Landmobil Terminal

Universelle landmobile Antenne für die mobile Breitbandkommunikation über Ka-Satelliten

Landmobil Terminal

Projektbeschreibung

Ziel des Projekts ist die Entwicklung eines universellen landmobilen Terminals für die mobile Breitbandkommunikation über Ka-Satelliten.
VSAT Antennenentwicklung für das kommerzielle Ka-Band (Rx: 19,2 GHz bis 20,2 GHz; Tx: 29,0 GHz bis 30,0 GHz). Die Anlage basiert auf einer Apertur bestehend aus modular zusammengesetzten metallisierten Kunststoffsegmenten.

Im Spritzgussverfahren gefertigt und anschließend galvanisch metallisiert, wird die Apertur aus einem Array von Hornantennen mit überlappenden Einzelaperturen gebildet. Das planare Design ermöglicht ein flaches Antennenprofil und bietet gleichzeitig ausreichend Gewinn zur Unterstützung sowohl kommerzieller geostationärer Kommunikationsservices als auch für solche, die mit den kommenden LEO und MEO Konstellationen aufgebaut werden. Die aktive Ausführung der Empfangs-Apertur ermöglicht den Ausgleich der Verluste des Speisenetzwerkes und durch geeignete Phasenansteuerung ein elektronisches Beamforming.

Die Nachführung wird sowohl elektronisch als auch mechanische realisiert.

Ein möglichst flexibler Einsatz wurde durch die integrierte elektronische Polarisationsumschaltung für Sende- und Empfangsbetrieb ermöglicht.

Das Landmobil Terminal ist für “On The Move” Anwendungen entwickelt worden und speziell für ein landmobiles Fahrprofil optimiert. Ein niedrig liegender Schwerpunkt und die kompakte Bauweise ermöglichen hohe Beschleunigungen.

LandMobil Terminal | Planarantennenapertur

Grafik

  • Spezifizierung der Aperturfläche unter Maßgabe der Minimierung der Gesamthöhe der Anlage
  • Formfaktor bestimmt Antennengewinn und Antennenrichtdiagramm maßgeblich
  • Festlegung auf 15 Tx-Module und 8 Rx-Module, resultiert in den Abmaßen 110cm x 30cm
  • Spezifizierung der elektrischen und mechanischen Schnittstellen
  • Koordinierung des Apertur-Zulieferers (technisch, kommerziell und logistisch)
  • Entwicklung, Fertigung, Montage und Vermessung der Apertur-Module

LandMobil Terminal | EBF Implementierung

Platine

  • Aktive Ausführung der Rx-Apertur zur Realisierung des elektronischen Beamformings
  • Strahlschwenkung durch einstellbare Phasenverschiebung der 8 Rx-Sub-Module
  • Implementierung der EBF-Funktionalität in die Antennenapertur und Absprache bezüglich mechanischer und elektrischer Schnittstellen
  • Entwicklung der High-Level Treiber zur Strahlschwenkung um wenige Zehntel Grad durch den Unterauftragnehmer IMST
  • Untersuchung der Auswirkungen auf das Antennenrichtdiagramm in co- sowie crosspolarer Ebene und Optimierung insofern nötig

Landmobil Terminal | Mechanisches Design

    • Implementierung der Planarapertur an optimalen Aufhängepunkten für minimale Radomgröße
    • Entfernung der Roll-Achse zur Reduktion von Aufbauhöhe und Gewicht

Grafische 3D-Darstellung der Flachantenne

  • Einbeziehung aus Vibrationstests abgeleiteter Ergebnisse (z.B. Verwendung geschlossener Profile; Vorzug geschraubter gegenüber genieteter Verbindungen)
  • Entwicklung eines Verkabelungskonzepts für die überarbeitete Prototypen-Mechanik
  • Erzeugung der Einzelteil-Herstellungsdaten aus der überarbeiteten 3D-Konstruktion
  • Auswahl geeigneter Hersteller sowie Datenaustausch und Angebotskoordinierung
  • Aufbau von Unterbaugruppen aus zugelieferten Teilen sowie deren Verifikation
  • Finale Endmontage und Tests

Grafische 3d-Darstellung des Antriebssystems

Antrieb

Elevation-Baugruppe:

  • Antrieb über halbkreisförmige Rollen-bahn
  • Antriebsbögen an Rückseite der Apertur
  • 2-stufiger Zahnriemenantrieb
  • Beidseitiger Antrieb über zentrale, starre Antriebswelle

Azimut-Baugruppe:

  • Planetengetriebe und Transmissionsriemen mit großem Zahnrad und flacher Lagerung mit großer Hohlwelle
  • Schrittmotor
  • 2-Kanal Drehkupplung in U-Konfiguration
  • Schleifringe

