Die Erfindung betrifft eine Reflektorantenne zum Empfangen und Aussenden von Strahlung, umfassend einen Reflektor zur Fokussierung der Strahlung auf eine

Fokalebene des Reflektors, und ein in der Fokalebene angeordnetes Antennenarray mit einer Mehrzahl von Antennenelementen. Die Erfindung findet Anwendung im Bereich der Nachrichtentechnik, insbesondere zur Kommunikation zwischen mobilen Sende- /Empfangseinheiten über eine Satellitenverbindung; so dass für die Kommunikation keine Bodeninfrastruktur erforderlich ist. Die mobilen SendeVEmpfangseinheiten können dabei in Flugzeugen, Schiffen, Fahrzeugen angeordnet sein.

Es ist bekannt, dass für verschiedene Anwendungen in der Satellitenkommunikation sogenannte„transparent arbeitende Transponder" eingesetzt werden. Transparent arbeitende Transponder empfangen Daten und strahlen sie unmittelbar und

typischerweise in einer anderen Frequenz wieder ab. Sie dienen insbesondere dazu, Daten oder Signale zwischen ortsfesten und/oder mobilen Sende-/Empfangseinheiten über einen Satelliten zu übertragen oder Daten oder Signale, die von einer Bodenstation an den Satelliten übertragen werden, von dort in ein bestimmtes Gebiet auf der Erde abzustrahlen. Der Vorteil solcher Transponder besteht darin, dass keine zusätzliche Bodeninfrastruktur erforderlich ist und die SendeVEmpfangseinheiten miteinander kommunizieren können, auch wenn sie durch terrestrische Hindernisse voneinander getrennt sind.

In solchen transparenten Transpondern werden häufig sogenannte„retrodirektive Antennen" verwendet. Diese besitzen die Eigenschaft, eine aus einer Einfallsrichtung einfallende Strahlung automatisch wieder genau zurück in die Einfallsrichtung (bzw. entgegengesetzt zur Einfallsrichtung) oder in einer relativ zur Einfallsrichtung

vorgegebenen Abstrahlrichtung abzustrahlen. Die Größe des von der Antenne ausgeleuchteten Gebietes wird dabei durch die Direktivität der retodirektiven Antenne bestimmt. Aufgrund ihrer retrodirektiven Eigenschaft können mobile Sende- /Empfangseinheiten unabhängig voneinander automatisch verfolgt werden, ohne dass ihre Richtung in Bezug auf den Satelliten geschätzt werden muss. Bei ausreichender Leistung des Senders und einer entsprechenden Auslegung des Link-Budgets ist zudem keine zusätzliche Energiezufuhr zur Antenne erforderlich.

Bei der einfachsten Ausführung einer rein passiven retrodirektiven Antenne, wie sie bspw. in US 2,908,002 A offenbart ist, werden die als Array angeordneten Elemente jeweils paarweise mit Leitungen gleicher Länge verbunden. Die Wiederabstrahlung erfolgt in diesem Fall ohne Verzögerung, und im Satelliten muss keine zusätzliche Energie aufgewendet werden.

Es gibt auch Varianten retrodirektiver Antennen mit aktiven Elementen, bei denen teilweise eine Signalverarbeitung verwendet wird und die sich somit dem Prinzip der klassischen digitalen Strahlformung annähern. So ist aus der DE 10 2008 057 088 A1 eine Reflektorantenne bekannt, welche eine Datenübertragung über große Distanzen mit einer elektronischen Strahlschwenkung kombiniert. Die hierzu offenbarte

Reflektorantenne umfasst eine Reflektoranordnung zur Fokussierung von

Antennenstrahlung in einer Fokalebene sowie ein in der Fokalebene oder in der

Umgebung der Fokalebene angeordnetes Antennenarray mit einer Mehrzahl von

Antennenelementen. Unter dem Begriff „Umgebung der Fokalebene" wird eine Anordnung des Antennenarrays mit einem Abstand zu der Fokalebene verstanden, der um höchstens 10% von der entsprechenden Brennweite der Fokalebene abweicht. Es sollen hierdurch Toleranzen berücksichtigt werden sowie die Tatsache, dass in gewissen Grenzen auch eine Anordnung des Antennenarrays versetzt zu der Fokalebene eine sinnvolle Speisung der Reflektorantenne ermöglicht. Bei der Anordnung des Antennenarrays in der

