Осесимметричная многодиапазонная многозеркальная антенна

Авторы патента:

H01Q5/30 - 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 2776723:

Федеральное государственное казенное образовательное учреждение высшего образования "Академия Федеральной службы безопасности Российской Федерации" (Академия ФСБ России) (RU)

Изобретение относится к антенной технике, в частности к антеннам земных станций спутниковых систем связи с ретрансляторами СВЧ-КВЧ диапазонов. Технический результат - повышение эффективности антенны при одновременном приеме радиоволн трех диапазонов частот. Технический результат достигается тем, что осесимметричная антенна, состоящая из трех облучателей, основного рефлектора с образующей в виде параболы, симметричного относительно ее фокальной оси, и вспомогательного контррефлектора, соосного параболе, отличается тем, что контррефлектор имеет форму параболы, вогнутой в сторону от рефлектора, причем фокальная ось этой параболы является и осью аксиальной симметрии антенны, и осью симметрии контррефлектора, а в ее фокусе установлен облучатель первого диапазона частот, на фокальной оси рефлектора соосно ему установлены осесимметричные вторичный рефлектор с сечением, подобным сечению рефлектора, и диаметром, равным диаметру контррефлектора, а также вторичный контррефлектор с сечением в виде эллипса, фокальная ось которого совпадает с осью аксиальной симметрии антенны, в фокусе эллипса, дальнем от вершины вторичного рефлектора и совпадающем с его фокусом, установлен облучатель второго диапазона частот, а в фокусе эллипса, ближнем к вершине вторичного рефлектора, установлен облучатель третьего диапазона частот. 1 ил.

Область техники, к которой относится изобретение

В настоящее время для радиосвязи и цифрового радиовещания широко используются искусственные спутники Земли (ИСЗ) - ретрансляторы, расположенные на геостационарной орбите (ГСО) и использующие одновременно диапазоны частот С, Ku и Ka. В перспективе планируется использование частотных диапазонов 40 ГГц и более [1].

Предлагаемое изобретение относится к области радиотехники и предназначено для использования в качестве антенн земных станций спутниковых систем связи с ретрансляторами СВЧ-КВЧ диапазонов, расположенными на ГСО, для работы одновременно в трех диапазонах частот.

Уровень техники

Известны [2] многодиапазонные двухзеркальные антенны, состоящие из основного параболического зеркала-рефлектора, вспомогательного зеркала-контррефлектора в виде эллипсоида или гиперболоида, соосного рефлектору, и облучателя в фокусе контррефлектора. Такие антенны позволяют организовывать радиосвязь через ИСЗ на ГСО одновременно в нескольких частотных диапазонах с использованием устройств разделения диапазонов частот [2, 3]. К недостаткам такой антенной системы относится пониженная ее эффективность при одновременном приеме нескольких диапазонов на один облучатель из-за потерь электромагнитной энергии в устройстве разделения диапазонов частот.

Известны двухзеркальные антенны типа Грегори с двумя облучателями, один из которых расположен в фокусе основного параболического рефлектора, а второй в фокусе эллиптического контррефлектора, удаленном от вершины параболического рефлектора [4]. Каждый из этих облучателей принимает свой диапазон частот с одного и того же направления. Такие антенны раздельно принимают одновременно два разных диапазона без применения устройства разделения диапазонов частот.

Раскрытие сущности изобретения

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении эффективности антенны при одновременном приеме трех диапазонов частот за счет исключения устройства разделения частот, вносящего дополнительные потери в тракт приема. Для этого предлагается осесимметричная многодиапазонная многозеркальная антенна, состоящая из трех облучателей, основного зеркала-рефлектора с образующей в виде параболы, симметричного относительно ее фокальной оси, и вспомогательного зеркала-контррефлектора, соосного параболе. При этом контррефлектор имеет форму параболы, вогнутой в сторону от рефлектора. Фокальная ось этой параболы является осью аксиальной симметрии антенны и одновременно осью симметрии контррефлектора, а в ее фокусе установлен облучатель первого диапазона частот. На фокальной оси рефлектора соосно ему установлены осесимметричные вторичный рефлектор с сечением, подобным сечению рефлектора, и диаметром, равным диаметру контррефлектора, а также вторичный контррефлектор с сечением в виде эллипса, фокальная ось которого совпадает с осью аксиальной симметрии антенны. В фокусе эллипса, дальнем от вершины вторичного рефлектора и совпадающем с его фокусом, установлен облучатель второго диапазона частот, а в фокусе эллипса, ближнем к вершине вторичного рефлектора, установлен облучатель третьего диапазона частот.

