Система, устройство и способ для настройки удаленной антенны
Изобретение относится к антенной технике. Антенный узел, настраиваемый из удаленного местоположения, содержащий основной отражатель; вспомогательный отражатель, связанный с основным отражателем, и облучатель, выполненный с возможностью приема передаваемого сигнала, облучающего основной отражатель, через вспомогательный отражатель или передачи передаваемого сигнала на основной отражатель через вспомогательный отражатель. Также узел содержит геометрическое измерительное устройство, выполненное с возможностью сканирования внутренней поверхности основного отражателя путем измерения расстояния от геометрического измерительного устройства до множества выбранных точек на внутренней поверхности основного отражателя и с возможностью выдачи набора элементов данных, представляющих геометрические параметры внутренней поверхности основного отражателя. Причем вспомогательный отражатель содержит множество исполнительных устройств, распределенных по его внешней поверхности и прикрепленных к указанной поверхности, а каждое исполнительное устройство из множества исполнительных устройств выполнено с возможностью локального деформирования поверхности вспомогательного отражателя, прилегающей к данному исполнительному устройству, в ответ на изменение положения исполнительного устройства. 4 н. и 12 з.п. ф-лы, 6 ил.
Уровень техники
Неизменным требованием к передаче данных с использованием антенн является повышение пропускной способности. Однако размеры антенных зеркал часто ограничены из-за трудностей в развертывании и логистике. Например, при развертывании антенны в космосе ее приходится складывать до заранее заданного размера, чтобы она поместилась в космический аппарат, из которого будет выполняться развертывание. Одним предпочтительным решением для использования антенн большего размера является использование раскрывающихся антенных отражателей. Однако часто сложенные, а затем раскрытые отражатели деформируются и, потеряв совершенство, создают недостатки, например, искажается пятно облучения антенны, ухудшаются частотные характеристики и т.д.; в некоторых случаях такие недостатки присущи и нескладывающимся антеннам.
После раскрытия антенны такие недостатки требуют внимания, однако в некоторых случаях до антенны бывает трудно или вообще невозможно добраться с целью калибровки антенны и/или устранения дефектов, возникших при раскрытии.
По указанной причине давно ощущалась потребность в усовершенствованных системах и способах повышения эффективности раскрываемых антенн.
Раскрытие изобретения
Предложен дистанционно настраиваемый антенный узел, содержащий основной отражатель; вспомогательный отражатель, связанный с основным отражателем; и облучатель, облучающий основной отражатель через вспомогательный отражатель или передающий передаваемый сигнал на основной отражатель через вспомогательный отражатель. Вспомогательный отражатель содержит множество исполнительных устройств, распределенных по его внешней поверхности и прикрепленных к указанной поверхности, а каждое исполнительное устройство из множества исполнительных устройств выполнено с возможностью локального деформирования поверхности вспомогательного отражателя, прилегающей к данному исполнительному устройству, в ответ на изменение положения исполнительного устройства. В некоторых вариантах осуществления изобретения множество исполнительных устройств в антенном узле распределено с равномерными промежутками друг от друга по выбранной зоне внешней поверхности вспомогательного отражателя.
В некоторых дополнительных вариантах осуществления изобретения каждое из исполнительных устройств в антенном узле выполнено с возможностью изменения своего положения в ответ на управляющий сигнал.
В еще одном варианте осуществления антенный узел дополнительно содержит управляющий модуль. Управляющий модуль содержит контроллер, модуль памяти, модуль долговременного носителя информации и модуль ввода/вывода.
В некоторых вариантах осуществления изобретения антенный узел
дополнительно содержит измеритель расстояния, расположенный вблизи облучателя и выполненный с возможностью сканирования и записи значений расстояния от измерителя расстояния до выбранных точек на внутренней поверхности основного отражателя и с возможностью сохранения этих значений в модуле долговременного носителя информации.
Предложен вспомогательный отражатель для использования в антенном узле, содержащий множество исполнительных устройств, распределенных по его внешней поверхности и прикрепленных к указанной поверхности, причем каждое исполнительное устройство из множества исполнительных устройств выполнено с возможностью локального деформирования поверхности вспомогательного отражателя, прилегающей к данному исполнительному устройству, в ответ на изменение положения исполнительного устройства; и управляющий модуль, выполненный с возможностью управления положением каждого исполнительного устройства из множества исполнительных устройств.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления указанное множество исполнительных устройств распределено с равномерными промежутками друг от друга по выбранной зоне внешней поверхности вспомогательного отражателя.
В соответствии с другими вариантами осуществления изобретения модуль управления вспомогательного отражателя содержит контроллер, модуль памяти, модуль долговременного носителя информации и модуль ввода/вывода.
В соответствии с другими вариантами осуществления изобретения модуль долговременного носителя информации хранит программу, которая при исполнении контроллером обеспечивает подачу модулем ввода/вывода управляющих сигналов в исполнительные устройства.
В соответствии с другими вариантами осуществления изобретения вспомогательный отражатель дополнительно содержит карту искажений отражателя (КИО), сохраненную в модуле долговременного носителя информации.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения множество исполнительных устройств в антенном узле содержит единственное исполнительное устройство, выполненное с возможностью перемещения вспомогательного отражателя относительно точки вращения с угловым перемещением в по меньшей мере одной из двух перпендикулярных плоскостей. Указанное единственное исполнительное устройство дополнительно выполнено с возможностью перемещения вспомогательного отражателя вдоль линейной оси, совпадающей с линией пересечения двух перпендикулярных плоскостей, с приближением к основному отражателю или с удалением от основного отражателя. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления единственное исполнительное устройство дополнительно выполнено с возможностью поворота вспомогательного отражателя относительно линейной оси.
Предложен способ настройки антенного узла, содержащего основной отражатель, вспомогательный отражатель и облучатель. Указанный способ включает прием карты исходных деформаций основного отражателя; прием основным отражателем устойчивого передаваемого сигнала и запись сигнала, принятого в облучателе; приведение в действие исполнительного устройства, расположенного на внешней поверхности вспомогательного отражателя и выполненного с возможностью локального изменения кривизны вспомогательного отражателя до тех пор, пока сигнал, принимаемый в облучателе, не достигнет максимального значения, фиксацию исполнительного устройства и запись его состояния; последовательное повторение предыдущего шага для каждого из исполнительных устройств, расположенных на вспомогательном отражателе; и сохранение значений, представляющих состояние исполнительных устройств, в носителе информации в наборе данных, указывающем состояние исполнительных устройств, соответствующее максимуму максимумов.
Предложен способ настройки антенного узла, содержащего основной отражатель, вспомогательный отражатель и облучатель, при этом вспомогательный отражатель оснащен множеством исполнительных устройств, выполненных с возможностью локального изменения кривизны вспомогательного отражателя в ответ на инициирующий сигнал. Указанный способ включает размещение множества датчиков передаваемого сигнала в целевой зоне передаваемого сигнала, облучающего антенный узел; инициирование передачи из антенного узла; измерение и запись уровня мощности передаваемого сигнала на каждом датчике из множества датчиков, а также местоположения соответствующего датчика; выделение из записанных значений карты фактического пятна облучения, создаваемого антенным узлом; сравнение выделенной карты пятна облучения с требуемым пятном; и подачу инициирующих сигналов в по меньшей мере некоторые из указанных исполнительных устройств с целью изменения кривизны вспомогательного отражателя таким образом, чтобы пятно облучения антенного узла в целевой зоне соответствовало требуемому пятну.
Эти, дополнительные и/или другие аспекты и/или преимущества настоящего изобретения изложены в нижеследующем подробном раскрытии изобретения, могут быть логически выведены из этого подробного раскрытия и/или могут быть найдены при применении настоящего изобретения на практике.
