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Diese
Anmeldung ist verbunden mit dem europäischen Patent
EP 1 014 483 B1 , das den
Titel „A Rotatable
Scannable Reconfigurable Shaped Reflector With a Movable Feed System" trägt.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Weltraum- und Kommunikationssatelliten
und insbesondere eine rekonfigurierbare Nutzlast für einen
Satelliten, so dass sie viele Nutzlasten simulieren könnte, um Sicherungsdienste
für viele
verschiedene Satelliten vorzusehen oder um als flexibler, selbstständiger Satellit
verwendet zu werden.
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Betreiber
von Satelittenflotten hängen
von einem kontinuierlichen Dienst eines Satelliten ab, um einen
kontinuierlichen Dienst für
Satellitenbenutzer aufrechtzuerhalten. Für den Fall eines Satellitenausfalls
bzw. einer Satellitenstörung
ist ein Sicherungsdienst erforderlich, um für die Benutzer eine länger andauernde
Unannehmlichkeit zu vermeiden oder um dem Risiko aus dem Weg zu
gehen, Benutzer an einen Wettbewerber zu verlieren, bevor ein Sicherungssatellit
bestellt, gebaut und gestartet werden kann.
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Bei
vielen Anwendungen ist ein Frequenzplan und eine Überdeckung
eines Satelliten einzigartig. In einigen Fällen hat der Satellitenkäufer vorab keine
Kenntnis über
seine Kunden. Deshalb ermöglicht
ein rekonfigurierbarer Satellit eine Flexibilität innerhalb einer Umlaufbahn.
Falls sich eine Kundenbasis ändert,
während
der Satellit sich in einer Umlaufbahn befindet, kann er rekonfiguriert
werden, um einen Dienst vorzusehen. In der Situation eines Bereitstellens
von Sicherungsdiensten würde
ein einziger Ersatzsatellit für
jeden Satelliten in einer Satellitenflotte erforderlich sein.
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Ein
Sicherungssatellit mit der Fähigkeit,
rekonfiguriert zu werden, würde
die teure Option eines einzigen Ersatzes umgehen. Ein Satellit mit
einer Kommunikationsnutzlast, die im Weltraum derart rekonfiguriert
werden kann, dass sie verschiedene Nutzlasten mit verschiedenen
Frequenzplänen
und Antennenüberdeckungen
simuliert, würde
es einem einzigen Satelliten ermöglichen,
Sicherungsdienste für
viele verschiedene Satelliten bereitzustellen. Zusätzlich würde es eine
rekonfigurierbare Nutzlast einem Satellitenflottenbetreiber ermöglichen,
relativ schnell einen Austauschsatelliten für den Fall eines Satellitenversagens
bereitzustellen.
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Ein
Satellit mit einer Kommunikationsnutzlast, die im Weltraum derart
rekonfiguriert werden kann, dass sie verschiedene Nutzlasten mit
verschiedenen Frequenzplänen
und Antennenüberdeckungen
simuliert, würde
es einem einzigen Satelliten ermöglichen,
vielen verschiedenen Kunden über
die Lebenszeit des Satelliten Dienste bereitzustellen. Eine rekonfigurierbare
Last würde
es einem Satellitenflottenbetreiber ermöglichen, flexibel zu sein, während sich
ein Satellit in einer Umlaufbahn befindet. Dies ermöglicht es
dem Betreiber, sich einen rekonfigurierbaren Satelliten zu beschaffen
und zu bauen, obwohl er Satelliten an verschiedene Kunden vertreibt.
Das Ergebnis ist ein Satellit, der schneller für den Weltraum fertig ist und
eher zum Bereitstellen von Diensten fertig ist.
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Die
EP 0 845 833 mit dem Titel „On-orbit
reconfigurability of a shaped reflector with feed/reflector defocussing
and reflector gimballing" offenbart
ein System und ein Verfahren zum Ändern der Strahlungscharakteristik
einer Antennenanordnung eines Satelliten in einer Umlaufbahn. Die
Antennenanordnung umfasst eine Reflektorantenne, die durch eine Einspeiseanordnung
gespeist wird. Die Reflektorantenne überträgt und empfängt Signale innerhalb einer
Strahlungscharakteristik. Die Reflektorantenne und die Einspeiseanordnung
sind derart an einem Gleitmechanismus beweglich befestigt, dass
sie in Bezug aufeinander verschoben werden können. Die Verschiebung bewirkt
eine Defokussierung, da die Reflektorantenne aus dem Brennpunkt
verschoben wird. Die Defokussierung bewirkt, dass die Strahlungscharakteristik
kompakter und breiter wird. Somit könnte die Strahlungscharakteristik
des mit einer einzigen Reflektorantenne und einem einzigen Einspeiselement
versehenen Satelliten geändert
werden, während
bzw. obwohl sich der Satellit in einer Umlaufbahn befindet.
