Многолучевая комбинированная зеркальная антенна

Авторы патента:

H01Q5/00 - Устройства, обеспечивающие одновременную работу антенн в двух или более различных диапазонах волн (при регулируемой длине элементов H01Q 9/14; комбинированные конструкции из отдельных активных антенных узлов, работающих в различных диапазонах волн и соединенных с общей фидерной системой, H01Q 21/30)

Владельцы патента RU 2627284:

Федеральное государственное унитарное предприятие Ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт радио (ФГУП НИИР) (RU)

Изобретение относится к радиотехнике, к области антенной техники в диапазоне СВЧ-КВЧ, и предназначено для использования в системах радиосвязи, радиопеленга, радионаблюдения и радиомониторинга. Антенна состоит из осесимметричного основного зеркала-рефлектора, имеющего форму параболоида, и вспомогательного зеркала-контррефлектора в виде соосного эллипсоида, вогнутого в сторону рефлектора, и облучателей в плоскости, ортогональной фокальной оси и проходящей через фокус контррефлектора, приближенный к рефлектору. При этом дополнительно установлены один и более облучателей в плоскости, ортогональной фокальной оси, проходящей через фокус контррефлектора, удаленный от рефлектора. Технический результат заключается в повышении эффективности антенны при одновременном приеме двух диапазонов частот. 2 ил.

Изобретение относится к области радиотехники и предназначено для использования в качестве земных антенн спутниковых систем связи с ретрансляторами СВЧ диапазонов на геостационарной орбите для одновременной работы с несколькими искусственными спутниками Земли (ИСЗ).

Из-за особенностей организации связи между континентами ИСЗ на геостационарной орбите расположены с интервалом в несколько градусов в Атлантическом, Тихоокеанском и Индийском районах. Каждый из таких спутников работает в диапазонах частот С, Кu и Ка.

Техническим результатом является создание многолучевой комбинированной зеркальной антенны повышенной эффективности. Антенна состоит из рефлектора в виде параболоида, контррефлектора в виде соосного эллипсоида и облучателей по числу парциальных диаграмм направленности (лучей), при этом установлены один и более облучателей в плоскости, ортогональной фокальной оси, проходящей через фокус контррефлектора, удаленный от рефлектора.

Изобретение предназначено для использования в составе радиотехнических комплексов с использованием спутников связи, расположенных на геостационарной орбите. Может быть использовано для передачи и приема телевидения, радиовещания и радиосвязи в ОВЧ, УВЧ и СВЧ диапазонах.

Известны двухзеркальные осесимметричные антенны с рефлектором в виде параболоида, контррефлектора в виде части соосного эллипсоида, один из фокусов которого совпадает с фокусом параболоида, а во втором размещается облучатель (схема Грегори) [1]. К недостаткам такой антенны является формирование одиночной диаграммы направленности, а при одновременном приеме двух диапазонов частот необходимость применение устройства разделения частот [5], вызывающее дополнительные потери и снижающее эффективность антенны.

Известны [2] многолучевые двухзеркальные тороидально-параболические антенны, состоящие из рефлектора в виде параболического тора, контррефлектора и системы облучателей, расположенных на дуге окружности. Данные антенны позволяют формировать веерную диаграмму направленности (ДН) для одновременной радиосвязи с несколькими ИСЗ на геостационарной орбите (ГСО). К недостаткам такой антенны относится пониженная ее эффективность, вызванная фазовыми искажениями поля в одной из плоскостей раскрыва основного зеркала, близкими к квадратичным, из-за отличия формы рефлектора в этой плоскости от параболической.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности антенны при сохранении веерных диаграмм направленности в двух или более диапазонах частот.

Для этого предлагается многолучевая комбинированная зеркальная антенна, состоящая из осесимметричного основного зеркала (рефлектора), имеющего форму параболоида, и вспомогательного зеркала (контррефлектора) в виде соосного эллипсоида, вогнутого в сторону рефлектора, и облучателей в плоскости, ортогональной фокальной оси и проходящей через фокус контррефлектора, приближенный к рефлектору, отличающаяся тем, что в плоскости, ортогональной фокальной оси, проходящей через фокус контррефлектора, удаленный от рефлектора, размещены дополнительные облучатели.