Краткое описание чертежей Принципы, полагаемые изобретением, конкретно указаны и четко сформулированы в заключительной части настоящего документа. Однако настоящее изобретение, как его логика, так и способ использования, совместно с объектами, особенностями и преимуществами, может быть наилучшим образом понято при обращении к нижеследующему подробному раскрытию, читаемому вместе с сопровождающими чертежами.
Фиг. 1 иллюстрирует компоненты антенной системы.
Фиг. 2А иллюстрирует пути прохождения радиоволн передаваемого сигнала, попадающих на элементы антенной системы.
Фиг. 2В схематично представляет влияние отклонений формы основного отражателя от идеальной параболы на эффективность антенного узла.
Фиг. 2С представляет собой схематичный аксонометрический вид системы вспомогательного отражателя, выполненной с возможностью динамического изменения кривизны своего отражателя в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Фиг. 2D схематично иллюстрирует, как система вспомогательного отражателя, показанная на фиг. 2С, влияет на направление локального отражения в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 2Е схематично иллюстрирует размещение группы исполнительных устройств на обратной стороне вспомогательного отражателя 200 в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 2F и 2G схематично иллюстрируют использование исполнительного устройства для создания локальной деформации на вспомогательном отражателе в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 3А и 3В схематично иллюстрируют адаптивную антенную систему без канала связи для дистанционного управления/контроля и с таким каналом связи, соответственно, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 4А схематично представляет пример пятна облучения антенны на целевой зоне в соответствии с вариантами осуществления настоящего 10 изобретения.
Фиг. 4В схематично представляет немодифицированное пятно и модифицированное пятно антенного узла в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 4С схематично представляет антенный узел с измерителем расстояния, служащим для формирования карты фактической кривизны основного отражателя в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 4D схематично представляет антенный узел, выполненный с возможностью дистанционной настройки с целью изменения параметров эффективности в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 5 представляет схему шагов управления исполнительными устройствами вспомогательного отражателя при компенсации деформаций основного отражателя на основании сигналов, принятых указанной антенной, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 6 представляет схему с шагами управления исполнительными устройствами вспомогательного отражателя в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.
Должно быть понятно, что для простоты и ясности иллюстрации элементы на чертежах не обязательно показаны с соблюдением масштаба. Например, для ясности размеры некоторых элементов могут быть преувеличены относительно других элементов. Кроме того, там, где это допустимо, ссылочные обозначения на чертежах могут повторяться с целью указания на соответствующие или аналогичные элементы.
Осуществление изобретения
В нижеследующем подробном раскрытии с целью исчерпывающего понимания настоящего изобретения изложены многочисленные конкретные подробности. Однако специалистам в данной области техники должно быть понятно, что настоящее изобретение может быть использовано на практике без этих конкретных подробностей. В других случаях хорошо известные способы, операции и компоненты не описываются подробно, чтобы не мешать восприятию настоящего изобретения.
Словосочетания «по меньшей мере один», «один или более» и «и/или» представляют собой неограничивающие выражения, являющиеся по действию и соединительными, и разъединительными. Например, каждое из выражений «по меньшей мере одно из А, В и С», «по меньшей мере одно из А, В или С», «одно или более из А, В и С», «одно или более из А, В или С» и «А, В и/или С» обозначает только А, только В, только С, А и В вместе, А и С вместе, В и С вместе или А, В и С вместе. Термин «множество» относится далее к любому положительному целому количеству (например, 1, 5 или 10).
Термином «пятно» далее обозначается удаленная область, в которой приемопередатчик антенны обеспечивает покрытие целевой зоны (на прием или на передачу), причем интенсивность сигнала, принимаемого в указанной целевой зоне или передаваемого из указанной целевой зоны, соответственно, является достаточной.
Термин «деформированный» далее означает «имеющий любой дефект, отклонение» или «не имеющий нормальной, естественной или предпочтительной конфигурации или формы».
Термином «настройка антенного узла» далее обозначаются действия или меры, предпринимаемые в отношении антенны для воздействия на ее эффективность, например, влияние на или изменение ее коэффициента усиления, ее рабочей полосы частот, ее пятна и т.д.
Хотя варианты осуществления настоящего изобретения не ограничены в этом отношении, обсуждения с использованием таких терминов, как, например, «обработка», «расчет», «вычисление», «определение», «установление», «анализ», «проверка» и т.п. могут указывать на операцию (операции) и/или процесс (процессы) компьютера, вычислительной платформы, вычислительной системы или иного электронного вычислительного устройства, которое обрабатывает и/или преобразует данные, представленные физическими (к примеру, электронными) величинами в регистрах и/или в памяти компьютера в другие данные, аналогично представленные физическими величинами в регистрах и/или в памяти компьютера или на другом долговременном устройстве хранения информации, которое может хранить инструкции для выполнения операций и/или процессов. Термином «набор» в настоящем документе может обозначаться множество, содержащее один или более элементов. Если это не указано явным образом, варианты осуществления способов, раскрытые в настоящем документе, не ограничены конкретным порядком или последовательностью. Кроме того, некоторые из описанных вариантов осуществления способов или их элементов могут происходить или выполняться синхронно, в один и тот же момент времени или параллельно.
Обычно, как показано на фиг. 1, антенный узел 100 может содержать основной отражатель 101 и облучающий узел. Облучающий узел может содержать вспомогательный отражатель 102 и облучающий элемент 103. Для приема передаваемых сигналов (схематично показанных на чертежах линиями распространения передаваемых сигналов, также называемых «лучами передачи») из удаленного местоположения, как правило, параллельных лучей, например, TRA, необходимо, чтобы основной отражатель 101 концентрировал переданные на него сигналы. Основной отражатель 101 отражает падающие сигналы (лучи передачи TRB) и фокусирует их на вспомогательном отражателе 102, т.е. основной отражатель 101 облучает вспомогательный отражатель 102. Вспомогательный отражатель 102, в свою очередь, отражает эти сигналы (лучи передачи TRC) на облучающий элемент 103, еще сильнее фокусируя их. Аналогично осуществляется передача из антенны. Облучающий элемент 103 излучает передаваемый луч на вспомогательный отражатель 102, который, в свою очередь, отражает эти сигналы более широким лучом на основной отражатель 101, который отражает и фокусирует сигналы в сторону удаленного местоположения (теоретически, в виде почти параллельных лучей передачи).
Часто основной отражатель антенного узла из-за размера и доступности средств транспортировки приходится складывать, а затем раскрывать на месте установки. Когда сложенная основная антенна оказывается на месте установки, ее раскрывают или собирают из сложенного или разобранного состояния. Из-за затруднений при транспортировке и/или во время раскрытия и/или сборки могут возникнуть или обнаружиться некоторые дефекты или искажения физических и/или электрических характеристик основной антенны. Во многих из этих случаев, например, когда антенну раскрывают в труднодоступной местности или в космосе, коррекция, исправление недостатков или заказ отражателя антенны для замены могут быть сильно затруднены или вообще невозможны. В результате эффективность антенны с дефектами может быть хуже проектной эффективности, коэффициент усиления антенны может быть снижен, полоса передаваемых/принимаемых частот сужена и т.д.
Система и способ в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения дают возможность компенсации дефектов и искажений основного отражателя путем адаптации и/или изменения формы отражающей поверхности вспомогательного отражателя, например, вспомогательного отражателя 102. Этим эффективность антенны может быть восстановлена до, по существу, эффективности антенны без дефектов, и становится возможным продолжение использования основного отражателя даже с дефектами и искажениями.