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Die
EP 0 854 590 mit dem Titel „Analog
processor for digital satellites" offenbart
einen Analogprozessor zur Verwendung bei digitalen Satelliten. Dieser
analoge Vorprozessor umfasst einen digitalen regenerativen Wiederholer,
einschließlich
zumindest einer Antenne mit einer Vielzahl von Empfangselementen,
einen Strahlformer zum Modifizieren der Eigenschaften der Sig nale
der Empfangselemente auf eine beliebige Weise, Empfänger und
eine Abwärtswandlungsstufe,
die mit einer NxM-Schaltmatrix kompatibel ist. In der NxM-Schaltmatrix
kann jeder Eingang an irgendeinen von M Ausgängen geleitet werden. Die Schaltmatrix
ist konfiguriert, und kann rekonfiguriert werden, um die eingehenden
Strahlen in Abhängigkeit
von der Anzahl von Trägern
(d.h. der Bandbreite) des eingehenden Aufwärtssignals, das zu verarbeiten
ist, an die erforderliche Anzahl von Subband-Verarbeitungsketten zu leiten.
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Jede
Subband-Verarbeitungskette besteht aus einem Abwärtswandler oder einer Mischeinrichtung,
einem variablen lokalen Oszillator (VLO) und einem Bandpassfilter
(BPF). Die Mischeinrichtung nimmt einen der Aufwärtsstrahlen des NxM-Schalters
und ein auswählbares
Frequenzumsetzungssignal eines variablen, lokalen Oszillators als
Eingänge. Das
Frequenzumsetzungssignal des VLO wird vorzugsweise mittels des analogen
Vorprozessors erzeugt, könnte
jedoch auch von einer externen Quelle stammen, oder könnte aus
einem Satz fester, lokaler Oszillatoren ausgewählt sein, die dem analogen
Vorprozessor entweder intern oder extern zugeführt werden.
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Die
Subband-Verarbeitungsketten extrahieren oder teilen einen Teil des
eingehenden RF-Aufwärtsspektrums.
Um dieses funktionelle Ergebnis zu erhalten, muss das Frequenzumsetzungssignal über die
Bandbreite der eingehenden RF-Signale des VLO auswählbar oder
programmierbar sein. Die Frequenz des VLO wird ausgewählt, um
die gewünschten
Träger
(Subband) in das Durchlassband der nachfolgenden Bandpassfilter
zu bringen.
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine Kommunikationsnutzlast dar, die
im Weltraum derart rekonfiguriert werden kann, dass sie viele Nutzlasten mit
verschiedenen Frequenzplänen
und Antennenüberdeckungen
simuliert. Die Kombination eines flexiblen Antennensystems mit einem
agilen Wiederholer, der verschiedene Aufwärts- und Abwärtsfrequenzpläne handhaben
kann, ermöglicht
eine rekonfigurierbare Nutzlast.
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Drei
Technologien werden kombiniert, um eine rekonfigurierbare Nutzlast
für einen
Satelliten zu bilden; ein flexibles Überdeckungsmuster, eine variable
Abwärtswandlertechnologie
und ausreichend über
die Abwärtsbandbreite
gefilterte Signale. Von jeder dieser drei Technologien gibt es mehrere
Abwandlungen, wobei jede mit der anderen kombinierbar ist.
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Ein
flexibles Überdeckungsmuster
kann mittels jeder der folgenden Verfahren bereitgestellt werden:
eine Doppelspiegelantennen-Konfiguration, die lenkbar, drehbar und/oder
defokussierbar als selbständige
Antenne oder als Teil einer Antennenfarm verwendet wird, eine einzelne
Reflektorantennenkonfiguration, die lenkbar, drehbar und/oder defokussierbar
als selbständige
Antenne oder in einer Antennenfarm verwendet wird, oder eine rekonfigurierbare, phasengesteuerte
Antennenanordnung, die entweder direkt strahlt oder reflektiert,
und zwar entweder ein duales oder ein einzelnes Antennensystem.
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Die
variable Abwärtswandlertechnologie kann
durch jegliche Mittel vorgesehen werden. Es ist möglich, Abwärtswandler
zu verwenden, die entweder lokale oder externe Oszillatoren aufweisen.
Die Frequenz wird entweder durch einen Frequenzsynthesizer oder
durch Schalten zwischen mehreren festen Oszillatoren verschiedener
Frequenzen erzeugt. Eine weitere Frequenzauswahlalternative stellen Gruppen
schaltbarer Abwärtswandler
dar, die feste Oszillatoren verwenden.
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Über der
Abwärtsbandbreite
können
Kanäle ausreichend
unter Verwendung einer ausreichenden Anzahl von Eingangsmultiplex(IMUX-)Filtern
gefiltert werden, um jeden Kanal des potentiellen Empfangsspektrums
zu kanalisieren. Zusätzlich
wird auch eine ausreichende Anzahl von Ausgangsmultiplex-(OMUX-)Filtern
verwendet, um jeden Kanal des potentiellen Übertragungsspektrums zu kanalisieren. Eine
ausreichende Anzahl von Schaltern wird verwendet, um mit einem Verfahren
eines Leitens von Kanälen
zwischen IMUX-Filtern, OMUX-Filtern, Schaltern und Hochleistungsverstärkern auf
IMUX- und OMUX-Filter zuzugreifen.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Sicherungsvermögen von
Satellitensystemen zu verbessern.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Satellitennutzlast
zu schaffen, die rekonfiguriert werden kann, um die Nutzlast von
vielen verschiedenen Satelliten zu simulieren, wodurch Sicherungsfähigkeiten
verbessert werden, ohne die aus Kostengründen untersagte Option individueller Sicherungssatelliten.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine flexible
Antennenkonfiguration, einen wählbaren
Aufwärts- und Abwärtsfrequenzplan
und ein kanalisiertes Filtersystem zu schaffen, um rekonfigurierbare
Nutzlastfähigkeiten
für einen
Satelliten zur Verfügung
zu haben.