Дополнительные вторичные облучатели 4, каждый из которых может иметь пару с первичными облучателями 3, направлены на один и тот же многодиапазонный спутник связи, и каждая пара облучателей может принимать на пару 3 и 4 различных диапазонов частот без применения устройства разделения частот [5], применяемого в известных антеннах и создающего дополнительные потери сигнала. Это позволяет увеличить коэффициент усиления и снизить шумовую температуру предлагаемой антенны и повысить ее эффективность.

Изобретение поясняется чертежами, на которых:

- фиг. 1 - многолучевая комбинированная зеркальная антенна, вид сбоку;

- фиг. 2 - многолучевая комбинированная зеркальная антенна, вид со стороны рефлектора;

- рефлектор 1;

- контррефлектор 2;

- первичные облучатели 3;

- дополнительные вторичные облучатели 4;

- линия направления луча парциальной диаграммы направленности 5;

- ломаная линия отрезков ГСО, соединяющих точки стояния ИСЗ 6.

Количество первичных облучателей 3 антенны - не менее одного.

Количество дополнительных вторичных облучателей 4 антенны - не менее одного.

Многолучевая комбинированная зеркальная антенна по схеме Грегори с контррефлектором 2 в виде вырезки из эллипсоида вращения (фиг. 1) содержит первичные облучатели 3 и им подобные в первом фокусе эллипсоида, наиболее близком к вершине рефлектора 1 по числу парциальных диаграмм направленности первого кластера диапазона частот.

Первичные облучатели 3 расположены в точках на ломаной линии отрезков ГСО, соединяющих точки стояния ИСЗ 6, соответствующей ломаной линии, соединяющей точки стояния ИСЗ первого кластера диапазона частот на геостационарной орбите.

Первичные облучатели 3 и ему подобные за счет смещения ортогонального фокальной оси и линейных фазовых распределений поля в раскрыве однозеркальной антенны формируют веер парциальных диаграмм направленности по числу обслуживаемых ИСЗ первого кластера диапазонов.

Сечение рефлектора 1 представляет собой параболоид вращения, а сечение контррефлектора 2 - часть поверхности соосного ему эллипсоида, второй из фокусов которого совпадает с местоположением фокуса параболоида рефлектора 1. В области общего фокуса рефлектора и контррефлектора в плоскости, ортогональной фокальной оси параболоида, в точках для заданного угла отклонения парциальных диаграмм расположены дополнительные вторичные облучатели 4 (фиг. 2) по числу дополнительных парциальных диаграмм направленности (лучей) другого кластера диапазонов частот. Облучатели расположены на ломаной линии отрезков ГСО, соединяющих точки стояния ИСЗ 6, соответствующей ломаной линии обслуживаемых отрезков геостационарной орбиты, соединяющей точки стояния тех же или других ИСЗ второго кластера диапазона частот.

Многолучевая комбинированная зеркальная антенна работает следующим образом.

Дополнительные вторичные облучатели 4 антенны при подключении к высокочастотному генератору электромагнитных колебаний (на чертежах не показан), являются источником электромагнитных волн. Эти волны в виде веера парциальных диаграмм от дополнительных вторичных облучателей 4, расположенных в точках на ломаной линии отрезков ГСО, соединяющих точки стояния ИСЗ 6, соответствующих направлениям парциальных диаграмм на те же ИСЗ, что и от первичных облучателей 3, отражаются от рефлектора 1 и формируют веер парциальных диаграмм направленности антенны, подобный вееру от первичных облучателей 3, второго кластера диапазона частот по числу ИСЗ на геостационарной орбите.