В антенне с основным отражателем антенны идеальной формы (т.е. без дефектов), вспомогательным отражателем должной формы и корректным расположением вспомогательного отражателя и облучателя для каждого луча передачи, падающего на основной отражатель антенны с должного направления (также называемого надлежащим направлением входящей передачи), передаваемый сигнал, падающий на основной отражатель антенны с должного направления, отразится на вспомогательный отражатель и от него на облучатель. На фиг. 2А показаны пути прохождения передаваемых волн, попадающих на элементы антенной системы 100. Антенная система 100 содержит основной отражатель 101, вспомогательный отражатель 102 и облучающий модуль 103. Как указано выше, основной отражатель 101 может быть реализован как совершенный параболический отражатель, выполненный с возможностью концентрирования падающих лучей передачи, например, параллельных лучей 201, падающих на основной отражатель 101, на вспомогательном отражателе 102. Вспомогательный отражатель 102 может быть реализован в виде объемного вогнутого отражателя, выполненного с возможностью концентрировать лучи передачи, идущие от основного отражателя 101, например, луч 202 передачи, на облучателе 103, расположенном в фокальной точке передачи, и, таким образом, может быть выполнен с возможностью приема, по существу, всей энергии передаваемого сигнала, попавшей на основной отражатель 101.
На фиг. 2В схематично представлена работа антенной системы 100А, в которой форма основного отражателя 101А имеет отклонения от совершенной параболической формы (или другой совершенной формы) вследствие дефекта формы или механических дефектов и искажений. Как видно, луч 201 передачи, 35 падающий на основной отражатель 101А в точке 204, где у отражателя имеется дефект, отражается как луч 203 передачи на вспомогательный отражатель 102, аналогичный вспомогательному отражателю 102 на фиг. 2А. Однако из-за искажения в точке 204 отраженный луч передачи падает на вспомогательный отражатель 102 так, что луч 203А передачи, отраженный на облучатель 103, отклоняется от нужного направления, и в результате часть энергии или вся энергия этого луча может не попасть на облучатель 103. Как правило, дефекты и искажения основного отражателя 103 при приеме сигналов антенной системой 100А могут выражаться в уменьшении суммарной энергии передаваемого сигнала в облучателе, в перекрестных искажениях, сужающих полосу частот, в перекрестной поляризации, которая сужает энергию передачи и полосу частот и т.п.
Как указано выше, у основного отражателя антенной системы, например, основного отражателя 101, из-за ударов при транспортировке или раскрытии на месте из сложенного состояния могут быть механические дефекты, деформации и другие механические искажения формы. Искажения основного отражателя также могут возникать из-за резкого и интенсивного изменения температуры отражателя, которому отражатель может подвергнуться, например, при раскрытии в космосе, из-за воздействия космической пыли или мелких камней или из-за столкновений с останками космических аппаратов. Техническое обслуживание такого основного отражателя после раскрытия может быть в значительной мере затруднено или вообще невозможно.
В соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения общая эффективность антенного узла, например, антенного узла 100 или 100А, может быть сохранена путем компенсации искажений основного отражателя, выполняемой посредством управления индивидуальной вогнутой формой вспомогательного отражателя, к примеру, вспомогательного отражателя 102. Искажения основного отражателя могут находиться, измеряться, предполагаться или оцениваться различными способами. Например, основной отражатель узла антенны после изготовления может быть промерен с целью нахождения и картирования отклонений его кривизны от проектной кривизны, например, путем измерения кривизны изготовленного основного отражателя и регистрации места нахождения отклонения и природы указанного отклонения. В соответствии с еще одним вариантом осуществления, основной отражатель, выполненный с возможностью быть сложенным, доставленным на место установки и затем раскрытым, может быть сложен, подвержен воздействию с целью получения типовых повреждений при транспортировке и раскрыт, причем все эти операции могут быть выполнены на месте изготовления основного отражателя. Если антенный узел рассчитан на раскрытие, например, во внеземном пространстве, то основной отражатель может быть раскрыт на испытательной установке, моделирующей очень низкое давление воздуха и даже нулевую гравитацию. После раскрытия основного отражателя его искажения могут быть оценены и/или измерены. Например, может быть вычерчена карта отклонения формы отражателя от требуемой формы. Эта карта искажений может быть записана и сохранена в цифровом виде. Эта карта может содержать положения мест на основном отражателе, в которых найдены отклонения, и природу отклонения. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления, эта хранимая в цифровом виде карта искажений (отклонений вогнутости отражателя от требуемой формы) может называться картой искажений отражателя (КИО). В соответствии с некоторыми вариантами осуществления, на основании данных КИО могут быть вычислены требуемые изменения формы вогнутости вспомогательного отражателя, при которых общая эффективность антенного узла, по измерению на облучателе при входящей передаче, будет наиболее близка к эффективности антенного узла с бездефектным основным отражателем. Такая эффективность может быть достигнута, когда наибольший коэффициент усиления антенного узла для принимаемого сигнала наиболее близок к коэффициенту усиления антенного узла с основным отражателем идеальной формы.
Это требование может быть выполнено, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения, путем корректировки вогнутой формы вспомогательного отражателя с целью направления как можно большей мощности передаваемого сигнала в облучающий модуль и при этом минимизации несинфазного приема и/или приема с перекрестной поляризацией в облучающем модуле. Антенный узел, содержащий по меньшей мере один вспомогательный отражатель, выполненный с возможностью изменения кривизны в соответствии с, например, необходимыми корректировками формы основного отражателя, может называться адаптивной антенной системой.
На фиг. 2С показан схематичный аксонометрический вид системы 200 вспомогательного отражателя, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения выполненной с возможностью динамического изменения кривизны своего отражателя. Вспомогательный отражатель 200 может быть частью антенного узла, например, антенного узла 100 (фиг.2А и 2В), и может использоваться для настройки эффективности антенного узла, как это раскрыто далее в настоящем документе. Система 200 вспомогательного отражателя может содержать модуль 201 вспомогательного отражателя с вычисленной фокальной точкой 215 и множеством исполнительных устройств (или регулировочных элементов) 220, закрепленных на внешней поверхности (выпуклой поверхности) системы 200 вспомогательного отражателя и выполненных с возможностью локального изменения кривизны указанного отражателя путем смещения материала, образующего поверхность вспомогательного отражателя, внутрь (в сторону фокальной точки 215) или наружу. Исполнительными устройствами 220 могут быть любые пригодные для этого линейные исполнительные устройства, обеспечивающие возможность локального изменения кривизны вспомогательного отражателя 210 в нужном направлении и на нужное расстояние. Как правило, исполнительные устройства 220 могут содержать электрический двигатель и механическую передачу, преобразующую вращение этого двигателя в линейное перемещение. Специалисту в данной области техники должно быть понятно, что для указанной цели могут использоваться и другие средства известного уровня техники. Такие средства должны быть выполнены с возможностью приема управляющего сигнала и выполнения соответствующего механического перемещения, локально изменяющего кривизну вспомогательного отражателя на требуемую величину.
На фиг. 2D схематично показано, как в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения система 200 вспомогательного отражателя, показанная на фиг. 2С, влияет на направление локального отражения. Луч 202 передачи, идущий, например, от основного отражателя (например, основного отражателя 101 или 101А), падает на вспомогательный отражатель 210 в расположенной напротив исполнительного устройства 220А точке 210А, которая может быть локально сдвинута путем перемещения исполнительного устройства 220А. В примере на фиг. 2D перемещение исполнительного устройства 220А вызывает локальную деформацию, вследствие которой луч передачи 202В, представляющий собой отражение падающего луча 202 передачи, направляется в сторону от фокальной точки 215 системы 200 вспомогательного отражателя.