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Weitere
Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden klar werden,
wenn sie im Lichte der detaillierten Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsform
in Verbindung mit den beigefügten
Zeichnungen und angehängten
Ansprüchen betrachtet
werden.
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1A stellt
ein Beispiel eines Überdeckungsmusters
für vier
Ku-Band-Antennen auf einem rekonfigurierbaren Satelliten der vorliegenden
Erfindung dar;
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1B stellt
ein Beispiel eines anderen Überdeckungsmusters
für vier
Ku-Band-Antennen auf dem rekonfigurierbaren Satelliten der vorliegenden
Erfindung dar;
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1C stellt
ein Beispiel eines anderen Überdeckungsmusters
für vier
Ku-Band-Antennen auf dem rekonfigurierbaren Satelliten der vorliegenden
Erfindung dar;
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2 stellt
ein Blockdiagramm einer einzelnen Wandlermischeinrichtung mit einem
festen Oszillator dar;
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3 stellt
ein Blockdiagramm von Mehrfachabwärtswandlern für auswählbare Abwärtswandelungsfrequenzen
dar;
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4 stellt
ein Blockdiagramm für
eine auswählbare
Abwärtswandlungsfrequenz
unter Verwendung von mehrerer, geschalteter Oszillatoren dar;
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5 stellt
ein Blockdiagramm von mehreren festen Oszillatoren in einer Doppelwandlungskonfiguration
dar;
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6 stellt
ein Blockdiagramm von Mehrfachoszillatoren dar, um variable Aufwärts- und
Abwärtswandlungsfrequenzen
mit einer gemeinsamen IF zu handhaben;
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7 stellt
ein Blockdiagramm einer Doppelwandlungs-Synthesizertopologie mit einer gemeinsamen
IF dar; und
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8 stellt
ein Blockdiagramm einer rekonfigurierbaren Nutzlast dar.
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Drei
separate Technologien werden in einem Raumflugkörper verwendet, um es einer
Kommunikationsnutzlast eines Satelliten zu ermöglichen, im Weltraum derart
rekonfiguriert zu werden, dass sie viele Nutzlasten mit verschiedenen
Frequenzplänen und
Antennenüberdeckungen
simulieren kann, um Sicherungsdienste für ausgefallene Satelliten vorzusehen.
Eine flexible Antennenüberdeckung,
eine variable Abwärtswandlertechnologie
und Kanäle,
die ausreichend über
die Abwärtsbandbreite
gefiltert sind, sind gemeinsam in Kombination notwendig, um eine
Rekonfiguration des Satelliten im Weltraum zu erreichen.
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Ein
typischer, nicht-rekonfigurierbarer Raumflugkörper weist eine „geformte" („shaped") Antennenüberdeckung
auf. Um am Boden das stärkste empfangene
Signal zu erzeugen, überträgt ein geformtes Überdeckungsmuster
die maximale Menge der zur Verfügung
stehenden Energie an das gewünschte Überdeckungsgebiet
und die minimale Energiemenge an unerwünschte Gebiete. Beispielsweise
könnte
ein englischsprachiges Direkt-nach-Hause-Satellitensystem ("direct-to-home satellite system") an die Vereinigten
Staaten und Kanada senden, während
es nicht an angrenzende Meeresregionen und Mexiko überträgt.
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Die
Form des gewünschten Überdeckungsmusters
variiert von Satellit zu Satellit. Ein Strahl, der die Vereinigten
Staaten überdeckt,
weicht signifikant von einem Strahl ab, der Japan oder Europa überdeckt.
Selbst zwei Satelliten, die die gleichen Gebiete überdecken,
könnten
verschieden geformte Strahlen erfordern, falls sie sich an zwei
verschiedenen orbitalen Orten befinden.
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Damit
ein rekonfigurierbarer Satellit flexibel sein kann und eine Vielfalt
von Satelliten simulieren kann, muss der Satellit seine Überdeckungsmuster im
Orbit ändern
können.
Bei einer rekonfigurierbaren Raumflugkörperkonstruktion ist eine Breitband-flexible
Antennenüberdeckung
erforderlich. Die Breitbandnatur der Antenne ist erforderlich, so
dass die gleichen Antennen jede der gewünschten Aufwärts- und
Abwärtsfrequenzen
empfangen oder übertragen könnten. Bis
zu dem Grad, bei dem die Antennen nicht ausreichend breitbandig
sind, werden zusätzliche
Antennen erforderlich sein, (d.h. separate Übertragungs- und Empfangsantennen).
Jedoch sind mit zusätzlichen
Antennen eine signifikante Gewichtserhöhung und, deshalb, Kosten verbunden.
