E5.6 Antennenrotoren
Niveau: Anwenden (K2)
Zeitbedarf: ca. 30 Minuten
Einstiegsfrage:
Ein LEO-Satellit überquert den Himmel in 10 bis 15 Minuten. Wie oft muss eine Richtantenne in dieser Zeit nachgeführt werden?
Was ein Rotor tut
Ein Rotor dreht eine Richtantenne in die Richtung des Satelliten. Für Satelliten braucht es zwei Achsen: Azimut (Himmelsrichtung) und Elevation (Höhe über dem Horizont).
Gesteuert wird der Rotor meist vom Computer. Das Programm berechnet die Bahn des Satelliten und gibt die Richtung laufend an den Rotor weiter (Bahnberechnung siehe Kapitel E2).
Hebelkräfte und Stützlager
Die Antennen sitzen auf einem Querträger, oft ein gutes Stück vom Rotor entfernt. Ihr Gewicht und der Wind wirken über diesen Hebelarm auf das Getriebe des Rotors.
Das Getriebe ist zum Drehen gebaut, nicht zum Tragen grosser seitlicher Kräfte. Neben einer stabilen Mechanik hilft ein Stützlager über dem Rotor: Es führt die Kräfte in den Mast ab.
Eigene Prinzipskizze: Gewicht und Wind wirken über den Hebelarm auf den Rotor. Ein Stützlager über dem Rotor entlastet das Getriebe von seitlichen Kräften.
Gelegenheitsbetrieb oder 24-h-Monitoring?
Überlege vor dem Kauf, wie du die Station nutzen willst.
- Gelegenheitsbetrieb: Du verfolgst ab und zu einen Überflug. Der Rotor arbeitet wenige Minuten am Tag.
- 24-h-Monitoring: Die Station empfängt automatisch jeden Überflug, zum Beispiel für Telemetrie. Der Rotor läuft viele Male am Tag, bei jedem Wetter.
Je mehr Betriebsstunden, desto robuster sollten Rotor, Lager und Kabelführung sein (E5.3).
Öffnungswinkel: wie oft der Rotor anfährt
Der Öffnungswinkel der Antenne bestimmt, wie genau sie zeigen muss (E5.1). Eine breite Keule verzeiht Abweichungen, eine schmale nicht.
Ein Rotor fährt daher nicht stetig mit, sondern in Schritten: Er fährt an, wenn der Satellit aus der Keule zu wandern droht, und bremst wieder. Je schmaler die Keule, desto öfter geschieht das.
Die Modellrechnung zeigt: Bei einem Überkopf-Überflug fährt der Rotor mit 60° Öffnungswinkel etwa 6-mal an, mit 15° schon etwa 24-mal.
Wie oft muss der Rotor bei einem Überflug anfahren? (Modellrechnung)
| Höchste Elevation des Überflugs | Weg der Antenne am Himmel | Öffnungswinkel 15° | Öffnungswinkel 30° | Öffnungswinkel 60° | Öffnungswinkel 90° |
|---|---|---|---|---|---|
| 90° (über Kopf) | 180° | 24 | 12 | 6 | 4 |
| 60° | 174° | 24 | 12 | 6 | 4 |
| 30° | 148° | 20 | 10 | 5 | 4 |
| 10° | 99° | 14 | 7 | 4 | 3 |
Mit Python berechnet: LEO in 800 km Höhe, Kreisbahn ohne Erdrotation. Der Rotor fährt an, sobald der Satellit mehr als den halben Öffnungswinkel von der Antennenrichtung abweicht, und richtet die Antenne dann neu aus (Zählung inklusive Startpositionierung). Reale Steuerprogramme arbeiten anders; die Grössenordnung bleibt.
Hinweis: Bei einem Überflug genau durch den Zenit muss der Azimut in kurzer Zeit um bis zu 180° drehen. Hier verliert jede Azimut-Elevations-Anlage kurz den Satelliten. Eine Antenne mit breiter Keule überbrückt diesen Moment leichter.
Kontrollfrage: Du ersetzt eine Kreuzyagi mit 60° Öffnungswinkel durch eine längere mit 30°. Was ändert sich für den Rotor bei einem Überkopf-Überflug?
Lösung anzeigen
Der Rotor muss etwa doppelt so oft anfahren und bremsen: im Modell 12-mal statt 6-mal. Die längere Antenne ist zudem schwerer und hat mehr Windfläche, also grössere Hebelkräfte. Für 24-h-Betrieb lohnt sich dann ein robusterer Rotor mit Stützlager.
Merksatz:
Hebelkräfte gehören ins Stützlager, nicht ins Rotorgetriebe. Je schmaler die Antennenkeule und je länger der Betrieb, desto mehr muss der Rotor leisten.