@phdthesis{Emele2005,
  type      = {Master Thesis},
  author    = {Emele, Lukas},
  title     = {Entwurf der Antennen f{\"u}r das Mars-Raumfahrzeug P5A f{\"u}r das S- und X-Band},
  year      = {2005},
  abstract  = {Im Jahr 2009 startet die AMSAT Deutschland e.V. das Raumfahrzeug "Phase 5-A" zum Mars. Dort wird das "Archimedes"-Ballon-Landesystem der Mars Society abgesetzt, w{\"a}hrend das Raumfahrzeug in einer elliptischen Umlaufbahn um den Mars bleibt und als Relaisstation f{\"u}r die Kommunikation zwischen Landesystem und Bodenstation auf der Erde arbeitet. F{\"u}r diese Raumfahrtmission wurde an der HTWG Konstanz im Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik eine Diplomarbeit {\"u}ber einen Teil der Antennen des Raumfahrzeugs angefertigt. Bodenstation und Raumfahrzeug kommunizieren durch einen Uplink im S-Band (2,45 GHz) und einen Downlink im X-Band (10,45 GHz). Im normalen Betriebsfall werden auf dem Raumfahrzeug Richtantennen eingesetzt. Sowohl f{\"u}r Uplink, als auch f{\"u}r den Downlink wird rechtszirkular polarisierte Strahlung verwendet. In bestimmten Betriebsf{\"a}llen sind die Richtantennen des Raumfahrzeugs nicht zur Erde ausgerichtet. Dies ist der Fall, wenn die Triebwerke in Betrieb sind, oder im extremen Fall, wenn das Lageregelungssystem tempor{\"a}r oder komplett ausf{\"a}llt. F{\"u}r diesen Fall sind m{\"o}glichst isotrop abstrahlende Notfallantennen notwendig, um zumindest eine minimale Kommunikation zur Erde zu gew{\"a}hrleisten. In der Diplomarbeit wurde f{\"u}r die Richtantenne f{\"u}r das X-Band ein Doppelreflektorsystem (Cassegrain-System) gew{\"a}hlt. Im berechneten Design wurde der Durchmesser des Hauptreflektors zu 2000 mm und der Durchmesser des Subreflektors zu 302,3 mm gew{\"a}hlt. Ebenfalls berechnet wurde die zugeh{\"o}rige Kegelhorn-Antenne als Prim{\"a}rstrahler, sowie ein praktikabler Zirkularpolarisator vorgeschlagen. Bei den isotropen Antennen stellt sich das Problem, dass das Raumfahrzeug sehr groß gegen{\"u}ber der Wellenl{\"a}nge ist und dadurch praktisch eine Hemisph{\"a}re abgeschattet wird. Deshalb wurden f{\"u}r die S-Band- und X-Band-Notfallantennen Antennen gesucht, die eine m{\"o}glichst gute hemisph{\"a}rische Abstrahlung haben. Zwei dieser hemisph{\"a}risch abstrahlenden Antennen werden jeweils auf entgegengesetzten Seiten des Raumfahrzeugs montiert und erm{\"o}glichen so eine (nahezu) isotrope Abstrahlung. F{\"u}r die S-Band-Notfallantenne wurden unterschiedliche Antennentypen (Drehkreuzantenne, Eggbeater-Antenne, Lindenblad-Antenne, Quadrifilar-Helix-Antenne und Streifenleitungsantenne) hinsichtlich ihres Abstrahlungsdiagramms und der Eignung f{\"u}r Raumfahrtanwendung miteinander verglichen. Als Ergebnis stellt sich die Streifenleitungsantenne als am besten geeignet heraus, da dieser Antennentyp {\"u}ber viele Freiheitsgrade (z.B. Form, Abmessungen und Materialien) verf{\"u}gt. {\"U}ber die Freiheitsgrade kann das Abstrahlungsdiagramm geformt werden. Auch f{\"u}r die X-Band-Notfallantenne wurde ebenfalls die Streifenleitungsantenne untersucht. Dieser Antennentyp weist allerdings einige gravierende Nachteile im Sendebetrieb auf: Das gravierendste Problem sind die hohen Verluste dieses Antennentyps. Deshalb wurde f{\"u}r die X-Band-Notfallantenne ein offener Hohlleiter mit zus{\"a}tzlichen Reflektionselementen vorgeschlagen. Ein offener Hohlleiter strahlt bereits relativ stark geb{\"u}ndelt ab. Die zus{\"a}tzlichen Reflektionselemente weiten die Abstrahlung aus. So wird eine ann{\"a}hernd hemisph{\"a}rische Abstrahlung m{\"o}glich. Das Raumfahrzeug wird zumindest zeitweilig durch Rotation um die eigene Achse stabilisiert (Spin-Stabilisation). Sind die Antennen außerhalb der Rotationsachse montiert, so tritt ein mit der Rotationsdauer sich periodisch {\"a}ndernder Doppler-Effekt auf. Problematisch wird dies, wenn die Frequenzverschiebung durch den Doppler-Effekt in die Gr{\"o}ßenordnung der Bandbreite des Nutzsignals kommt. Dadurch wird die Dekodierung des Nutzsignals erschwert.},
  language  = {de}
}