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Es
gibt verschiedene, käuflich
erhältliche Technologien,
um dieses Ziel zu erreichen. Zum Beispiel können ausrichtbare, drehbare
und defokussierbare Antennen, die an der Nadir-, oder zur Erde gerichteten,
Seite des Raumflugkörpers
befestigt sind, gedreht, ausgerichtet und defokussiert werden, um
eine Überdeckung
für jedes
gewünschte
Gebiet vorzusehen.
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1A bis 1C stellen
Beispiele von drei solchen Überdeckungsmustern
für vier
Ku-Band-Antennen dar. Es gilt festzustellen, dass, während eine Ku-Band-Antennenüberdeckung
gezeigt ist, diese lediglich zum Zwecke eines Beispiels dient und
die vorliegende Erfindung genauso gut bei einem C-Band- und einem
Ka-Band-Betrieb angewendet werden kann. 1A stellt
die Region des atlantische Ozeans (AOR) einschließlich der
Vereinigten Staaten, Mexiko, nördliches
Südamerika,
südliches
Südamerika
und Europa dar. 1B stellt die Region des indischen
Ozeans (IOR) einschließlich
Europa und dem Mittleren Osten, Indien, Asien und Südafrika
dar. 1C stellt die Region des pazifischen Ozeans (POR)
einschließlich
Nordostasien, Südostasien, Australien
und den Vereinigten Staaten dar. Dies sind Beispiele der verschieden
geformten Antennenmuster in einer Satellitenflotte.
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Andere
Technologien könnten
verwendet werden, um die gleiche Wirkung zu erzielen. Zum Beispiel
sind rekonfigurierbare phasengesteuerte Antennenanordnungen oder
lenkbare Punktstrahler oder eine Kombination allgemein bekannte
Antennentechnologien, die ihre Überdeckungsmuster im
Orbit ändern
können.
Bei der bevorzugten Ausführungsform
gibt es sechs (6) Antennen in dem System. Zwei arbeiten mit dem
C-Band und vier arbeiten mit dem Ku-Band. Alle Antennen sind Gregorianische
Doppelspiegelantennen mit einem drehbaren Hauptreflektor. Die vier
Ku-Band-Antennen
verwenden ebenfalls eine Einspeisungsdefokussierung, die eine Strahlformänderung
im Orbit vereinfacht. Es ist die Funktion des Antennensystems, Strahlen
zu erzeugen, die die vielen verschiedenen Gebiete überdecken,
die von existierenden Satelliten in einer Satellitenflotte überdeckt
werden, wie z.B. die drei ozeanischen Regionen, die in 1A bis 1C gezeigt
sind.
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Eine
rekonfigurierbare Nutzlast könnte
durch Kombinieren eines flexiblen Antennenüberdeckungs-Technologietyps
mit variablen Aufwärts-
und Abwärtsfrequenztechnologien
und ausreichenden Filtertechnologien realisiert werden.
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Eine
variable Abwärtswandlertechnologie macht
den nächsten
Teil der vorliegenden Erfindung aus. Die Frequenz, bei der ein Signal
an einen Satelliten übertragen
wird, ist die sog. Aufwärtsfrequenz. Die
Frequenz, bei der das Signal zurück
nach unten zum Boden gesendet wird, wird als Abwärtsfrequenz bezeichnet. Die
Aufwärtsfrequenz
und die Abwärtsfrequenz
müssen
verschieden voneinander sein, um eine Interferenz miteinander zu
verhindern. Der Vorgang einer Signaländerung von der Aufwärtsfrequenz
zu der entsprechenden Abwärtsfrequenz
ist als Abwärtswandlung
bekannt. Dies ist so, da die Aufwärtsfrequenz im Allgemeinen
höher als
die Abwärtsfrequenz
ist. Und aus offensichtlichen Gründen wird
in Fällen,
bei denen die Aufwärtsfrequenz
niedriger als die Abwärtsfrequenz
ist, der Vorgang Aufwärtswandlung
genannt.
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Aufwärtswandler
und Abwärtswandler
verwenden eine analoge Technologie, die als Mischeinrichtung bekannt
ist. Eine Mischeinrichtung nimmt die Eingabe zweier Spannungssignale
und gibt ihr Produkt aus. Um ein Signal abwärts (oder aufwärts) zu wandeln,
wird die Mischeinrichtung durch das Aufwärtssignal und einen Oszillator
gespeist, der bei einer Frequenz betrieblich ist, die gleich der
Differenz zwischen der Aufwärtsfrequenz
und der Abwärtsfrequenz
ist. Die Mischeinrichtung gibt das Produkt der Frequenzen aus, das
gleich zu der gewünschten
Abwärtsfrequenz
ist.
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Ein
Beispiel einer einzelnen Wandlungsmischeinrichtung mit einem festen
Oszillator ist in 2 gezeigt. Das Aufwärtssignal
weist eine Frequenz f1 auf. Das Abwärtssignal weist eine Frequenz f2
auf. Ein Oszillator ist bei einer Frequenz betrieblich, die, wenn
sie mit dem Aufwärtssignal
gemischt wird, ein Abwärtssignal
f2 erzeugt. Satelliten verwenden einen breiten Bereich von Oszillatorfrequenzen, um
eine Aufwärtswandlung
und eine Abwärtswandlung
durchzuführen.