Umgebung der Fokalebene wird das Antennenarray vorzugsweise in einer parallel zur Fokalebene verlaufenden Ebene angeordnet. Als Antennenarray wird vorzugsweise ein planares Antennenarray verwendet. Um eine Strahlschwenkung in einem größeren

Winkelbereich zu ermöglichen, umfasst die Reflektorantenne eine Steuereinrichtung mit einem Strahlformungsmittel, wobei durch die Steuereinrichtung Teilarrays umfassend ein oder mehrere Antennenelemente des Antennenarrays zum Empfang und/oder Aussenden von Antennenstrahlung aktivierbar und deaktivierbar sind und wobei im Betrieb der Reflektorantenne für ein jeweiliges aktiviertes Teilarray durch das Strahlformungsmittel eine Strahlungskeule zum Empfang und/oder Aussenden von Antennenstrahlung geformt wird. Der Begriff „Strahlungskeule" bezeichnet dabei den für das Teilarray geformten räumlichen Bereich, in dem Antennenstrahlung durch die Reflektorantenne ausgesendet bzw. empfangen wird. Zu dieser Thematik sei weiterhin auf folgende Artikel verwiesen: · C. Y. Pon:„Retrodirective array using the heterodyne technique" in IEEE Trans.

Antennas Propagat, vol. 12, pp. 176-180, March 1964,

• R. Y. Miyamoto und T. Itoh: "Retrodirective arrays for wireless Communications" in

IEEE Microwave Magazine, vol. 3, no. 1 , pp. 71 -79, March 2002, oder

• C. Loadman, and Z. Chen: "A retrodirective array using direct down-conversion and fixed point DSP for duplex digital Communications" in IEEE Radio and

Wireless Symp. Oig., San Diego, CA, Jan. 2006, pp. 335- 338.

Die Bündelung des Strahls und damit der Gewinn einer Arrayantenne ergeben sich aus der Anzahl der Elemente und ihrem Abstand voneinander. Zur Überbrückung großer Entfernungen wie beispielsweise von einem geostationären Satelliten zur Erde ist daher ein Array aus zahlreichen Antennenelementen erforderlich. Darüber hinaus ist für den Empfang des Signals der relativ niedrige Gewinn des einzelnen Antennenelements in der jeweiligen Einfallsrichtung von Bedeutung. Für einen ausreichenden Signal- Rauschabstand müssen daher auf der Senderseite hohe Sendeleistungen oder hochbündelnde Sendeantennen mit einer entsprechend großen Apertur eingesetzt werden. Beides steht bei mobilen SendeVEmpfangseinheiten in der Regel nicht zur Verfügung.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfache und kostengünstige Lösung für eine Reflektorantenne anzugeben, die eine hohe Flexibilität aufweist, was die Konfiguration der Antenne hinsichtlich der Richtung der von der Reflektorantenne ausgehenden Strahlung angeht. Weiterhin soll es die Reflektorantenne auf einfache Weise ermöglichen, hohe Datenraten von einem mobilen Nutzer (SendeVEmpfangseinheit) auf andere Nutzer zu übertragen.

Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, sowie der Erläuterung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren dargestellt sind. Die Aufgabe ist mit einer Reflektorantenne zum Empfangen und Aussenden von

Strahlung beziehungsweise Signalen gelöst, wobei die Reflektorantenne einen Reflektor zur Fokussierung der Strahlung auf eine Fokalebene des Reflektors, und ein in der Fokalebene angeordnetes Antennenarray mit einer Mehrzahl von Antennenelementen umfasst. Die vorgeschlagene Reflektorantenne zeichnet sich dadurch aus, dass ein Steuermittel vorhanden ist, mittels dem in einem ersten Betriebsmodus alle

Antennenelemente oder zumindest einige der Antennenelemente an ihrem jeweiligen Antennenausgang kurzgeschlossen werden, und mittels dem in einem zweiten

Betriebsmodus alle Antennenelemente oder zumindest einige der Antennenelemente zur Signalleitung paarweise miteinander verbunden werden.