Любой из первичных облучателей 3 и им подобных, расположенные в плоскости ортогональной фокальной оси в фокусе контррефлектора 2, более близком к рефлектору 1 на отрезках линии, аналогичной ломаной линии отрезков ГСО, соединяющих точки стояния ИСЗ 6, будучи подключенным к генератору высокочастотных электромагнитных колебаний (на чертежах не показан), также является источником первичных электромагнитных волн. Эти волны поочередно отражаются сначала от контррефлектора 2, затем от рефлектора 1. В приближении геометрической оптики лучи, исходящие от первичных облучателей 3 после последовательных отражений от контррефлектора 2 и рефлектора 1, в силу их взаимного расположения, а также свойств кривых второго порядка (эллипса и параболы) и смещения облучателей с фокальной оси антенны формируют веер парциальных диаграмм направленности антенны, аналогичный вееру диаграмм от дополнительных вторичных облучателей 4 первого кластера диапазона частот.

Так первичный облучатель из набора 3, расположенный в фокусе параболоида, формирует диаграмму направленности антенны, совпадающую по направлению с осью симметрии антенны. Другие первичные облучатели 3, смещенные с фокальной оси рефлектора в плоскости, ортогональной фокальной оси, формируют свои парциальные диаграммы направленности, отклоненные от направления фокальной оси тем более, чем более они удалены от первичного облучателя 3 от этой оси. Смещение облучателей с фокальной оси в ортогональной плоскости приводит в определенных пределах к линейным фазовым распределениям поля в раскрыве зеркальной антенны и отклонению ее диаграммы направленности от оси симметрии. Отклонение ДН соответствует угловому смещению линии, соединяющей вершину параболоида с точкой размещения облучателя. Так для первичных облучателей 3 смещение относительно фокальной оси вверх и вправо приведет к смещению парциальной ДН антенны вниз и влево относительно этой оси. Смещение облучателей определяется угловым смещением точки размещения обслуживаемого ИСЗ на ГСО относительно точки размещения виртуального ИСЗ на ГСО в направлении оси парциальной ДН, формируемой облучателем, расположенным в фокусе параболоида.

Дополнительные вторичные облучатели 4 приводят к некоторому затенению контррефлектора, однако поскольку диаметр контррефлектора превышает 10 длин рабочей волны электромагнитного излучения, затенение при этом 13% несущественно.

Обычно для одновременной работы в двух или нескольких диапазонах частот в известных антеннах используют общий облучатель с устройством разделения диапазонов, вносящим дополнительные высокочастотные потери и снижающим коэффициент усиления и шумовую температуру антенны [5].

В предлагаемой антенне разделение диапазонов частот осуществляется методом пространственного разделения путем размещения облучателей в области двух фокусов контррефлектора. Кроме того, в плоскости веерных диаграмм сечение зеркал антенны представляет известную классическую двухзеркальную схему Грегори, а смещение облучателей в плоскости, ортогональной фокальной оси параболы, для обслуживания небольшого сектора углов геостационарной орбиты и отсутствие необходимости применения устройства разделения частот позволяет реализовать высокий коэффициент усиления при малой шумовой температуре. Этим достигается повышение эффективности антенны.

ЛИТЕРАТУРА

1. Сомов А.М. Распространение радиоволн и антенны спутниковых систем связи: Учебное пособие для вузов. - М.: Горячая линия-Телеком, 2015. - 456 с.: ил.

2. Сомов А.М. Метод фрагментации для расчета шумовой температуры антенн. - М., Горячая линия - Телеком, 2009 г., с. 168-170.

3. Айзенберг Г.З., Ямпольский В.Г., Терешин О.Н. Антенны УКВ. / Под ред. Г.З. Айзенберга: В 2-х ч. Ч. 2. - М.: Связь, 1977. - 288 с.: ил..

4. Фролов О.П., Вальд В.П. Зеркальные антенны для земных станций спутниковой связи. - М.: Горячая линия-Телеком, 2008. - 496 с.

5. Каскад приемного устройства с разделением ортогональных поляризаций двух диапазонов частот. Патент РФ №2149484, 2000, авторы Сомов А.М., Тихонюк А.И.