Deshalb muss ein Satellit, der versucht, den Betrieb von existierenden
oder zukünftigen
Satelliten zu simulieren, in der Lage sein, die Frequenzen der Oszillatoren
zu simulieren, die sich an Bord irgendeines Satelliten von vielen
Satelliten befinden.
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Auf
einem Satelliten befindet sich üblicherweise
die Vorrichtung, die die Mischeinrichtung beinhaltet, innerhalb
eines Behälters,
der entweder als Abwärtswandler
oder, falls sich auch ein rauscharmer Verstärker innerhalb des Behälters befindet,
als Empfänger
bekannt ist. In beiden Fällen
könnte
sich der Oszillator entweder innerhalb oder außerhalb des Behälters befinden.
Wenn sich der Oszillator innerhalb des Behälters befindet, wird er als
lokaler Oszillator bezeichnet. Lokale Oszillatoren werden üblicherweise
erzeugt, indem Kristalle verwendet werden, die bei präzisen vorbestimmten
Frequenzen betrieblich sind.
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Verschiedene
Technologien sind erhältlich, die
eine Vielzahl von Frequenzen erzeugen. Ein Weg ist, zwischen einer
Vielzahl von Aufwärts-
und Abwärtswandlern
zu schalten, und zwar jeder mit seinem eigenen lokalen Oszillator,
oder einen Aufwärts- (oder
Abwärts-)Wandler
zu verwenden, der durch eine Vielfalt von schaltbaren Oszillatoren
gespeist wird, von denen jeder bei einer anderen Frequenz betrieblich
ist. Ein Beispiel dieser Anordnung ist in 3 gezeigt.
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In 3 ist
ein Aufwärtssignal
mit einer Frequenz f1 gezeigt, ein Schalter S1, der zwischen einer ersten
Mischeinrichtung M1 und einer zweiten Mischeinrichtung M2 wählt. Ein
zweiter Schalter S2 wählt zwischen
den Mischeinrichtungen M1 und M2 und gibt die gewünschte Abwärtsfrequenz
aus. Jede der Mischeinrichtungen M1 und M2 ist mit einem unabhängigen Oszillator 10 und 12 verbunden,
die feste Frequenzen aufweisen. Der erste Oszillator 10 ist
mit der Mischeinrichtung M1 verbunden und ist bei einer Frequenz
von f2-f1 betrieblich. Der zweite Oszillator 12 ist mit
der zweiten Mischeinrichtung M2 verbunden und ist bei einer Frequenz
f3-f1 betrieblich.
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Abhängig davon,
welcher Schaltweg gewählt ist,
kann die Abwärtsfrequenz
entweder als f2 oder f3 gewählt
werden. Wenn der Schalter S1 gewählt
ist, ist die Ausgabe der Mischeinrichtung die Abwärtsfrequenz
f2, und wenn der Schalter S2 gewählt
ist, ist die Ausgabe der Mischeinrichtung die Abwärtsfrequenz
f3. Offensichtlich hängt
die Komplexität
des Schaltsystems von der Anzahl der Schalter, Mischeinrichtungen
und Oszillatoren ab und kann ggf. modifiziert werden.
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Ein
alternatives Verfahren ist, einen Abwärtswandler (oder Aufwärtswandler)
zu verwenden, der durch eine Vielfalt von schaltbaren Oszillatoren
gespeist wird, wobei jeder bei einer anderen Frequenz betrieblich
ist. Ein Beispiel dieser Anordnung ist in 4 gezeigt.
Das Aufwärtssignal
ist bei einer Frequenz f1 betrieblich und wird in eine Mischeinrichtung M1
eingespeist, die das Abwärtssignal
erzeugt. Ein Schalter S1 ermög licht
es, aus vielen Oszillatoren gewünschte
Frequenzen auszuwählen.
In dem Beispiel der 4 sind zwei unabhängige Oszillatoren 12 und 14 gezeigt,
wobei jeder bei einer anderen Frequenz betrieblich ist. Der Oszillator 12 ist
bei einer Frequenz f2-f1 betrieblich, und der Oszillator 14 ist
bei einer Frequenz f3-f1 betrieblich. Deshalb wird abhängig davon,
welcher Oszillator durch den Schalter S1 gewählt ist und mit einer Aufwärtsfrequenz
f1 in der Mischeinrichtung M1 gemischt wird, die Abwärtsfrequenz
f2 oder f3 sein. Es ist verständlich,
dass eine beliebige Anzahl von Oszillatoren eingesetzt werden könnte.
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Bei
der in 4 gezeigten Konfiguration können die unerwünschten
Inbandsignale die Qualität
des Kommunikationssignals degradieren. Ein unerwünschtes Signal, das auch als
Spitze („spur") bezeichnet wird,
ist ein unerwünschter
Ton, der durch die nicht-linearen Eigenschaften erzeugt wird, die Mischeinrichtungen
inherent sind. Die Härte
einer Spitze ist eine Funktion des Signals und der lokalen Oszillatorfrequenzen.
