Stabile Daten- und Sprachverbindungen für Einsatzfahrzeuge und mobile Plattformen.

Projektidee & Ausgangslage

Das Ziel des Projekts war die Entwicklung eines universellen landmobilen Terminals für die mobile Breitbandkommunikation über Ka-Band-Satelliten. Im Fokus stand eine VSAT-Antennenlösung, die speziell für den Einsatz auf Fahrzeugen („On The Move“) konzipiert wurde. Die Anlage sollte kompakt, robust und leistungsfähig sein, um stabile Daten- und Sprachverbindungen auch während der Fahrt zu ermöglichen. Besonderes Augenmerk lag auf einem niedrigen Schwerpunkt, einer kompakten Bauweise und der Fähigkeit, hohe Beschleunigungen und Vibrationen im mobilen Einsatz zu bewältigen. Das planare Design sollte ein flaches Antennenprofil bei gleichzeitig hohem Gewinn ermöglichen und sowohl geostationäre als auch zukünftige LEO- und MEO-Satellitenkonstellationen unterstützen.

Entwicklungsschritte

• Antennenkonzept & Fertigung: Entwicklung einer modularen Planarantennenapertur aus 15 Tx- und 8 Rx-Modulen (Abmessungen: 110 x 30 cm), gefertigt im Spritzgussverfahren und galvanisch metallisiert. Die aktive Ausführung der Rx-Apertur ermöglicht elektronisches Beamforming und Strahlschwenkung durch einstellbare Phasenverschiebung.
• Mechanik & Integration: Optimierung der mechanischen Konstruktion für minimale Bauhöhe und Gewicht, inklusive vibrationsoptimierter Unterbaugruppen und spezieller Aufhängungspunkte. Entwicklung eines robusten Elevations- und Azimutantriebs mit Planetengetriebe, Zahnriemenantrieb und Schrittmotoren.
• Elektronik & Steuerung: Integration von Empfangs- und Sendeelektronik (BUC, LNB), Entwicklung eines Hohlleiter-Combiners und Hybrid-Kopplers zur Realisierung zirkularer Polarisation. Implementierung eines 3D-Inertialsensor-Moduls mit erweitertem Kalman-Filter für präzise Nachführung und Zielwinkelberechnung direkt im Sensor.
• Systemtests & Optimierung: Durchführung von Vibrations-, Schock- und Umgebungstests (bis 55°C), Integration eines Belüftungssystems und Erweiterung der Elektronik um Diagnose- und Überwachungsschnittstellen. Softwareentwicklung für automatisierte Temperaturkalibrierung und Anpassung der Steuerungsalgorithmen an das mobile Einsatzprofil.

Ergebnisse & Demonstratoren

Im Projekt entstand ein voll funktionsfähiger Demonstrator, der stabile Breitbandkommunikation über Ka-Band-Satelliten im mobilen Einsatz ermöglicht. Die kompakte Bauweise, das flache Antennenprofil und die robuste Mechanik wurden in Labor- und Feldtests erfolgreich validiert. Die Anlage unterstützt elektronische und mechanische Nachführung, zirkulare Polarisation sowie automatisierte Diagnosefunktionen. Die wichtigsten technischen Eckdaten:

• Frequenzbereich: Rx 19,2–20,2 GHz, Tx 29,0–30,0 GHz (Ka-Band)
• Apertur: Planar, modular, 110 x 30 cm, aus 15 Tx- und 8 Rx-Modulen
• Antennengewinn: ausreichend für GEO-, LEO- und MEO-Kommunikation
• Nachführung: Elektronisch (Beamforming, Polarisation) und mechanisch (Azimut/Elevation)
• Mechanik: Vibrations- und schockoptimiert, niedriger Schwerpunkt, kompakte Bauweise
• Elektronik: Integriertes 3D-Sensormodul, Over-the-Air-Updates, umfangreiche Diagnosefunktionen

Die Feld- und Labortests bestätigten die Zuverlässigkeit und Leistungsfähigkeit des Systems unter realen Einsatzbedingungen.

Technologische Basis

Das Landmobil Terminal basiert auf einer modularen, planaren Antennenapertur aus metallisierten Kunststoffsegmenten, die im Spritzgussverfahren gefertigt werden. Die aktive Rx-Apertur ermöglicht elektronisches Beamforming, während die Tx-Apertur über einen Hybrid-Koppler gespeist wird. Die Nachführung erfolgt sowohl elektronisch (Strahlschwenkung, Polarisation) als auch mechanisch (Azimut/Elevation). Ein 3D-Inertialsensor-Modul mit erweitertem Kalman-Filter übernimmt die präzise Positionsbestimmung und Zielwinkelberechnung.

Die Steuerungselektronik ist für hohe Belastungen und Umgebungseinflüsse ausgelegt und unterstützt Over-the-Air-Updates sowie umfangreiche Diagnose- und Überwachungsfunktionen. Das System ist für flexible Integration in verschiedene Fahrzeugtypen und mobile Plattformen konzipiert.

Ein speziell entwickeltes Radom aus glasfaserverstärktem Kunststoff schützt die Antennenapertur und Elektronik zuverlässig vor Witterungseinflüssen und mechanischer Belastung und trägt zur robusten Ausführung des Gesamtsystems bei.

Kooperation

Die Landmobile Antenne wurde zusammen mit dem IMST und mit Unterstützung des DLR entwickelt. EPAK verantwortete die Systemintegration, die Entwicklung der Steuerungselektronik und die Gesamtarchitektur, während das IMST die Entwicklung der Beamforming-Treiber und der Phasensteuerung übernahm.