На фиг. 2Е схематично показано размещение группы исполнительных устройств на обратной стороне вспомогательного отражателя 200, а на фиг. 2F и 2G схематично показано использование исполнительного устройства для создания локальной деформации, в результате которого вокруг исполнительного устройства 220А создается соответствующая зона деформации, определяемая граничной линией 220В, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. На фиг. 2Е показана схема размещения исполнительных устройств 220 на обратной стороне вспомогательного отражателя 210А системы 200 вспомогательного отражателя. Исполнительные устройства 220 могут быть размещены, в соответствии с примером на фиг. 2Е, несколькими концентрическими группами, в точках на концентрических линиях, соответствующих радиусам, проходящим через центральную точку вспомогательного отражателя 210 и отстоящих на равные углы, в данном примере на 22,5 градуса.
На фиг. 2F схематично показано поперечное сечение вспомогательного отражателя 210 по линии 210A на фиг. 2Е и влияние работы исполнительного устройства 220А на кривизну вспомогательного отражателя 210. Исполнительное устройство 220А расположено на средней окружности и на радиусе 210A схемы размещения исполнительных устройств 220 в соответствии с примером на фиг. 2Е. Приведение исполнительного устройства 220А в действие дает возможность локально изменять кривизну вспомогательного отражателя 210, что показано линиями 210СН1 и 210СН2, схематично иллюстрирующими максимальную внутреннюю и внешнюю локальную деформацию, которую может создать исполнительное устройство 210А.
Пучок лучей 202 передачи, например, отраженных от основного отражателя, например, основного отражателя 102А, может попадать в точку 210А на вогнутой поверхности вспомогательного отражателя 210. Кривизну вспомогательного отражателя 210 можно изменить путем приведения исполнительного устройства 220А в действие. При приведении исполнительного устройства 220А в действие для локального выталкивания поверхности вспомогательного отражателя внутрь, как схематично показано линией 210CH1, из-за придания поверхности вспомогательного отражателя 210 локально выпуклой формы отраженные лучи 202С передачи могут образовывать локальный расходящийся пучок. При приведении исполнительного устройства 220А в действие для локального втягивания поверхности вспомогательного отражателя внутрь, как схематично показано линией 210CH2, из-за придания поверхности вспомогательного отражателя 210 локально вогнутой формы отраженные лучи 202 В передачи могут образовывать локальный сходящийся пучок, имеющий локальный фокус в локальной фокальной точке 215А.
На фиг. 2G схематично показаны геометрические размеры возможной локальной деформации, создаваемой исполнительным устройством 220А в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Исполнительное устройство 220А может быть прикреплено к внешней поверхности вспомогательного отражателя 210 в точке 210А (см. также на фиг. 2D) и может быть выполнено с возможностью локального деформирования поверхности вспомогательного отражателя 210 путем локального выталкивания материала, образующего вспомогательный отражатель 210, внутрь или наружу, как показано линиями 210CH1 и 210CH2, обозначающими, соответственно, максимальные локальные отклонения внутрь и наружу. Диапазон локальных отклонений внутрь и наружу обозначен как 220AD, а соответствующая зона деформации определяется граничной линией 220 В. Должно быть понятно, что для создания возможности вышеописанной локальной деформации вспомогательный отражатель 210 может быть изготовлен из одного или более разнообразных материалов с использованием широкого спектра технологий, с тем, чтобы указанные материалы и технологии допускали локальное деформирование посредством прикрепленного исполнительного устройства поверхности вспомогательного отражателя на требуемую величину 220AD деформации в направлении, перпендикулярном поверхности отражателя в данной точке, а зона воздействия деформации оставалась в пределах диапазона 220 В. Например, вспомогательный отражатель может иметь радиус, лежащий в интервале 5%-20% от радиуса соответствующего основного отражателя. Вспомогательный отражатель может быть изготовлен из тонкой проводящей (к примеру, изготовленной из металла) сетки с размером отверстий менее 10% рабочей длины волны, покрытой гибким непроводящим листом (например, листом пластмассы) или внедренной в такой лист, или из тонкого проводящего листа (к примеру, изготовленного из металла), покрытого гибким непроводящим листом (например, листом пластмассы), при этом в тонком проводящем листе могут быть выполнены тонкие прорези для обеспечения гибкости, нужной для придания первоначальной вогнутой формы и для создания возможности локального изменения формы исполнительным устройством 220. Эффективный диапазон 210AD хода исполнительного устройства 220А может иметь величину ±2 см, а зона 220В воздействия может иметь радиус 5 см, или, в других вариантах осуществления изобретения, радиус может быть вдвое больше расстояния между двумя соседними исполнительными устройствами. Расстояние между двумя соседними исполнительными устройствами зависит от длины волны, размера основного отражателя и параметров конкретного варианта осуществления.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения адаптивная антенная система может содержать несколько элементов, например : основной отражатель, например отражатель 100, или группу отражателей; облучающий узел, содержащий облучающий элемент, например облучающий модуль 103 или группу облучающих элементов 103; и вспомогательный отражатель, например, вспомогательный отражатель 102/200 или группу вспомогательных отражателей 102/200. Эта система может дополнительно содержать вычислительное устройство или устройства и, в качестве одной из возможностей, устройство или устройства обратной связи. Такая система может быть развернута в предписанном местоположении, а устройство обратной связи может быть расположено на расстоянии, в местоположении, которое данная антенна должна облучать или из которого должна принимать передаваемый сигнал. Вспомогательный отражатель данной системы может также быть выполнен с возможностью настройки с целью оказания воздействия на излучение, поступающее в основной отражатель или из него, например, как описано выше.
Коррекция деформаций основного отражателя без удаленных устройств обратной связи Адаптивная антенная система может быть развернута, установлена и может эксплуатироваться в удаленных местоположениях или в местоположениях, в которых доступ к этой адаптивной антенной системе сильно затруднен, дорог или невыгоден, или вообще невозможен (например, спутниковая антенна, развернутая в космосе, удаленная станция автоматической передачи, находящаяся в труднодоступном месте и т.д.). В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения адаптивная антенная система может иметь по меньшей мере один канал связи с оператором, ответственным лицом, вычислительным центром, к которому имеет доступ соответствующий специалист, и т.п.
На фиг. 3А и 3В схематично показана адаптивная антенная система без 20 канала связи для дистанционного управления/контроля и с таким каналом связи, соответственно, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Адаптивная антенная система 300 на фиг. 3А содержит антенную систему 310, локальный вычислительный модуль 320 и канал 315 связи для обеспечения возможности передачи сигналов, принятых в антенной системе 310, в вычислительный модуль 320, или, в режиме передачи, для передачи передаваемых сигналов из вычислительного модуля 320 в антенную систему 310. В режиме приема антенная система 310 может принимать передачу 302 и собирать сигналы, передаваемые посредством этой передачи, на облучающем модуле 310С. Вспомогательный отражатель 310 В антенной системы 310 может быть таким же, как в системе 200 вспомогательного отражателя на фиг. 2D-2G, или подобным, с группой исполнительных устройств, выполненных с возможностью приема сигналов управления и с возможностью локального деформирования поверхности вспомогательного отражателя 310В. Исполнительные устройства вспомогательного отражателя 310В антенной системы 310 не показаны, чтобы не загромождать чертеж, но должно быть понятно, что их функционирование и их влияние на эффективность вспомогательного отражателя 310В такие же, как было описано в отношении вспомогательного отражателя 200 и его исполнительных устройств 220 при вышеприведенном рассмотрении фиг. 2D-2G. Исполнительные устройства вспомогательного отражателя 310 В обозначаются здесь как 310 BACT.