Es gibt ein alternatives Verfahren, um abwärts zu wandeln, ohne die Nachteile
von Spitzen. Eine Doppelwandlungskonstruktion eliminiert Spitzen,
indem das Signal zuerst zu einer Zwischenfrequenz (IF) abwärtsgewandelt
wird und anschließend
eine zweite Wandlung zu der gewünschten
Abwärtsfrequenz
durchgeführt
wird.
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Die
Ausgabe der Mischeinrichtung stellt ein Produkt von Frequenzen dar,
das auch ein Produkt von Oberwellen solcher Frequenzen umfasst.
Diese Oberwellen, oder Spitzen, könnten frequenzmäßig nahe
dem gewünschten
Signal sein, was es schwierig macht, die unerwünschten Frequenzen herauszufiltern.
Ein vorsichtiges Auswählen
einer Zwischenfrequenz wird eine Interferenz von potentiellen Oberwellen
der Summen und Differenzen der empfangenen und lokalen Oszillatorsignale
verhindern, die dem gewünschten
Abwärtssignal
nahe sind.
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5 stellt
ein Blockdiagramm eines Abwärtswandlers
mit mehreren festen Oszillatoren in einer Doppelwandlungskonfiguration
dar, um verschiedene Abwärtsfrequenzen
von demselben Abwärtswandler
ohne potentielle Spitzen zu wählen,
indem eine Zwischenfrequenz (IF) verwendet wird. Die Anordnung ist ähnlich zu
der, die in 4 gezeigt ist. Jedoch gibt es
zusätzlich
eine Mischeinrichtung M2 und einen Oszillator 16, der bei
einer Frequenz arbeitet, die, wenn sie mit der Aufwärtsfrequenz
f1 gemischt wird, eine vorbestimmte Zwischenfrequenz (IF) ausgeben
wird. Die Zwischenfrequenz (IF) wird mit dem Signal entweder des
Oszillators 12 mit einer Frequenz von f2-IF oder des Oszillators 14 mit
einer Frequenz von f3-If gemischt, um entweder die Abwärtsfrequenz
f2 oder f3 auszugeben.
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Bei
einigen Anwendungen ist es notwendig, verschiedene Aufwärts- und
Abwärtsfrequenzen
mit dem gleichen Abwärtswandler
zu handhaben. Die Doppelwandlungsanordnung könnte derart modifiziert werden,
dass die Oszillatoren, die mit dem Aufwärtssignal mischen, ebenfalls
variieren können. 6 stellt
ein Beispiel von mehreren Oszillatoren dar, um variable Aufwärts- und Abwärtswandlungsfrequenzen
mit einer gemeinsamen Zwischenfrequenz zu handhaben. Das Aufwärtssignal
weist eine variable Frequenz f1 oder f2 auf. Das Aufwärtssignal wird
mittels einer Mischeinrichtung M1 mit einer Zwischenfrequenz (IF)
gemischt, die von einen von zwei Oszillatoren 18 oder 20 und
von einem Schalter S1, um zwischen den Oszillatoren 18 und 20 zu
wählen, eingespeist
wird. Das Aufwärtssignal
wird anschließend
zu der Zwischenfrequenz (IF) gewandelt. Eine weitere Mischeinrichtung M2
mischt die Zwischenfrequenz (IF) mit einem Signal aus einer Vielzahl
von Oszillatoren 22 und 24, die mittels eines
Schalters S2 wählbar
sind. Hei dem in 6 gezeigten Beispiel sind die
Oszillatoren 22 und 24 bei Frequenzen f3-IF bzw.
f4-IF betrieblich. Das Ergebnis ist ein variables Abwärtssignal,
das in dem gezeigten Beispiel entweder f3 oder f4 ist. Während lediglich
vier Oszillatoren in dem vorliegenden Beispiel gezeigt sind, versteht sich,
dass jegliche Anzahl von Oszillatoren möglich ist, was in einer beliebigen
Anzahl von möglichen Ausgangsfrequenzen
resultiert.
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Mehrere
Oszillatoren sind ein Weg, um mehrere Abwärtswandlungsfrequenzen zu erzeugen. Eine
Alternative zu mehreren Oszillatoren ist die Verwendung von Synthesizern.
Synthesizer erzeugen eine beliebige Frequenz innerhalb eines spezifizierten
Frequenzbereichs und eine fixierte Schrittgröße. Deshalb kann ein Signalsynthesizer
einen einzelnen oder mehrere Oszillatoren ersetzen. 7 stellt
ein Blockdiagramm dieser Anordnung dar.
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Das
System weist ein Aufwärtssignal
mit einer Frequenz u1, u2, u3, etc. auf. Ein Synthesizer 26 erzeugt
ein Signal u1-IF, u2-IF, u3-IF, etc. und wird mit dem Aufwärtssignal
mittels einer Mischeinrichtung M1 gemischt. Das Aufwärtssignal
wird nun zu der Zwischenfrequenz IF gewandelt. Die Zwischenfrequenz
IF wird in einer Mischeinrichtung M2 mit einem Signal von einem
anderen Synthesizer 28 gemischt, der ein Signal d1-IF,
d2-IF, d3-IF, etc. erzeugen kann. Die Ausgabe der Mischeinrichtung
M2 ist das Abwärtssignal
d1, d2, d3, etc. Bei den 4 bis 7 wurde
zu Veranschaulichungszwecken angenommen, dass die Zwischenfrequenz
niedriger als die Empfangsfrequenz ist. Praktisch könnte die
Zwischenfrequenz (IF) höher
oder niedriger als die Empfangsfrequenz sein, solange die resultierende
Zwischenfrequenz (IF) einen spitzenfreien Bereich ausgibt, um zu
der endgültig
erwünschten
Ausgangsfrequenz umzusetzen. Jeder Ansatz könnte verwendet werden.
