums schwankt,
um zu verursachen, daß die
Ausgangsleistungen der Verstärker 34A und 34B in
einer gewünschten
Weise steigen oder fallen. Um das Steuern der Ströme zu unterstützen, ist
ein bevorzugtes Verfahren, jeden Leistungsverstärker mit einer Stromüberwachung (nicht
gezeigt) zu versehen, die ein Rückkopplungssignal
auf Leitungen 49 zur Hoch/Herunterfahrsteuerung 66 erzeugt.
Die Steuerung 66 kann den Strom zu geeigneten Auslösezeiten
in einer festen Weise hoch oder herunterfahren. Um dies durchzuführen, kann
die Steuerung ein Anstiegsprogramm ausführen, das eine Abfolge von
digitalen Steuerworten erzeugt, die die gewünschte hoch/herunterfahrende Wellenform
darstellt. Wie wohlbekannt ist, kann einem Satellitenendgerät in einem
TDMA-System mehr als ein Schlitz in einer wiederkehrenden TDMA-Rahmenperiode
zugeteilt sein. Mehrere Schlitze können zum Beispiel verwendet
werden, um gleichzeitige Stimmen- und Datenübertragungen zu unterstützen oder
höhere
Datenraten oder eine höhere Stimmqualität bereitzustellen.
Der Sender 30 gestattet, daß die Polarisation für jeden
Schlitz einer Mehrschlitzsendung gemäß der Verfügbarkeit von Schlitzen und
Polarisationen unabhängig
gewählt
wird.
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Unter
Bezugnahme auf 4 ist ein beispielhaftes Blockdiagramm
des Modulationssignalgenerators 32, der modulierte Signale
mit konstanten Hüllkurven
(konstanter Amplitude) erzeugt, gezeigt. Die konstante Hüllkurvenmodulation,
bei der Informationen nur durch Verändern der Phase der modulierten Signale
befördert
werden, wird bevorzugt, da für
konstante Amplitudensignale leistungsfähigere Leistungsverstärker aufgebaut
werden können,
als für schwankende
Amplitudensignale. Der Modulationssignalgenerator 32 umfaßt Quadraturmodulatoren 52A und 52B.
Der Quadraturmodulator 52A ist durch Multiplizieren eines
Signals in Phase mit einem augenblicklichen Wert von I mit einer
Kosinuswelle bei einer gewählten
Sendezwischenfrequenz (TXIF) tätig.
In der gleichen Weise ist der Quadraturmodulator 52B durch
Multiplizieren eines Quadratursignals mit einem augenblicklichen
Wert von Q mit einer Sinuskomponente bei der gewählten TXIF tätig. Vorzugsweise
sind die Quadraturmodulatoren 52A und 52B symmetrische
Quadraturmodulatoren, die auch den Kehrwert des Signals in Phase
und des Quadratursignals (I und Q) mit der Sinus- und der Kosinuskomponente multiplizieren.
Ein derartiger symmetrischer Quadraturmodulator ist in der an Dent
ausgegebenen US-Patentschrift Nr. 5,530,722 mit dem Titel "Quadrature Modulator
with integrated distributed filters" offenbart.
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In
dieser beispielhaften Ausführungsform des
Modulationssignalgenerators 32 werden die symmetrischen
In-Phase- und Quadraturmodulationssignale
mit Hilfe eines digitalen Signalprozessors und Delta-Sigma-Modulatoren 54 numerisch
erzeugt. Die Erfindung kann von zwei derartigen symmetrischen Quadraturmodulatoren
Gebrauch machen, um die modulierten Signale zu erzeugen, die an
die Leistungsverstärker 34A und 34B (in 1 gezeigt) angelegt werden. Bei dieser
Anordnung ist der DSP 54 so programmiert, daß er die
Phasenbeziehung der modulierten Signale bereitstellt. Die Phasenbeziehung
der modulierten Signale ist durch die beiden Signale in Phase und
Quadratursignale (I1, Q1) und (I2, Q2) bestimmt. Diese Signale sind
in 4 als in einer symmetrischen Form an die Quadraturmodulatoren
angelegt gezeigt. Zum Beispiel setzt der DSP 54 die Quadraturphasenbeziehung
der Modulatorsignale auf +90°,
um eine vertikal polarisierte Welle bereitzustellen. Umgekehrt setzt
der DSP 54 die Quadraturphasenbeziehung auf –90°, um eine
horizontal polarisierte Welle bereitzustellen. Man wird verstehen,
daß die
vorliegende Erfindung modulierte Signale verwenden kann, die durch
ein anderes Mittel als die Verwendung der Quadraturmodulatoren eine gewünschte Phasenbeziehung
aufweisen.