Das Steuermittel weist hierzu vorteilhaft einen entsprechend geeigneten Schalter auf. Das Schalten zwischen den beiden Betriebsmodi ermöglicht eine je nach Anforderung optimale (Re-)Konfiguration der Reflektorantenne. In jedem der beiden Betriebsmodi kann darüber hinaus die Reflektorantenne je nach Anforderungen ebenfalls optimiert eingestellt werden. So können im ersten Betriebsmodus je nach Anforderung diejenigen

Antennenelemente ausgewählt werden, die an ihrem Ausgang kurzgeschlossen werden. Im zweiten Betriebsmodus können je nach Anforderung die Antennenelemente ausgewählt werden, die paarweise miteinander verbunden werden.

Der Reflektor dient der Fokussierung von Antennenstrahlung in der Fokalebene. Das Antennenarray ist in der Fokalebene bzw. in einer Umgebung der Fokalebene

angeordnet. Der Begriff der„Fokalebene" umfasst vorliegend ebenfalls die vorstehend genannte Umgebung der Fokalebene. Unter dem Begriff „Umgebung der Fokalebene"; ist eine Anordnung des Antennenarrays mit einem Abstand zu der Fokalebene zu verstehen, der um höchstens 10% von der entsprechenden Brennweite der Fokalebene abweicht. Es sollen hierdurch Toleranzen berücksichtigt werden sowie die Tatsache, dass in gewissen Grenzen auch eine Anordnung des Antennenarrays versetzt zu der Fokalebene eine sinnvolle Speisung der Reflektorantenne ermöglicht. Bei der Anordnung des

Antennenarrays in der Umgebung der Fokalebene wird das Antennenarray vorzugsweise in einer parallel zur Fokalebene verlaufenden Ebene angeordnet. Als Antennenarray wird vorzugsweise ein planares Antennenarray verwendet. Die einzelnen Antennenelemente sind vorteilhaft derart ausgelegt, dass sie die empfangene Leistung mit möglichst geringen Verlusten bei niedriger Verkopplung wieder vollständig abstrahlen. Dies lässt sich vorliegend insbesondere durch den Kurzschluss am Ausgang der einzelnen Antennenelemente erreichen. Je nach Einfallsrichtung kann die einfallende Strahlung über den Reflektor auf ein bestimmtes Antennenelement fokussiert und wieder in die gleiche Richtung zurück gesendet werden. Der Vorteil gegenüber den bisher eingesetzten retrodirektiven Arrays besteht vor allem darin, dass der hohe Gewinn des Reflektors sowohl beim Empfang als auch beim Wiederabstrahlen der Strahlung wirksam ist. Durch eine vorteilhaft dichte Anordnung der Antennenelemente oder die Bildung von sich überlappenden Untergruppen der Antennenelemente lässt sich eine mobile Sende- /Empfangseinheit nahezu lückenlos verfolgen. Werden die Antennenelemente im zweiten Betriebsmodus paarweise miteinander verbunden, so kann auch in eine andere als die Einfallsrichtung abgestrahlt werden. Über das erfindungsgemäße Steuermittel, bspw. mit einem geeigneten Schalter, der die Elemente wahlweise miteinander verbindet oder an ihrem Ausgang kurzschließt, kann die Antenne rekonfiguriert werden. Damit lässt sich eine große Flexibilität in Bezug auf das von der Reflektorantenne bestrahlbare

Sendegebiet bzw. der Strahlformung der ausgehenden Strahlung erzielen. Gemäß einer Weiterbildung der Reflektorantenne ist das Steuermittel derart eingerichtet und ausgeführt, dass nur solche Antennenelemente paarweise miteinander verbunden werden, die achssymmetrisch zu einer Symmetrieachse des Reflektors angeordnet sind.

Gemäß einer Weiterbildung der Reflektorantenne sind die paarweise miteinander verbundenen Antennenelemente jeweils mit Verbindungselementen identischer Länge verbunden.