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Der
letzte Teil der vorliegenden Erfindung ist in geeigneten Filtertechnologien
zu sehen. Um eine Operation in einem breiten Teil des einem Raumflugkörper zugewiesenen Übertragungsspektrums
zu ermöglichen,
sind für
jeden möglichen
Sendekanal Eingangs- und Ausgangskanalfilter erforderlich. Es ist auch
möglich,
Filter zu wählen,
die die gesamte Bandbreite zusammenhängend abdecken. Dies ermöglicht das
Szenario mit der größten Effizienz. 8 stellt
ein Blockdiagramm eines Wiederholers für einen rekonfigurierbaren
Satelliten der vorliegenden Erfindung dar und kann verwendet werden,
um die Filtertechnologie zu erläutern.
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Die
Eingangskanalfilter 40, oder IMUX, trennen das Breitbandaufwärtssignal
in mehrere Kanäle. Die
Signale sind niederenergetisch, und Verluste stellen das Hauptinteresse
bei Pegeln niedriger Energie dar. Deshalb können diese Filter einfach ausgewählt werden.
Im Betrieb durchlaufen die Signale jeden Kanal, wobei ein Durchlaufbereich
des Filters das geeignete Signal auswählt und weiterleitet. Alle anderen
Signale werden zurück
in einen Zirkulator reflektiert und zu dem nächsten Kanalfilter geleitet.
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Die
Ausgangskanalfilter 48, oder OMUX, kombinieren verstärkte Signale
und leiten das Signal an die Antenne. Die Ausgangskanalfilter sind
hochenergetisch. Die Kanalanzahl sollte aus praktischen Gründen auf
ungefähr
(20) angrenzende Kanäle begrenzt
sein. Theoretisch gibt es keine Grenze für die Anzahl angrenzender OMUX-Filter,
aber aus praktischen Konstruktionsüberlegungen sollte die Anzahl begrenzt
werden, bis der aktuelle Stand der Technik weit genug fortgeschritten
ist, um mehrere Kanäle kosteneffektiv
zu gestalten. OMUX-Filter arbeiten mit Signalen, die Pegel sehr
hoher Energie aufweisen. Eine hohe Energie resultiert in der Erzeugung
von Wärme
und die Wärme
muss abgeführt
werden. Außerdem
bedeutet ein Arbeiten bei hohen Energien, dass Verluste kritischer
werden.
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Bei
der bevorzugten Ausführungsform
ist es notwendig, um mehrere Kanäle
unter Verwendung einer existierenden Technologie und gleichzeitiger Vermeidung
exzessiver Wärme
und Verluste während
einem Aufrechterhalten von realistischen Kosten, kontinuierliche
Mehrkanal-OMUX-Filter mit gediplexten Gruppen kontinuierlicher OMUX-Filter
zu kombinieren. Für
minimale Einfügungsdämpfungen müssen Lücken in
dem gediplexten Frequenzbereich vorhanden sein. Es ist auch möglich, abstimmbare Filter
oder Hoch-/Tiefpassfilter als Alternative zu Diplexern einzuschließen. In
der Zukunft könnte
es eine Technologie geben, die angrenzende Filter mit mehr Kanälen ermöglicht,
was die vorliegende Erfindung vereinfachen wird.
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Es
könnte
nicht immer wünschenswert
sein, dass die Satelliten nahezu mit der vollen Anzahl möglicher
Kanäle
bei einer gegebenen Konfiguration arbeiten. In solchen Fällen wird
es mehr Filter als aktive Kanäle
geben. Eine reduzierte Anzahl von aktiven Kanälen ermöglicht es, weniger Hochleistungsverstärker in
der Nutzlast zu implementieren. Ein Schaltsystem 42 und 46,
das es ermöglicht,
verschiedene Filtern abhängig
von der gewünschten
Satellitenkonfiguration mit verschiedenen Verstärkern zu verschalten und von
diesen zu trennen, ist eingebaut. Hochleistungs-Mikrowellenschalter
ermöglichen
es, den gleichen Hochleistungsverstärker mit mehreren Filtern zu
verwenden. Das Leiten von Schaltern hin zu Verstärkern und Filtern wird entweder
mit Koaxialkabeln oder einem Wellenleiter erzielt.
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Bezug
nehmend auf 8 ist ein Blockdiagramm einer
Ausführungsform
eines Wiederholers für
den rekonfigurierbaren Satelliten der vorliegenden Erfindung im
Detail gezeigt. Das Beispieldiagramm in 8 kann jeden
von sechs Satelliten in einer Satellitenflotte simulieren. Es ist
festzustellen, dass während
dieses Beispiel eine Sicherung eines von sechs Satelliten zeigt,
die vorliegende Erfindung angewendet werden kann, um jede Anzahl
von Satelliten zu simulieren, oder als selbständiger Satellit mit einer Flexibilität im Orbit
verwendet werden kann.