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Ein
erster spannungsgesteuerter Oszillator (VCO) 56A erzeugt
das erste modulierte Signal, das an den ersten Leistungsverstärker 34A angelegt wird.
Ein Teil des VCO-Ausgangssignals
wird durch Überlagerungsmischen
in einem Mischer 58A, welcher ein Überlagerungsoszillatorsignal
von einem Frequenzsynthetisator 60 erhält, auf eine niedrigere Zwischenfrequenz
TXIF heruntergewandelt. Das THIX-Signal wird in einem Phasendetektor 62A mit einem
modulierten TXIF-Signal vom Quadraturmodulator 52A phasenverglichen,
um ein Phasenfehlersignal zu erzeugen. Ein Phasenfehlersignal vom Phasendetektor 62A,
vorzugsweise in der Form eines Stroms, der proportional zum Phasenfehler
ist, wird integriert und durch ein Schleifenfilter 64A gefiltert,
um ein VCO-Steuersignal an den VCO 56A zu erzeugen. Das
VCO-Steuersignal
zwingt die Phase des ersten modulierten Signals, jener des modulierten
TXIF-Signals vom Quadraturmodulator 52A zu folgen. Eine
im Wesentlichen identische Anordnung, die den VCO 56B,
einen Mischer 58B, einen Phasendetektor 62B und
ein Schleifenfilter 64B umfaßt, zwingt die Phase des zweiten
modulierten Antriebssignals, das durch den VCO 56B erzeugt
wird, jener des durch den Quadraturmodulator 52B erzeugten zweiten
modulierten TXIF-Signals zu folgen.
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Unter
Bezugnahme auf 5 ist eine andere Ausführungsform
des Modulationssignalgenerators 32 gezeigt. Bei dieser
Ausführungsform
erzeugt ein einzelner symmetrischer Quadraturmodulator 68 ein TXIF-Signal,
das mit I- und Q-Signalen moduliert ist. Bei dieser Anordnung werden
modulierte Signale von den VCOs 56A und 56B in Mischern 58A und 58B gegen
ein Überlagerungsoszillatorsignal
vom Synthetisator heruntergewandelt. Es wird jedoch ein Phasenschieber 70 verwendet,
um eine relative Phasenverschiebung in eines der Überlagerungsoszillatorsignale
einzubringen, das verglichen mit dem anderen Überlagerungsoszillatorsignal,
welches an den Mischer 58B angelegt wird, an den Mischer 58A angelegt
wird. Die Wirkung des Phasenschiebers 70 ist, einen Versatz
zur Phase des ersten modulieren Signals vom VCO 56A in
Bezug zum zweiten modulierten Signal vom VCO 56B hinzuzufügen. Optional könnte ein
zweiter Phasenschieber (nicht gezeigt) zwischen dem Synthetisator 60 und
dem Mischer 58B eingebracht werden, um die Phase des zweiten modulierten
Signals in der zu jener des Phasenschiebers 70, der die
Phase des ersten modulierten Signals steuert, entgegengesetzten
Richtung zu steuern. Diese Anordnung erzeugt das Doppelte der relativen
Phasenverschiebung, um in der Phase der modulierten Signale Symmetrie
zu bewahren. Alternativ kann der Synthetisator 60 zwei Überlagerungsoszillatorsignalausgänge von
veränderlicher
relativer Phase aufweisen, was unter Verwendung geeigneter digitaler
Teilerketten und Logik durch digitale Mittel in einem Frequenzsynthetisator
erzeugt werden kann. Noch eine weitere Ausführungsform ist, die gewünschte relative
Phasenbeziehung zwischen den beiden modulierten Signalen durch Aufnehmen
eines gesteuerten Phasenschiebers (nicht gezeigt) im Pfad von den
VCOs 56A und 56B zu den Mischern 58A und 58B zu
erzeugen. Alle derartigen Veränderungen
werden als in den Umfang der Erfindung fallend betrachtet.