Вычислительный модуль 320 может содержать контроллер 324, которым может быть, например, центральный процессор (ЦП), микросхема или иное подходящее вычислительное или решающее устройство, операционную систему 325, память 326, исполняемый код, сохраненный в указанной памяти, долговременный носитель информации 327 и устройства 322 ввода/вывода. Контроллер 324 может быть выполнен с возможностью реализации способов, раскрытых в настоящем документе, и/или с возможностью исполнения функций или действия в качестве различных модулей, элементов и т.д. В системе в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения может содержаться более одного вычислительного модуля 320, и один или более вычислительных модулей 320 могут функционировать в качестве различных компонентов системы. Например, контроллер 324 может быть выполнен с возможностью реализации способа исправления деформаций или дефектов основной антенны антенной системы 310 путем исполнения исполняемого кода, сохраненного в памяти 326.
Операционная система 325 может быть кодовым сегментом или может содержать любой кодовый сегмент (к примеру, аналогичный исполняемому коду, описанному выше), предназначенный и/или реализованный с возможностью реализации задач, в числе которых координирование, планирование, арбитраж, надзор, управление или иное руководство функционированием вычислительного модуля 320, например, планирование исполнения программ, реализованных программными средствами, или предоставление программам, реализованным программными средствами, или другим модулям или элементам возможности обмена информацией. Операционной системой 325 может быть свободно продаваемая операционная система, операционная система с защищенным правом собственности или их сочетание.
Память 326 может быть, например, оперативным запоминающим устройством (ОЗУ), постоянным запоминающим устройством (ПЗУ), динамическим ОЗУ (ДОЗУ), синхронным ДОЗУ (СДОЗУ), микросхемой памяти с двойной скоростью передачи данных (DDR, англ. double data rate), флэш-памятью, недолговременной памятью, долговременной памятью, кэш-памятью, буфером, модулем кратковременной памяти, модулем долговременной памяти или иными подходящими модулями памяти или модулями хранения, или может содержать вышеперечисленные устройства. Память 120 может быть множеством, возможно, различных модулей памяти, или может содержать такие модули. Памятью 120 может быть долговременный носитель информации компьютера или процессора, выполненный с возможностью чтения, или недолговременный носитель информации компьютера, к примеру, ОЗУ.
Указанным исполняемым кодом может быть любой исполняемый код, к примеру, прикладная программа, программа, процесс, задача или сценарий. Указанный исполняемый код может исполняться контроллером 324, возможно, под управлением операционной системы 325. Например, указанный исполняемый код может быть прикладной программой, которая управляет операцией компенсации дефектов основной антенны антенной системы 310, как раскрыто в настоящем документе. Система в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения может содержать множество сегментов исполняемого кода, аналогичных исполняемому коду, описанному выше, которые могут быть загружены в память 326 и могут инициировать реализацию контроллером 324 способов, раскрытых в настоящем документе.
В соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения, передача 302, принятая антенной системой 310, может быть собрана на облучающем модуле 310С, и сигналы, которые несет эта передача, могут передаваться в вычислительный модуль 320 через канал 315 связи. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления, сигналы в передаче 302 могут содержать данные, указывающие мощность передачи на передающей станции. Такие данные, если они передаются, могут быть приняты и сохранены в вычислительном модуле 320. В других случаях такие данные могут не включаться в передачу. Когда данные, указывающие мощность передачи на передающей станции, не передаются, вычислительный модуль 320 выполняет операцию только на основании мощности сигналов, принятых в облучателе 310С. Предполагается, что антенная система 310 принимает передачу 320, имеющую фиксированную мощность передачи, и сигнал, собранный в облучателе 310С, передается в вычислительный модуль 320.
В отсутствие какой-либо информации, указывающей общую эффективность антенной системы 310, кроме мощности сигналов, принятых в облучателе 310С, вычислительный модуль 320 может выполнять следующую операцию. Когда сигналы приняты в облучателе 31 ОС и переданы в вычислительный модуль 320, регистрируется мощность сигналов SIGP0. На следующем шаге из группы 310BACT исполнительных устройств выбирается первое исполнительное устройство 310BACT1, и в него вычислительные система 320 передает управляющий сигнал с целью небольшого изменения локальной кривизны вспомогательного отражателя 310В.
Минимальное изменение может быть равно 1/N, где N - количество дискретных шагов, которое может быть реализовано исполнительным устройством из группы 310BACT исполнительных устройств. В некоторых вариантах осуществления изобретения величина такого шага может быть равной 220AD/N, и эта величина должна соответствовать общему требованию равенства 1/100 рабочей длины волны. В некоторых вариантах осуществления изобретения значение N может находиться в диапазоне 50-500. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления начальное направление этого изменения (внутрь или наружу) и его величину может выбираться случайным образом. В других вариантах осуществления изобретения эти значения могут быть вычислены на основании предыдущих подобных операций и влияния изменений, сделанных в предыдущих операциях. В других вариантах осуществления изобретения эти значения могут вычисляться на основании информации карты искажений отражателя (КИО), которая может быть заранее сохранена в модуле памяти или в модуле носителя инфомрации вычислительного модуля 320.
Изменение мощности сигнала, принятого в облучателе 310С, регистрируется, затем с использованием исполнительного устройства 310BACT1 выполняется еще одно изменение, и вновь регистрируется его влияние на мощность принятого сигнала. Указанную операцию можно повторять до достижения максимума принятой мощности, PMAX1. Положение исполнительного устройства ЗЮВдсп записывается и связывается со значением PMAX1.
Эта операция может быть повторена для всех исполнительных устройств 310BACTm для значений I<m<М, где М - количество исполнительных устройств. Когда эта операция завершена и конечные значения PMAXm для I<m<M зарегистрированы, набор этих значений называется обновленным максимумом максимумов (ОММ) антенной системы 310. Следует отметить, что фактический порядок приведения исполнительных устройств в действие, будь то последовательный обход по внешней окружности с переходом на внутреннюю окружность (называемый здесь «покружно от края к центру»), или обход от центра наружу (называемый здесь «покружно от центра к краю»), или обход, начинающийся по линии радиуса от края к центру, с последующим переходом на соседний радиус (называемый здесь «по радиусам от края к центру») или наоборот (называемый «по радиусам от центра к краю»), или любую другую схему, сохраняется вместе со связанной с этой схемой результирующей мощностью принятого сигнала. Соответственно, можно сравнивать эффективность каждой из схем и выбирать схему, обеспечивающую максимальную принимаемую мощность.
При расчете или выборе схемы приведения исполнительных устройств 310BACTm в действие во внимание могут быть приняты несколько факторов. Одним из таких факторов является влияние несинфазных лучей передачи.
Если длина волны передачи находится в миллиметровом диапазоне или является более короткой, то при наличии деформаций основного отражателя с величиной вмятины или выступа порядка одного миллиметра или менее луч передачи, отраженный от этой дефектной области основной антенны, может приниматься в облучателе несинфазно относительно большинства принимаемых лучей передачи, например, отраженных от бездефектных мест основного отражателя, вызывая в результате снижение полной принятой мощности сигнала.
В еще одном примере лучи передачи, отраженные от дефектных мест основного отражателя, могут вызывать перекрестную поляризацию некоторых лучей передачи, принимаемых в облучателе антенной системы, также вызывая в результате снижение полной принятой мощности сигнала.
В некоторых других примерах оба явления могут иметь место одновременно, еще сильнее снижая полную мощность сигнала, принимаемую в облучателе.