Gemäß einer Weiterbildung der Reflektorantenne ist das Steuermittel zur gezielten Auswahl von Antennenelementen, die paarweise verbunden werden, eingerichtet, wobei die Auswahl der paarweise zu verbindenden Antennenelemente abhängig ist von einer vorgegebenen oder ermittelten Relativposition eines oder mehrer Sender zur

Reflektorantenne, deren Strahlung von der Reflektorantenne empfangen wird, und von einem vorgegebenen Empfangsbereich für die von der Reflektorantenne ausgesandte Strahlung. Vorzugsweise greift das Steuermittel hierzu auf eine Datenbank zurück, in der die vorgegebenen oder ermittelten Relativpositionen der Sender sowie der vorgegebene Empfangsbereich bereitgestellt werden.

Gemäß einer Weiterbildung der Reflektorantenne weist der Reflektor eine Cassegrain Speisung auf. Gemäß einer alternativen Weiterbildung weist die Reflektorantenne eine Frontspeisung auf.

Vorteilhaft sind die Antennenelemente derart ausgeführt, dass sie bei einer oder bei mehreren Frequenzen in Resonanz betreibbar sind. Weiterhin vorteilhaft ist die paarweise Verbindung der Antennenelemente jeweils reflexionsfrei ausgeführt.

Die Erfindung betrifft weiterhin einen Satelliten, ein Raumfahrzeug, oder ein Luftfahrzeug mit einer vorstehend beschriebenen Reflektorantenne.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der - gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung - zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Es zeigen:

Fig. 1 a,b einen Querschnitt durch eine schematisierte erfindungsgemäße

Reflektorantenne (Fig. 1 a) und eine Aufsicht auf diese schematisierte erfindungsgemäße Reflektorantenne (Fig. 1 b),

Fig. 2 schematisierte Darstellung zur Veranschaulichung der Funktionsweise einer erfindungsgemäßen Reflektorantenne im ersten Betriebsmodus, Fig. 3 schematisierte Darstellung zur Veranschaulichung der Funktionsweise einer erfindungsgemäßen Reflektorantenne im zweiten Betriebsmodus, und

Fig. 4a,b schematische Darstellung einer Cassegrain- (Fig. 4a) und einer

Offsetspeisung (Fig. 4b) des Reflektors.

Fig. 1a zeigt einen Querschnitt durch eine schematisierte erfindungsgemäße

Reflektorantenne zum Empfangen und Aussenden von Strahlung, umfassend einen Reflektor 101 zur Fokussierung der Strahlung auf eine Fokalebene 105 des Reflektors 101 , und ein in der Fokalebene 105 angeordnetes Antennenarray 103 mit einer Mehrzahl von Antennenelementen 102. Die Fokalebene 105 enthält den Fokuspunkt F.

Erfindungsgemäß umfasst die Reflektorantenne ein Steuermittel 104, welches mit den einzelnen Antennenelementen 102 des Antennenarrays 103 verbunden ist. Die

Anordnung der Steuermittels 104 sowie der Verbindungen zu den einzelnen

Antennenelementen 102 dient lediglich der Erläuterung und entspricht nicht einer realen Anordnung. Das Steuermittel 104 ist derart ausgeführt und eingerichtet, dass in einem ersten Betriebsmodus des Steuermittels 104 alle Antennenelemente 102 an ihrem jeweiligen Antennenausgang kurzgeschlossen werden und in einem zweiten

Betriebsmodus alle Antennenelemente 102 zur Signalleitung paarweise miteinander verbunden sind. Die Betriebsmodi können bedarfsweise umgeschaltet werden. Die

Antennenelemente 102 werden bevorzugt in Resonanz betrieben. Insbesondere durch das Kurzschließen Ausgänge der Antennenelemente 102 kann die empfangene Leistung mit möglichst geringen Verlusten bei niedriger Verkopplung wieder vollständig abgestrahlt werden.