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Die
Anordnung von 4 wird jedoch bevorzugt, da
sie durch die digitale Erzeugung der Signale I1, Q1, I2, Q2 durch
den DSP 54 eine genauere Steuerung der relativen Phase
bereitstellt. Die digitale Signalerzeugung wird bevorzugt, da sie
an die Beseitigung von Fehlern, die in praktischen Ausführungen auftreten
können,
angepaßt
werden kann. Derartige Fehler können
zu einem Polarisationsfehler wie etwa einer horizontalen Komponente
von nicht Null, wenn die vertikale Polarisation gewählt ist,
oder umgekehrt, führen.
Ein Verfahren zum Festellen und Korrigieren von Modulationswellenformfehlern
ist in der US-Patentschrift Nr. 5,351,016 mit dem Titel "Adaptive self-correcting
modulation system and method" offenbart.
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Unter
Bezugnahme auf 6 ist eine andere Ausführungsform
des Senders der Erfindung gezeigt. Bei dieser Ausführungsform
stellt der Sender Polarisationsfehler fest und korrigiert er diese
durch Unterdrücken
einer Welle mit unerwünschter
Polarisation. Richtkoppler 72A und 72B nehmen
Abtastungen von jeweiligen Ausgängen
der Verstärker 34A und 34B. Ein
Hybridkoppler 74 bestimmt die Summen und die Differenzen
der Abtastungen. Die Summe wird unter Verwendung eines Gleichrichterdetektors 76 festgestellt,
um ein Signal zu erzeugen, das annähernd proportional zu einer
Polarisationskomponente (z.B. vertikal) ist, während die Differenz unter Verwendung
eines anderen Gleichrichterdetektors 78 festgestellt wird,
um ein Signal zu erzeugen, das annähernd proportional zur anderen
Polarisationskomponente (z.B. horizontal) ist. Die gleichgerichteten
Signale, die, falls nötig,
geglättet
werden können,
werden unter Verwendung eines Doppel-Analog-Digital-Wandlers 80 umgewandelt,
um digitale Signale zu erzeugen, die durch den digitalen Signalprozessor 54 verarbeitet
werden können.
Der DSP 54 verwendet diese zurückgeführten Signale, um die Signale
I1, Q1, I2, Q2 zu regulieren, die zu einem Filter 82 geführt werden, damit
die unerwünschte
Polarisationskomponente ausgelöscht
oder unterdrückt
wird. Das Filter 82 wandelt nach einer bevorzugten Ausführung binäre digitale
Worte, die die Signale I1, Q1, I2, Q2 vom DSP 54 darstellen,
in komplementäre
I- und Q-Ströme
mit hoher Bitrate um, die durch symmetrische Filter gefiltert werden,
um passende Signale für
die Quadraturmodulatoren 52A und 52B (in 4 gezeigt)
des Modulationssignalgenerators 32 zu erzeugen.
-
Aus
der vorhergehenden Beschreibung wird man verstehen, daß der Sender
der vorliegenden Erfindung den Bedarf an einem Polarisationsschalter zum
Umschalten eines einzelnen Leistungsverstärkers von einem Antennenspeisungsanschluß zu einem
anderen mit entgegengesetzter Polarisation beseitigt. Zusätzlich ist
die wirksame Sendeleistung bei der gewählten Polarisation bei Verwendung
der Erfindung gleich der Summe der Leistungen des ersten und des
zweiten Leistungsverstärkers,
so daß jeder verglichen
mit Lösungen
des Stands der Technik die Hälfte
des gewünschten
gesamten Sendeleistungspegels aufweisen kann.
-
Durchschnittsfachleute
werden verstehen, daß die
vorliegende Erfindung in anderen bestimmten Formen verkörpert sein
kann, ohne von ihrem Geist oder wesentlichen Charakter abzuweichen.
Die gegenwärtig
offenbarten Ausführungsformen
werden daher jeder Hinsicht als veranschaulichend und nicht als
beschränkend
betrachtet. Der Umfang der Erfindung ist anstatt durch die vorhergehende
Beschreibung vielmehr durch die beiliegenden Ansprüche angegeben,
und alle Veränderungen,
die in die Bedeutung und den Bereich der Gleichwertigkeit damit
fallen, sollen darin erfaßt
sein.