При планировании и/или выполнении вышеописанной операции с целью достижения ОММ для получения лучших результатов может быть принято во внимание влияние явлений несинфазности и перекрестной поляризации путем поиска минимального значения каждого из соответствующих показателей, обозначаемых в настоящем документе как MINOOP и MINCP, соответственно.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления, расчеты, связанные с поиском признаков дефектов и искажений на основном отражателе в сигналах, принятых из антенного узла, и подача сигналов управления в исполнительные устройства для компенсации таких дефектов могут выполняться на удалении от места, где развернут антенный узел. На фиг. 3В схематично представлена антенная установка 352, содержащая антенный узел 360, аналогичный антенному узлу 310, и адаптер 362 связи, выполненный с возможностью передачи сигналов из облучателя антенного узла 360 в удаленный вычислительный модуль 370, приема сигналов из удаленного вычислительного модуля 370 и передачи указанных сигналов в исполнительные устройства вспомогательного отражателя антенного узла 360. Вычислительный модуль 370 может содержать, аналогично вычислительному модулю 320, контроллер 374, операционную систему 375, память 376, исполняемый код, сохраненный в указанной памяти или в носителе 377 информации, и устройство 372 ввода/вывода. Канал 375 связи обеспечивает передачу информации в вычислительный модуль 370 и из него. Вычислительный модуль 370 может находиться на требуемом удалении от антенной установки 352. Например, антенная установка может быть развернута в космосе, а вычислительный модуль 370 может находиться на земле. Такая схема может быть полезна для технического обслуживания и удобного использования вычислительного модуля 370, тогда как в схеме на фиг. 3А такое техническое обслуживание при развертывании в космосе затруднено.
Коррекция деформаций основного отражателя и создание требуемого пятна с использованием удаленных устройств обратной связи
Чтобы обеспечить для удаленно развернутой антенны облучение требуемого пятна, например, на земле, и/или чтобы найти дефекты и искажения на основном отражателе, в целевой зоне могут быть размещены устройства обратной связи. Могут быть использованы несколько устройств обратной связи. На фиг. 4А схематично представлен пример пятна 400 облучения антенны в целевой зоне 450 в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Пятно облучения антенны, например, антенны 310 или 360, может быть представлено линиями 401, 402 и 403 равной интенсивности излучения. Линия 401 может представлять, например, геометрическое место точек, в которых излучение антенны имеет первую интенсивность, например, 60 дБВт. Аналогично, линия 402 может представлять геометрическое место точек, в которых излучение антенны имеет вторую интенсивность, например, 58 дБВт, а линия 403 может представлять геометрическое место точек, в которых излучение антенны имеет третью интенсивность, например, 56 дБВт. В целевой зоне 400 могут быть размещены несколько устройств обратной связи датчиков 404 излучения. Выбор места размещения датчиков 404 может осуществляться в соответствии с необходимой информацией, которую ожидается получить от датчиков. Как правило, количество и схема размещения датчиков 404 выбирается так, чтобы обеспечить получение наибольшей информации для выбранной целевой зоны. Датчики 404, расположенные как в примере на фиг. 4А, дают возможность более точно охарактеризовать пятно антенны на его линиях интенсивности 58 дБВт и 56 дБВт. Информация, полученная из датчиков 404, может быть собрана в карту фактической эффективности антенны (ФЭА) в целевой зоне 450.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления, такая карта ФЭА может использоваться для отображения фактической эффективности антенны, имеющей дефекты на основном отражателе, с целью калибровки общей эффективности антенного узла на основании его фактической эффективности, измеренной в его целевой зоне.
В операции калибровки в соответствии с некоторыми вариантами осуществления в антенну, развернутую на удалении, может быть передана команда облучения целевой зоны (передачи в целевую зону), устройствами обратной связи 404 может быть измерена мощность принятой передачи, и эта информация может быть объединена в локальную карту ФЭА. Такая карта может сравниваться с вычисленным пятном бездефектной антенны, расположенной в месте нахождения измеряемой антенны и облучающей целевую зону 450. Из этого сравнения могут быть вычислены местоположение и природа дефектов основного отражателя измеряемой антенны. Это сравнение может выполняться в вычислительном модуле, находящемся на удаленной антенне, или в вычислительном модуле, удаленном от указанной антенны. Результаты этих вычислений могут быть преобразованы в вектор коррекции, передаваемый в исполнительные устройства вспомогательного отражателя измеряемой антенны. В других вариантах осуществления изобретения могут измеряться характеристики нескольких пятен облучения, и они могут записываться для дальнейшего использования. Вычислительное устройство системы может принимать информацию пятна излучения и затем может вычислять, определять и находить местоположение дефектных секторов на основном отражателе, используя, например, ряд и преобразование Фурье и теорему Найквиста-Шеннона о дискретном представлении непрерывных данных.
В соответствии с другими вариантами осуществления изобретения измеренное пятно облучения антенны может использоваться для коррекции формы этого пятна. Коррекция формы пятна с целью изменения пятна относительно пятна, естественно создаваемого облучающей антенной, может требоваться, например, для того, чтобы не направлять энергию передачи в места, где нет пользователей, для которых предназначена передача из данной антенны, или для ограничения передачи местоположениями, где находятся пользователи, имеющие соответствующие права, и недопущения использования данной передачи пользователями, не имеющими соответствующих прав, находящимися в других местах.
На фиг. 4В схематично представлена немодифицированное пятно 410 и модифицированное пятно 420 в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Пятно 410 может содержать три зарегистрированные линии 416, 414 и 412 равной интенсивности излучения, отвечающих следующему соотношению : мощность 416 > мощность 414 > мощность 412. Когда требуемым модифицированным пятном является пятно 420, где мощность 426 > мощность 424 > мощность 422, отклонение требуемого пятна от фактического пятна может быть преобразовано в команды вектора изменения, подлежащие передаче в исполнительные устройства антенного узла. Например, целевая зона 480 может быть разбита на секторы вокруг центральной точки 41 OA фактического пятна, и отклонение требуемого пятна от фактического пятна может быть выражено набором географических/угловых отклонений, измеренных вдоль радиусов, исходящих из центральной точки 410A. Например, отклонение 428А вдоль радиуса, направленного на «север», отображает локальное различие между линией 412 фактического пятна и линией 422 требуемого пятна, а отклонение 428В вдоль радиуса, направленного на «юго-восток», отображает локальное различие между линией 412 фактического пятна и линией 422 требуемого пятна. Указанным образом может быть вычислен набор значений отклонения, который затем можно использовать при построении вектора значений модификации для изменения положения некоторых или всех исполнительных устройств вспомогательного отражателя антенного узла с целью изменения пятна антенны от фактического пятна до требуемого пятна.
Коррекция деформаций основного отражателя на основании геометрических измерений основного отражателя
Дефекты и искажения основного отражателя антенного узла, развернутого на удалении, могут быть измерены на месте с использованием геометрического измерительного устройства, выполненного с возможностью измерения формы основного отражателя антенного узла. На фиг. 4С схематично представлен антенный узел 490, содержащий основной отражатель 492, вспомогательный отражатель 494 и облучатель 496, аналогичный или эквивалентный антенному узлу 100А (фиг. 2В), с характеристиками вспомогательного отражателя, аналогичными характеристикам вспомогательного отражателя 200 (фиг. 2D-2G). Антенный узел 490 дополнительно содержит геометрическое измерительное устройство 498, выполненное с возможностью измерения по меньшей мере расстояния до произвольно выбранной точки на внутренней поверхности основного отражателя 492 от измерительного устройства 498. Измерительное устройство 498 может быть выполнено с возможностью сканирования выбранной зоны вогнутой поверхности основного отражателя 492 вручную (т.е. в ответ на инструкции, принятые извне антенного узла 490) или автоматически (т.е. в соответствии со схемой сканирования и командами сканирования, сохраненными и/или вычисленными локально в антенном узле 490).