Многолучевая комбинированная зеркальная антенна, состоящая из осесимметричного основного зеркала-рефлектора, имеющего форму параболоида, и вспомогательного зеркала-контррефлектора в виде соосного эллипсоида, вогнутого в сторону рефлектора, и облучателей в плоскости, ортогональной фокальной оси и проходящей через фокус контррефлектора, приближенный к рефлектору, отличающаяся тем, что дополнительно установлены один и более облучателей в плоскости, ортогональной фокальной оси, проходящей через фокус контррефлектора, удаленный от рефлектора.

Похожие патенты:

Резонансная антенна // 2620195

Изобретение относится к антенной технике, может быть использовано в качестве самостоятельной приемной, передающей или приемопередающей глобальной навигационной спутниковой системы (ГНСС) антенны или элемента фазированной антенной решетки и позволяет улучшить стабильность положения фазового центра и уменьшить габариты антенны.

Совмещенная антенна // 2617282

Изобретение относится к антеннам. Совмещенная антенна включает: антенну глобальной навигационной спутниковой системы (ГНСС) с фазовым центром антенны ГНСС; и лучеобразующую антенну с фазовым центром лучеобразующей антенны.

Многофункциональная цепь с многовитковой катушкой, и способ, и устройство для управления многофункциональной цепью с многовитковой катушкой // 2604655

Изобретение относится к многофункциональной цепи с многовитковой катушкой, способу управления такой цепью в мобильном устройстве. Техническим результатом является повышение стабильности работы антенны коммуникации ближнего поля (NFC).

Антенна с многоканальным входом и многоканальным выходом и электронное оборудование // 2601171

Изобретение относится к антенной технике, в частности к антеннам с многоканальным входом и многоканальным выходом. Технический результат - повышение эффективности излучения антенны MIMO с одновременным уменьшением мариалоемкости при ее изготовлении.

Многолучевая двухзеркальная антенна со смещенной фокальной осью // 2598401

Изобретение предназначено для использования в составе радиотехнических устройств для телевидения, радиовещания и радиосвязи через искусственные спутники Земли (ИСЗ), находящиеся на геостационарной орбите (ГСО), в сантиметровом и миллиметровом диапазонах волн.

Способ регулировки импеданса антенно-фидерного устройства // 2595566

Изобретение относится к антенной технике. Технический результат состоит в обеспечении широкополосного согласования импеданса антенны с выходным импедансом передатчика в полосе перекрытия 1:20; наилучшего согласования антенно-фидерного устройства (АФУ) в широком диапазоне; и наибольшей конструктивной прочности самонесущего центрального проводника.

Двухдиапазонная штыревая антенна // 2571585

Изобретение относится к приемопередающим антеннам, размещаемым на подвижных объектах. Технический результат - повышение стабильности входного сопротивления короткозамкнутой коаксиальной линии при работе в обоих диапазонах частот и стабильности согласования вибратора с питающим фидером, повышение механической прочности антенны, упрощение процессов изготовления и подстройки параметров штыревого вибратора.

Активный антенный треугольно-петлевой элемент милкина // 2568340

Использование: в качестве устройства антенной техники. Сущность изобретения заключается в том, что активный антенный треугольно-петлевой элемент Милкина содержит расположенные симметрично относительно общей оси петлевые вибраторы, установленные перпендикулярно направлению приема электромагнитных волн и соединенные между собой, при этом петлевые вибраторы расположены в одной плоскости, один из них выполнен в форме равнобедренного треугольника с основанием 0,4λраб и боковыми сторонами 0,3λраб, другой петлевой вибратор представляет собой шлейф-вибратор Пистолькорса из двух параллельных линейных проводников, один из которых неразрезной, другой разрезной в средней части с размещением в ней точек питания, в которых оба вибратора соединены между собой с перекрещиванием боковых сторон равнобедренного треугольного вибратора.

Многолучевая гибридная зеркальная антенна // 2556466

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в качестве бортовых антенн спутников связи на геостационарной орбите для обеспечения многолучевой зоны покрытия выделенной земной поверхности в СВЧ диапазоне частот.