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Abschnitt
I der 8 bildet die Wiederholerrauschzahl, wandelt Signale
aus dem Empfangsband zu dem Übertragungsband
und ermöglicht
einen wesentlichen Teil der Wiederholerverstärkung. Bei dem vorliegendem
Beispiel akzeptiert der Abschnitt 2 Eingangssignale bei
acht Antennenports 30. Die Signale werden durch den rauscharmen
Verstärker 32 zu
einem Netzwerk 34 geleitet, dass die empfangenen Strahlen
in beliebiger Kombination für
die oben erläuterte
flexible Antennenüberdeckung
kombiniert. Abwärtswandler 36 handhaben
verschiedene Frequenzen und können
jede Wandlung von sechs Wandlungen durchführen, die von einer Satellitenflotte
aus sechs Satelliten benötigt
wird, und ermöglichen
die oben erläuterte
variable Abwärtswandlung.
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Ein
Abschnitt II akzeptiert die Signalsätze des Abschnitts I und teilt
sie in kanalisierte Teile unter Verwendung von Eingangsmultiplexfiltern.
Dies wird mittels eines Satzes von Schaltern 38 getan,
die die verschiedenen Abschnitt-I-Ausgänge
an die geeigneten Eingangsfilter 40 leiten. Nach einem
Filtern werden die kanalisierten Signale, die bis zu sechsunddreißig (36)
Kanäle
betragen können,
durch einen Wanderwellen(„traveling
wave tube", TWT-)Eingangsredundanzring
geleitet. Jeder Kasten repräsentiert
sechs (6) Eingangsfilter 40 in dem Blockdiagramm. Insgesamt
werden sechsundneunzig (96) Eingangsfilter verwendet, um die benötigte Frequenzplanflexibilität bereitzustellen.
Die kanalisierten Ausgangssignale werden durch einen weiteren Satz von
Schaltern 42 an einen Abschnitt III geleitet.
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Abschnitt
III ermöglicht
die kanalisierte Verstärkungssteuerung,
eine TWT-Linearisierung und eine Verstärkung bis zu den TWT-Ausgangspegeln von
140 Watt. Ein Entzerrungsnetzwerk (nicht gezeigt) könnte ebenfalls
von jeder TWT umfasst sein, um ihre Frequenzantwort über die Übertragungsbandbreite
zu entzerren. Dies erlaubt eine Breitbandlinearisierung der TWTs.
Jeder Kasten in dem Abschnitt III repräsentiert einen Satz von sechs
aktiven TWTs mit Linearisiereinrichtungen oder Hochleistungsverstärkern 44,
die auch als OMUX-Filter bekannt sind.
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Ein
Abschnitt IV akzeptiert die verstärkten Ausgangssignale der TWTs
und leitet sie durch den Ausgangsteil des Redundanzrings an die
Ausgangsmultiplexer-Abschnittsschalter 46. Diese Schalter 46 werden
verwendet, um den Wiederholer zu konfigurieren, jeden der sechs
Satelliten in der Flotte zu emulieren. Die Schalter greifen auf
bis zu vier Multiplexer für
jede Polarisierung zu. Jeder Ausgangsmultiplexer repräsentiert
sechs (6) Ausgangsfilter 48. Insgesamt werden einhundertsechsundfünfzig (156) Ausgangsfilter 48 in
den Ausgangsmultiplexern verwendet, um die Vielseitigkeit in dem
Frequenzspektrum zu erzielen. Die Ausgänge des Abschnitts IV sind mit Übertragungsantennen 50 verbunden.
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Die
Kombination des flexiblen Antennensystems, des variablen Abwärtswandlungssystems
und einer Wahlfiltertechnologie ermöglicht es einem einzelnen Satelliten,
konfiguriert zu werden, um irgendeinen anderen Satelliten in einer
Satellitenflotte zu simulieren. Dies ermöglicht es einem einzelnen Satelliten,
eine Sicherung für
irgendeinen Satelliten vorzusehen, der in einer Flotte versagen
könnte.
Der rekonfigurierbare Satellit der vorliegenden Erfindung ermöglicht eine
Sicherungsüberdeckung,
ohne dass ein Dienst unterbrochen werden muss und Benutzer dazu
gezwungen sind, alternative Satellitenbetreiber zu benutzen, um
ihren Dienst fortzusetzen. Die Sicherungsüberdeckung, die mittels des
rekonfigurierbaren Satelliten der vorliegenden Erfindung vorgesehen
wird, wird mit einer minimalen Unterbrechung des Diensts und ohne
den unpraktischen Aufwand erreicht, einen einzigartigen Ersatzsatelliten
für jeden Satelliten
einer Flotte zu haben.
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Während besonderer
Ausführungsformen der
Erfindung gezeigt und beschrieben wurden, werden einem Fachmann
zahlreiche Abwandlungen und alternative Ausführungsformen auffallen. Dementsprechend
ist es beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich im Sinne der angehängte Ansprüche begrenzt ist.