Указанная выбранная зона может быть частью внутренней поверхности основного отражателя 492 или может совпадать с указанной поверхностью. Сканирование поверхности основного отражателя 492 и измерение расстояний до сканируемых точек может дать набор элементов данных, представляющих геометрические параметры внутренней поверхности основного отражателя. Измерение реальной формы основного отражателя можно выполнить, например, измерительным устройством 498, содержащим лазерный измеритель расстояния, выполненный с возможностью нацеливания на требуемые направления и определения расстояния от точки, на которую нацелен лазерный измеритель расстояния, до этого измерителя.
Лазерный измеритель расстояния можно расположить в точке, из которой до всех точек, подлежащих измерению, существует линия прямой видимости, например, рядом с облучателем 496 или за ним. Измерение расстояния может выполняться точка за точкой, используя узколучевой измеритель расстояния с управляемым направлением, имеющий линию прямой видимости 498А, которая может быть ориентирована в пределах пространственного сектора 498 В, который, по существу, охватывает всю площадь основного отражателя 492, представляющую интерес. По завершении операции сканирования форму внутренней поверхности основного отражателя можно представить в виде карты расстояний каждой измеренной точки до точки отсчета (к примеру, до устройства 498). На основании этой информации могут быть обнаружены и вычислены дефекты и искажения основного отражателя. На этом этапе может быть вычислен вектор коррекции, содержащий значения перемещений для некоторых или всех исполнительных устройств вспомогательного отражателя, как пояснялось выше.
В соответствии с другими вариантами осуществления изобретения исполнительные устройства вспомогательного отражателя, например, вспомогательного отражателя 200 на фиг. 2D-2G, могут быть приведены в действие для обращения в нуль или по меньшей мере для значительного уменьшения нежелательных эффектов мешающей передачи, достигающей антенного узла, например, когда передача с земли принимается антенной, находящейся в космосе.
Могут быть определены природа/характеристики мешающей передачи, и исполнительные устройства могут быть приведены в действие таким образом, чтобы мешающая передачи не попадала на облучатель или по меньшей мере мощность мешающей передачи значительно уменьшалась. Схема приведения исполнительных устройств в действие может быть любой, например, одной из схем, рассматривавшихся выше в отношении фиг. 3А-3В.
Настройка параметров эффективности антенного узла
В соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения для реализации определенных изменений эффективности антенного узла могут быть настроены или перенастроены параметры эффективности антенного узла. На фиг. 4D схематично представлен антенный узел 4000, выполненный с возможностью дистанционной настройки с целью изменения параметров эффективности. Антенный узел 4000 содержит основной отражатель 4010, вспомогательный отражатель 4100 и облучатель 4030. Вспомогательный отражатель 4100 может содержать исполнительное устройство 4120, соединенное с антенной 4110 вспомогательного отражателя. Исполнительное устройство 4120 выполнено с возможностью управления отражателем 4110 путем изменения ориентации и/или местоположения отражателя 4100 относительно системы координат. Исполнительное устройство 4120 может быть выполнено с возможностью, в качестве ответа на соответствующие управляющие сигналы, поворота отражателя 4110 относительно двухосевой точки 4120А вращения в перемещении рыскания вдоль базисной оси S-N в угле изменения α и в перемещении тангажа вдоль базисной оси E-W, перпендикулярной базисной оси N-S, в угле β. Исполнительное устройство 4120 может дополнительно быть выполнено с возможностью перемещения отражателя 4110 вдоль базисной оси Z в рабочем диапазоне Z' перемещений. Исполнительное устройство 4120 может дополнительно быть выполнено с возможностью поворота отражателя 4110 относительно оси 4122 в угле 9. В соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения на исполнительное устройство 4120 можно оказывать воздействие с целью изменения положения и/или ориентации отражателя 4110 относительно системы координат в одном или более вышеперечисленных изменений. Независимо от дефектов основного отражателя 4010 и/или вспомогательного отражателя 4100, при любом заданном статическом положении антенного узла 4000 для изменения эффективности антенного узла 4000 при передаче на заданной длине волны достаточно лишь приведения в действие исполнительного устройства 4120 с целью изменения положения или ориентации вспомогательного отражателя 4110 в одной или более из его степеней свободы. В одном варианте осуществления положение вспомогательного отражателя 4110 можно менять вдоль оси Z (двигая вспомогательный отражатель ближе к основному отражателю 4010 или дальше от него). Если до начала этих изменений антенный узел 4000 был сфокусирован для передачи в определенную целевую зону (или из нее) на данной длине волны, то перемещение вспомогательного отражателя 4110 может вызвать расфокусировку антенного узла 4000. Расфокусировка передаваемых из удаленного антенного узла сигналов может быть полезна и желательна, когда требуется расширить зону покрытия антенного узла, возможно, за счет сужения полосы частот. В других вариантах осуществления может требоваться сдвиг зоны покрытия (т.е. изменение направление излучения) антенного узла. Это может быть реализовано путем изменения ориентации вспомогательного отражателя 4110 относительно по меньшей мере одной из осей N-S и E-W его шарнирного подвеса. В еще одном варианте осуществления небольшие изменения ориентации относительно осей N-S и E-W шарнирного подвеса могут привести к изменению коэффициента усиления антенного узла как результат коррекции дефекта основной антенны 4010 вследствие изменения ориентации вспомогательного отражателя 4100.
Операция компенсации деформаций основного отражателя посредством изменения положения исполнительных устройств вспомогательного отражателя в соответствии с определенной схемой может содержать следующие шаги, показанные на фиг. 5, которая представляет собой схему шагов управления исполнительными устройствами вспомогательного отражателя при компенсации деформаций основного отражателя на основании сигналов, принятых указанной антенной, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. На шаге 502 может приниматься схема исходных деформаций, измеренных после изготовления и до развертывания антенны. Осуществляется неизменяющаяся передача в антенну и измеряется и регистрируется сигнал в облучателе (шаг 504). Для многократного выполнения операции счетчик n устанавливается равным 1 (шаг 506). Для локального деформирования поверхности вспомогательного отражателя приводится в действие n-е исполнительное устройство до достижения принятым сигналом максимального значения, после чего данное исполнительное устройство остается в достигнутом положении (шаг 508). Счетчик операции увеличивается на единицу (шаг 510), и операция повторяется до использования всех N исполнительных устройств в соответствии с данной операцией. После задания состояний для всех исполнительных устройств, участвующих в операции, состояния этих исполнительных устройств записываются в таблицу, представляющую изменения, сделанные во вспомогательном отражателе для компенсации дефектов основного отражателя.
Операция компенсации деформаций основного отражателя или формирования требуемого пятна облучения антенны на основании датчиков принятой передачи на земле может содержать шаги, показанные на фиг. 6, которая представляет собой схему с шагами управления исполнительными устройствами вспомогательного отражателя в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. В целевой зоне облучения размещаются множество датчиков передачи (шаг 602). Активируется передача из удаленного антенного узла и регистрируется мощность принятой передачи на каждом из датчиков (шаг 604). На основании измерений, выполненных датчиками передачи, обеспечивается получение эффективности антенны и фактического пятна (шаг 606). Фактическое пятно сравнивается с требуемым пятном и вычисляется запись отклонения (шаг 608). На основании указанной записи значений вычисленных отклонений и их местоположений в исполнительные устройства вспомогательного отражателя передаются команды приведения в действие с целью максимально приблизить фактическое пятно к требуемому пятну (шаг 610). Следует отметить, что требуемым пятном может быть, в соответствии с вариантом осуществления, пятно, которое облучалось бы при отсутствии дефектов основного отражателя, но в соответствии с еще одним вариантом осуществления требуемым пятном может быть пятно специальной формы.
Хотя в настоящем документе проиллюстрированы и раскрыты некоторые особенности настоящего изобретения, специалисту обычного уровня в данной области техники будут очевидны многочисленные модификации, замены, изменения и эквиваленты. Поэтому следует понимать, что прилагаемая формула изобретения предполагает охват всех таких модификаций и изменений как входящих в истинный смысл настоящего изобретения.