Fig. 1 b zeigt eine Aufsicht auf diese schematisierte erfindungsgemäße Reflektorantenne mit dem aus mehreren Antennenelementen 102 bestehenden Antennenarray 103. Je nach Einfallsrichtung der Strahlung wird die Strahlung über den Reflektor 101 auf ein bestimmtes Antennenelement fokussiert und in einer Ausführungsform wieder in die Einfallsrichtung zurück (d.h. die entgegen gesetzte Richtung zur Einfallsrichtung) gesendet. Der Vorteil gegenüber den bisher eingesetzten retrodirektiven Arrays besteht vor allem darin, dass der hohe Gewinn des Reflektors sowohl beim Empfang als auch beim Wiederabstrahlen der Welle wirksam ist. Durch entsprechend dichte Anordnung der Antennenelemente 102 oder die Bildung von sich überlappenden Untergruppen der Antennenelemente 102 lässt sich ein mobiler Sender nahezu lückenlos verfolgen. Werden die Antennenelemente 102 paarweise miteinander verbunden, so kann auch in eine andere als die Einfallsrichtung abgestrahlt werden. Durch das Steuermittel 104, das die Antennenelemente 102 wahlweise miteinander verbindet oder an ihrem Ausgang kurzschließt, kann die Antenne rekonfiguriert werden. Damit lässt sich eine große

Flexibilität in Bezug auf das Sendegebiet erzielen.

Fig. 2 zeigt eine schematisierte Darstellung zur Veranschaulichung der Funktionsweise einer erfindungsgemäßen Reflektorantenne im ersten Betriebsmodus. Die

Antennenelemente 102a,b seien der Fokalebene 105 des Reflektors 101 angeordnet und jeweils an ihrem Ausgang kurzgeschlossen. Befindet sich ein mobiler Sender im Gebiet 1 , so wird die von ihm ausgehende, auf den Reflektor 101 einfallende Strahlung auf das Antennenelement 102b fokussiert und aufgrund des Kurzschlusses in die Einfallsrichtung wieder abgestrahlt. Der Reflektor 101 leuchtet das Gebiet 1 aus. Bewegt sich der Sender in das Gebiet 2, so gilt das gleiche für das Antennenelement 102a und das Gebiet 2. Zwischenpositionen des Senders lassen sich durch Hinzufügen weiterer

Antennenelemente 102 in geeignetem Abstand zueinander in dem Antennenarray auffüllen.

Fig. 3 zeigt eine schematisierte Darstellung zur Veranschaulichung der Funktionsweise einer erfindungsgemäßen Reflektorantenne im zweiten Betriebsmodus. Vorliegend sind die beiden dargestellten Antennenelemente 102 reflexionsfrei miteinander verbunden. Die einfallende Strahlung wird nun vom jeweils anderen Element Antennenelement 102 wieder abgestrahlt, so dass sich die ausgeleuchteten Gebiete vertauschen, d.h. ist ein Sender im Gebiet 1 so wird die bei der Antenne einfallende Strahlung in Richtung Gebiet 2 abgestrahlt. Aus der Position des Senders und dem Abstand der Antennenelemente 102 ergibt sich die Lage des (Empfangs-) Gebietes 2.

Zur Reduzierung der Abschattung ist auch eine Konfiguration nach Cassegrain (Fig. 4a) oder eine Kombination mit einem Offset-Reflektor (Fig. 4b) möglich.

Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und erläutert wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele

eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Es ist daher klar, dass eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten existiert. Es ist ebenfalls klar, dass beispielhaft genannte Ausführungsformen wirklich nur Beispiele darstellen, die nicht in irgendeiner Weise als Begrenzung etwa des Schutzbereichs, der Anwendungsmöglichkeiten oder der

Konfiguration der Erfindung aufzufassen sind. Vielmehr versetzen die vorhergehende Beschreibung und die Figurenbeschreibung den Fachmann in die Lage, die beispielhaften Ausführungsformen konkret umzusetzen, wobei der Fachmann in Kenntnis des offenbarten Erfindungsgedankens vielfältige Änderungen beispielsweise hinsichtlich der Funktion oder der Anordnung einzelner, in einer beispielhaften Ausführungsform genannter Elemente vornehmen kann, ohne den Schutzbereich zu verlassen, der durch die Ansprüche und deren rechtliche Entsprechungen, wie etwa weitergehenden

Erläuterung in der Beschreibung, definiert wird. Bezugszeichenliste

101 Reflektor 102 Antennenelement 103 Antennenarray 104 Steuermittel 105 Fokusebene F Fokuspunkt