Двухдиапазонная директорная антенна // 2553096

Изобретение относится к области радиотехники сверхвысоких частот. Техническим результатом является улучшение согласования двухдиапазонной директорной антенны с питающим фидером (симметрирующим устройством) в каждом из двух несмежных диапазонов частот.

Полнодуплексная антенна и мобильный терминал // 2628015

Изобретение относится к области радиосвязи, в частности к полнодуплексной антенне и мобильному терминалу. Техническим результатом является сохранение расстояния, устанавливаемого между антеннами, при изменении используемой частоты. Заявленная полнодуплексная антенна включает в себя приемную антенну, которая является всенаправленной антенной; первую передающую антенну, размещенную на одной стороне приемной антенны, причем первая передающая антенна является направленной антенной, и обратное направление главного лепестка диаграммы направленности первой передающей антенны указывает на приемную антенну; и вторую передающую антенну, размещенную на другой стороне приемной антенны, причем расстояние между второй передающей антенной и приемной антенной равно расстоянию между первой передающей антенной и приемной антенной, вторая передающая антенна является направленной антенной, и обратное направление главного лепестка диаграммы направленности второй передающей антенны указывает на приемную антенну, а также генератор сигналов, сконфигурированный с возможностью создавать два канала сигналов передачи, имеющих одинаковую амплитуду и противоположных по фазе. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 8 ил.

Двухпортовая двухдиапазонная антенна для диапазонов дкмв и дмв2 // 2634796

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к антеннам приемопередающих устройств. Антенна содержит два раздельных излучателя. Первый излучатель для первого диапазона выполнен из цилиндрических элементов (ЦЭ) и коаксиального кабеля (КК), пропущенного внутри ЦЭ. Длина верхнего ЦЭ выполнена меньшей, чем длина нижнего ЦЭ. Верхний и нижний ЦЭ выполнены в виде соответственно верхнего и нижнего стаканов. Нижний стакан выполнен перевернутым, его днище обращено к днищу верхнего стакана. Выходящий из нижнего стакана КК подсоединен к разъему первого порта, а оплетка КК соединена с днищем нижнего стакана. Центральная жила КК через отверстие в днище нижнего стакана соединена с днищем верхнего стакана. Внутри верхнего стакана установлен ступенчатый стержень, электрически связанный с днищем верхнего стакана и конец которого расположен снаружи верхнего стакана. Второй излучатель для второго диапазона выполнен в виде несимметричного вибратора, подсоединенного через дроссель к верхнему краю проводящей рамки, вертикально ориентированной и охватывающей с зазором первый излучатель. Нижний край рамки подсоединен к разъему второго порта. Технический результат заключается в возможности одновременного использования диапазонов с большим разносом по частоте, расширении полосы рабочих частот в диапазоне ДМВ2, улучшении формы диаграммы направленности, повышении коэффициента усиления и упрощении конструкции. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Двухдиапазонная антенна // 2634799

Изобретение относится к антеннам приемопередающих устройств и может использоваться в качестве навигационной и приемопередающей антенны. Устройство содержит диэлектрический корпус (ДК), первый излучающий элемент (ИЭ) и второй излучающий элемент, расположенные на продольной оси, ориентированной вертикально. Первый ИЭ установлен внутри ДК и выполнен в виде спирали из витой цилиндрической пружины. Отражатель первого ИЭ установлен внизу ДК. Устройство имеет первый и второй порты соответственно для первого ИЭ и второго ИЭ и трансформатор импеданса (ТИ). В устройство введены трубка, отрезок коаксиального кабеля (КК), проводящий диск, установленный вверху ДК. ТИ расположен внутри ДК, подсоединен к нижнему концу спирали первого ИЭ и служит для подсоединения к первому порту, расположенному снаружи отражателя. Трубка установлена внутри спирали первого ИЭ, соединена с отражателем и проводящим диском. Отрезок КК пропущен внутри трубки наружу через проводящий диск и отражатель. Конец отрезка КК, пропущенный наружу через проводящий диск, служит для подсоединения ко второму ИЭ, а конец отрезка КК, пропущенный наружу через отражатель, служит вторым портом. Технический результат заключается в улучшении развязки между излучающими элементами, расширении функциональных возможностей и полосы рабочих частот и обеспечении возможности использования любых заданных диапазонов частот для обоих диапазонов. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