1. Антенный узел, настраиваемый из удаленного местоположения, содержащий
основной отражатель;
вспомогательный отражатель, связанный с основным отражателем; и
облучатель, выполненный с возможностью приема передаваемого сигнала, облучающего основной отражатель, через вспомогательный отражатель или передачи передаваемого сигнала на основной отражатель через вспомогательный отражатель, и
геометрическое измерительное устройство, выполненное с возможностью сканирования внутренней поверхности основного отражателя путем измерения расстояния от геометрического измерительного устройства до множества выбранных точек на внутренней поверхности основного отражателя и с возможностью выдачи набора элементов данных, представляющих геометрические параметры внутренней поверхности основного отражателя,
причем вспомогательный отражатель содержит множество исполнительных устройств, распределенных по его внешней поверхности и прикрепленных к указанной поверхности, а каждое исполнительное устройство из множества исполнительных устройств выполнено с возможностью локального деформирования поверхности вспомогательного отражателя, прилегающей к данному исполнительному устройству, в ответ на изменение положения исполнительного устройства.
2. Антенный узел по п. 1, отличающийся тем, что множество исполнительных устройств распределено с промежутками по выбранной зоне внешней поверхности вспомогательного отражателя.
3. Антенный узел по п. 1, отличающийся тем, что каждое из исполнительных устройств выполнено с возможностью изменения своего положения в ответ на управляющий сигнал.
4. Антенный узел по п. 3, отличающийся тем, что дополнительно содержит управляющий модуль, включающий
контроллер;
модуль памяти;
модуль долговременного носителя информации; и
модуль ввода/вывода.
5. Вспомогательный отражатель для использования в антенном узле, содержащий
множество исполнительных устройств, распределенных по его внешней поверхности и прикрепленных к указанной поверхности, причем каждое исполнительное устройство из множества исполнительных устройств выполнено с возможностью локального деформирования поверхности вспомогательного отражателя, прилегающей к данному исполнительному устройству, в ответ на изменение положения исполнительного устройства;
геометрическое измерительное устройство, выполненное с возможностью сканирования внутренней поверхности основного отражателя антенного узла путем измерения расстояния от геометрического измерительного устройства до множества выбранных точек на внутренней поверхности основного отражателя и с возможностью выдачи набора элементов данных, представляющих геометрические параметры внутренней поверхности основного отражателя; и
управляющий модуль, выполненный с возможностью управления положением каждого исполнительного устройства из множества исполнительных устройств.
6. Вспомогательный отражатель по п. 5, отличающийся тем, что указанное множество исполнительных устройств распределено по выбранной зоне внешней поверхности вспомогательного отражателя.
7. Вспомогательный отражатель по п. 5, отличающийся тем, что модуль управления содержит
контроллер;
модуль памяти;
модуль долговременного носителя информации; и
модуль ввода/вывода.
8. Вспомогательный отражатель по п. 7, отличающийся тем, что модуль долговременного носителя информации хранит программу, которая при исполнении контроллером обеспечивает подачу модулем ввода/вывода управляющих сигналов в исполнительные устройства.
9. Вспомогательный отражатель по п. 8, отличающийся тем, что дополнительно содержит карту искажений отражателя (КИО), сохраненную в модуле долговременного носителя информации.
10. Антенный узел по п. 4, отличающийся тем, что геометрическое измерительное устройство содержит измеритель расстояния, расположенный вблизи облучателя и выполненный с возможностью сканирования и записи значений расстояния от измерителя расстояния до выбранных точек на внутренней поверхности основного отражателя и с возможностью сохранения этих значений в модуле долговременного носителя информации.
11. Способ настройки антенного узла, содержащего основной отражатель, вспомогательный отражатель и облучатель, включающий:
прием карты исходных деформаций основного отражателя;
прием основным отражателем устойчивого передаваемого сигнала и запись сигнала, принятого в облучателе;
приведение в действие исполнительного устройства, расположенного на внешней поверхности вспомогательного отражателя и выполненного с возможностью локального изменения кривизны вспомогательного отражателя до тех пор, пока сигнал, принимаемый в облучателе, не достигнет максимального значения, фиксацию исполнительного устройства и запись его состояния;
последовательное повторение предыдущего шага для каждого из исполнительных устройств, расположенных на вспомогательном отражателе;
сохранение значений, представляющих состояние исполнительных устройств, в носителе информации в наборе данных, указывающем состояние исполнительных устройств, соответствующее максимуму максимумов; и
выполнение, посредством геометрического измерительного устройства, измерения расстояния от геометрического измерительного устройства до множества выбранных точек на внутренней поверхности основного отражателя с выдачей набора элементов данных, представляющих геометрические параметры внутренней поверхности основного отражателя.
12. Способ настройки антенного узла, содержащего основной отражатель, вспомогательный отражатель, оснащенный множеством исполнительных устройств, выполненных с возможностью локального изменения кривизны вспомогательного отражателя в ответ на инициирующий сигнал, и облучатель, включающий:
размещение множества датчиков передаваемого сигнала в целевой зоне передаваемого сигнала, облучающего антенный узел;
инициирование передачи из антенного узла;
измерение и запись уровня мощности передаваемого сигнала на каждом датчике из множества датчиков, а также местоположения соответствующего датчика;
выделение из записанных значений карты фактического пятна облучения, создаваемого антенным узлом;
сравнение выделенной карты пятна облучения с требуемым пятном;
подачу инициирующих сигналов в по меньшей мере некоторые из указанных исполнительных устройств с целью изменения кривизны вспомогательного отражателя таким образом, чтобы пятно облучения антенного узла в целевой зоне соответствовало требуемому пятну; и
выполнение, посредством геометрического измерительного устройства, измерения расстояния от геометрического измерительного устройства до множества выбранных точек на внутренней поверхности основного отражателя с выдачей набора элементов данных, представляющих геометрические параметры внутренней поверхности основного отражателя.
13. Антенный узел по п. 4, отличающийся тем, что управляющий модуль выполнен с возможностью вычисления дефектов и искажений основного отражателя на основании набора элементов данных, представляющих геометрические параметры внутренней поверхности основного отражателя, и с возможностью вычисления вектора коррекции, содержащего значения перемещений для по меньшей мере одного исполнительного устройства из множества исполнительных устройств на основании вычисленных дефектов и искажений основного отражателя.
14. Вспомогательный отражатель по п. 5, отличающийся тем, что управляющий модуль выполнен с возможностью вычисления дефектов и искажений основного отражателя на основании набора элементов данных, представляющих геометрические параметры внутренней поверхности основного отражателя, и с возможностью вычисления вектора коррекции, содержащего значения перемещений для по меньшей мере одного исполнительного устройства из множества исполнительных устройств на основании вычисленных дефектов и искажений основного отражателя.
15. Способ по п. 11, отличающийся тем, что дополнительно включает:
вычисление дефектов и искажений основного отражателя на основании набора элементов данных, представляющих геометрические параметры внутренней поверхности основного отражателя, и
вычисление вектора коррекции, содержащего значения перемещений для по меньшей мере одного исполнительного устройства из множества исполнительных устройств на основании вычисленных дефектов и искажений основного отражателя.
16. Способ по п. 12, отличающийся тем, что дополнительно включает:
вычисление дефектов и искажений основного отражателя на основании набора элементов данных, представляющих геометрические параметры внутренней поверхности основного отражателя, и
вычисление вектора коррекции, содержащего значения перемещений для по меньшей мере одного исполнительного устройства из множества исполнительных устройств на основании вычисленных дефектов и искажений основного отражателя.
