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Forschungsprojekt QuBa

Entwicklung eines inhomogenen frequenzselektiven Subreflektors für das V-, Q-, Ka- und K- Band für Offset Reflektorantennen


Prof. Dr. Georg Strauß
Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik


Ziel des Vorhabens ist die Vergrößerung der Datenraten, die mittels Satelliten übertragen werden können. Die weltweit stetig wachsende Nachfrage nach Satellitenkommunikationsdiensten erfordert eine Erhöhung der bidirektionalen Datenraten. Dies betrifft sowohl den Datenaustausch zwischen den Endanwendern und dem jeweiligen Satelliten als auch den Datenaustausch zwischen dem Satelliten-Gateway und dem terrestrischen Gateway. Für ein gegebenes Frequenzband ist die Anzahl möglicher geostationärer Orbits beschränkt. Um die Datenübertragungsraten von Satellitenkommunikationssystemen zu erhöhen, müssen daher bislang nicht oder wenig verwendete Frequenzbänder genutzt werden.


Ein Nachrichtensatellit verfügt über Sende-Empfangs-Einheiten (Transponder), mit denen in der Regel eine möglichst große Anzahl von Endanwendern erreicht werden soll. Die angebotenen Dienste sind meist Satellitenfernsehen und immer häufiger auch der direkte Zugang zum Internet mittels Satellit (Internet by Satellite). Zusätzlich benötigt ein Nachrichtensatellit den Zugang zum terrestrischen Netzwerk über einen eigenen Kanal. Dies erfolgt über eine eigene Funkschnittstelle, wofür auf dem Satelliten sogenannte Gateways mit hochbündelnden Antennen eingesetzt werden. Der Informationsaustausch über diesen Kanal erfolgt mit extrem hohen Datenraten (High-Throughput). Noch kritischer ist die Situation im Uplink, wo mit einem einzelnen Satelliten natürlich keinerlei Möglichkeit besteht, die Datenströme räumlich zu trennen. Um eine möglichst hohe Datenrate zu gewährleisten, muss die Trennung der Signale im Frequenzbereich erfolgen. Derzeit werden für den Datenaustausch über die Gateways Frequenzen im Ka-Band genutzt. Mittelfristig ist geplant, das gesamte Ka-Band den Endanwendern zur Verfügung zu stellen. Der Datenaustausch über die Gateways soll dann in das Q- oder V-Band migrieren. Da diese Umstellung nicht zu einem bestimmten Zeitpunkt stattfinden wird, sondern sich über einen längeren Zeitraum erstrecken wird, müssen die Gateways der Satelliten sowohl im Ka-Band als auch im Q-Band und im V-Band operabel sein. Die Integration zweier getrennter Gateway Antennen scheidet aus wirtschaftlichen Gründen aus. Die nutzbare Bandbreite einer Reflektorantenne (unter der Voraussetzung einer geeigneten Oberflächenqualität des Reflektors) ist nicht durch den Reflektor, sondern durch das Feed-System beschränkt. Feed-Antennen, die hinreichend gute Leistungsdaten sowohl im Ka-Band als auch im Q/V-Band aufweisen, sind kaum realisierbar. Eine Möglichkeit, die nutzbare Bandbreite dennoch zu erhöhen, ist die Verwendung einer sogenannten frequenzselektiven Platte, die zwischen dem Feed-System und dem Reflektor eingebracht wird und damit als frequenzselektiver Subreflektor agiert.


Der frequenzselektive Subreflektor (FSSR) wirkt darin als Raumfilter, d. h. Signale werden je nach Frequenz reflektiert bzw. transmittiert. Vereinfacht gesprochen wird der Brennpunkt des Reflektors für bestimmte Frequenzen reflektiert. Damit können gleichzeitig Feed-Systeme für das Ku-Band und Feed-Systeme für das Q/V-Band genutzt werden. Dies hat den großen Vorteil, dass kein Feed-System entwickelt werden muss, welches den gesamten Frequenzbereich abdeckt.


Insbesondere können dann bereits bestehende Feed-Systeme unverändert genutzt werden. Ein weiterer Vorteil besteht in den verhältnismäßig geringen Fertigungskosten eines FSSR. Frequenzselektive Subreflektoren haben auch in anderen Bereichen ein großes Verwertungspotenzial. Wenn die Satelliten über jeweils eigenen Ka-/Q-/V-Gateways verfügen, müssen auch die Bodenstationen nachgerüstet werden. Die Nutzung frequenzselektiver Subreflektoren bietet auch hier eine erhebliche Kosteneinsparung gegenüber dem Einsatz kompletter zusätzlicher Antennen. Für User-Terminals ist die Kombination 11/20/30GHz von besonderem Interesse. Es kann dann die gleiche Antenne für Satellitenfernsehempfang und Internetanbindung über Satellit verwendet werden.



Laufzeit:
01.01.2019 - 31.12.2020


Zuwendungsgeber:
Bundesministerium für Wirtschaft und Energie, BMWi


Projektträger:
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt



Ansprechpartner

Prof. Dr. Georg Strauß
Raum: R 5.004

Tel.: 089 1265-3414
Fax: 089 1265-3403

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Andreas Röhrner
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Fax: 089 1265-3403