Landmobil Terminal | Radom

Grafik und Grafische 3D-Darstellung des Radoms

  • Hauptaufgabe: Schutz der Antennenanlage vor Umwelteinflüssen
  • Kompromiss aus mechanischer Stabilität, elektromagnetischer Verluste und Produktionskosten
  • Auswahl der grundsätzlichen Materialkomposition und Vermessung ausgewählter Schichtaufbauten
  • Festlegung des Radomaufbaus nach mechanischer und messtechnischer Beurteilung der in Frage kommenden Kandidaten
  • Anpassung der Radom-Konstruktion an das finale mechanische Design und an das gewählte Herstellungsverfahren
  • Erzeugung von CAD-Daten für den Werkzeugbau
  • Koordinierung Werkzeugbau und Musterherstellung
  • Messtechnische Evaluierung des Prototypen-Radoms

Landmobil Terminal | Systemsteuerung

Steuerung

  • Austausch der Kombination aus Satelliten-Tuner und DVB-S2 Demodulator durch integrierten Satelliten-Tuner mit DVB-S2X Demodulator
  • Integration eines zweiten Signalverarbeitungspfades bestehend aus Basisbandkonverter, analoger Filterstufe, High-Speed ADC und FPGA zur Implementierung eines reinen Power-Level basierten Trackings
  • 10 MHz Durchgang im Rx-Signalpfad
  • Last- und Temperaturtests mit Umgebungstemperaturen bis 55 °C
  • Bei Vibrations- und Schocktests keine Ausfälle bei der getesteten Elektronik festgestellt
  • Integration eines Belüftungssystems im Inneren der Elektronik
  • Erweiterung der Elektronik um eine RS485 Schnittstelle zur Ansteuerung des aktiven Teils der Planar-Apertur

Landmobil Terminal | StromversorgungStromversorgung

  • 19“ 1 HE Formfaktor für die Inneneinheiten
  • Weiterentwicklung der Leistungselektronik zur Erzeugung der Spannungen von BUC und ODU
  • Durchgeführte Vibrations- und Schocktests zeigten keine Ausfälle oder Störungen der Leistungselektronik
  • Erweiterung der Anzeigeoptionen in Webinterface und Display um Diagnose-Werte aus Umweltsensorik und Überwachung der Stromversorgung
  • Auswahl eines 19 Zoll 1HE Rack Wechselrichters mit 12 V / 24 V Eingang und 220 V / 50 Hz True Sinus Ausgang zur Versorgung von Modem, ACU und ODU
  • Funktionstest des Wechselrichters in Verbindung mit Online-USV und weiteren Verbrauchern im Labor und im KFZ
  • Umwelttests mit allen Komponenten

LandMobil Terminal | PolarizerPolarizer

  • Anschluss von BUC und LNB an Planarapertur
  • Entwurf eines Hohlleiter-Combiners um die Ausgangssignale der aktiven Rx-Elektronik an das LNB zu übertragen
  • Realisierung der zirkularen Polarisation im Empfangspfad mittels programmierbarer Phasenverschiebung der beiden orthogonalen Hohlleiterspeisungen
  • Entwicklung eines Hybrid-Kopplers zur Speisung der Tx-Apertur und Erzeugung der zirkularen Polarisation
  • Optimierung des Hybrid-Kopplers zum Ausgleich vorhandener Differenzen der Phasenlaufzeiten der Hohlleiter-Netzwerke
  • Konstruktion des Halterungskonzeptes in Abstimmung mit dem Apertur-Lieferanten
  • Test des Speisenetzwerkes der Rx-Apertur
  • Implementierung der High-Level Funktionen zur Polarisationsauswahl im Rx-Pfad

LandMobil Terminal | Hochgeschwindigkeits-3D-Sensor-Modul

Grafiken

  • Bestätigung der Spezifikation und Dimensionierung der Hardware des Intertial-Sensor-Moduls
  • Überarbeitung des Nachführ-Algorithmus
  • Entwurf eines erweiterten KALMAN-Filters und Implementierung in das Sensor-Modul
  • Um Systemsteuerung zu entlasten, erfolgt die Berechnung der Zielwinkel direkt im Sensor-Modul
  • Integration eines Second Stage Bootloaders und Unterstützung verschlüsselter Over-The-Air Updates
  • Software Entwicklung zur Durchführung vollautomatisierter Temperaturkalibrierungen
  • Anpassung der Zielwinkelberechnungen auf die geänderte Achsenanordnung des Positionierers
  • Verifikation der optimierten Baugruppe auf dem Bewegungssimulator und einem KFZ

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