Сверхширокополосная двухпортовая антенна // 2634801

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к антеннам приемопередающих устройств. Антенна образована электрически раздельными излучающими элементами для каждого из двух поддиапазонов. Для первого поддиапазона первый коаксиальный кабель (КК) соединен через трансформатор импеданса с нижним краем нижнего излучающего цилиндрического элемента (ИЦЭ). Для второго поддиапазона второй КК пропущен внутри нижнего ИЦЭ и подведен к среднему ИЦЭ, выполненному в виде перевернутого стакана. Центральная жила второго КК выведена через отверстие в дне перевернутого стакана, а его оплетка соединена с дном перевернутого стакана. Верхний ИЦЭ выполнен в виде стакана с дном, обращенным к дну перевернутого стакана среднего ИЦЭ. Центральная жила второго КК соединена с дном стакана верхнего ИЦЭ, снабженного первым и вторым проводами, расположенными внутри верхнего ИЦЭ. Первый провод одним концом соединен с дном стакана верхнего ИЦЭ, а другой его конец выведен наружу. Второй провод одним концом соединен через отверстие в дне стакана верхнего ИЦЭ с дном перевернутого стакана среднего ИЦЭ, а другой его конец выведен наружу. В устройство введены несимметричный вибратор (НВ), катушка индуктивности (КИ) и конденсатор (К). Одни выводы КИ и К соединены между собой и подсоединены к НВ. Другой вывод КИ соединен с выведенным наружу концом первого провода, а другой вывод К соединен с выведенным наружу концом второго провода. Технический результат заключается в увеличении ширины диапазона частот, улучшении формы диаграммы направленности в верхнем диапазоне частот, увеличении коэффициента перекрытия по частоте, повышении коэффициента усиления. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

Переключаемая антенна с п-образной формой // 2646945

Изобретение относится к антенной технике. Мобильное устройство, содержащее: корпус, имеющий дистальный конец; электронику, расположенную в корпусе и выполненную с возможностью управления мобильным устройством, при этом электроника выполнена с возможностью обмена беспроводными сигналами, включающими в себя голосовые вызовы и текстовые сообщения; разъем, присоединенный к электронике с помощью соединения; П-образная антенна, расположенная на дистальном конце корпуса, при этом П-образная антенна имеет соединение с разъемом и выполнена с возможностью создания резонанса с использованием разъема, причем П-образная антенна и разъем выполнены с возможностью беспроводного обмена беспроводными сигналами; сеть согласования полного сопротивления, соединенная между электроникой и П-образной антенной, причем сеть согласования полного сопротивления выполнена с возможностью согласования полного сопротивления электроники с П-образной антенной. 2 н. и 22 з.п. ф-лы, 9 ил.

Компенсация неидеальной поверхности рефлектора в системе спутниковой связи // 2647559

Изобретение относится к области спутниковой связи и может быть использовано для компенсации неидеальной поверхности рефлектора в системе спутниковой связи. Предложен способ, который включает измерение амплитуды и фазы сигналов, отраженных от рефлектора спутника, причем эти амплитуды и фазы формируют первую совокупность результатов измерения. Способ включает расчет корреляционной матрицы элементов как функции от первой совокупности результатов измерения. Корреляционная матрица элементов представляет диаграмму излучения облучающего элемента рефлектора. При этом способ включает регулирование диаграммы направленности сформированного пучка формирователя пучков на основании корреляционной матрицы элементов, что обеспечивает компенсацию неидеальной поверхности рефлектора. Технический результат – повышение точности компенсации неидеальной поверхности рефлектора. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 5 ил.