Краткое описание чертежей

Изобретение поясняется чертежом (фиг. 1), на котором обозначено:

1 - основное зеркало (рефлектор);

2 - контррефлектор;

3 - облучатель первого диапазона частот;

4 - вторичный рефлектор;

5 - вторичный контррефлектор;

6 - облучатель второго диапазона частот;

7 - облучатель третьего диапазона частот;

8 - ось аксиальной симметрии антенны;

9 - направление лучей облучателя 3 на края рефлектора 1;

10 - направление излучения антенны, формируемое облучателями 3, 6 и 7;

11 - направление лучей облучателя 6 на края вторичного рефлектора 4;

12 - направление лучей от вторичного рефлектора 4 к контррефлектору 2;

13 - направление лучей облучателей 6 и 7 на края рефлектора 1;

14 - направление лучей облучателя 7 от вторичного контррефлектора 5 к вторичному рефлектору 4.

Осуществление изобретения

Осесимметричная многодиапазонная многозеркальная антенна (фиг. 1) состоит из основного зеркала-рефлектора 1 и контррефлектора 2 в виде параболоидов вращения с совпадающими фокальными осями и фокусами образующих парабол, но обращенными в разные стороны вершинами. В общем фокусе парабол 1 и 2 размещается облучатель 3.

При подключении к облучателю 3 высокочастотного генератора первого диапазона частот облучатель 3 излучает поле первого диапазона частот в сторону рефлектора 1. Так как рефлектор обычно находится в дальней зоне излучения относительно облучателя, указанную волну можно рассматривать в виде лучей 9. Поскольку поверхность рефлектора 1 представляет собой параболоид, а облучатель находится в его фокусе, эти лучи после отражения формируют в раскрыве рефлектора синфазное электромагнитное поле, которое соответствует диаграмме направленности с максимумом излучения и, соответственно, приема с направления фокальной оси, совпадающей с направлением оси аксиальной симметрии антенны 8.

При подключении высокочастотного генератора второго диапазона частот к облучателю 6, расположенному в фокусе вторичного рефлектора 4, в его раскрыве также формируется синфазное поле, которое в дальней зоне образует плоскую волну. Эта волна распространяется вдоль фокальной оси и попадает на внутреннюю поверхность контррефлектора 2, после отражения от которого, проходя через фокус рефлектора 1, совпадающий с положением фокуса контррефлектора 2, возбуждает рефлектор 1 на частоте генератора второго диапазона частот. В раскрыве рефлектора 1 формируется синфазное поле второго диапазона частот с максимумом излучения и, соответственно, приема с того же направления аксиальной оси симметрии 8.

При подключении к облучателю 7, расположенному в фокусе, удаленном от вторичного контррефлектора 5, высокочастотного генератора третьего диапазона частот сферическая волна этого диапазона попадает на внутреннюю поверхность 5. После отражения от нее, в том числе и в виде лучей 14, после пересечения в фокусе вторичного контррефлектора 5, совпадающего по положению с фокусом вторичного рефлектора 4, поле третьего диапазона частот попадает на внутреннюю поверхность вторичного рефлектора. Согласно свойствам антенны Грегори, образуемой облучателем 7 и поверхностями вторичного контррефлектора 5 и вторичного рефлектора 4, в его раскрыве формируется плоская волна третьего диапазона частот. Эта волна распространяется в направлении аксиальной оси симметрии антенны и попадает на внутреннюю поверхность контррефлектора 2. После отражения от него, проходя через фокус рефлектора 1, совпадающий с положением фокуса контррефлектора 2, указанная волны возбуждает рефлектор 1 на частоте генератора третьего диапазона частот. За счет этого в раскрыве рефлектора 1 формируется синфазное поле третьего диапазона частот с максимумом излучения, а соответственно и приема, с того же направления аксиальной оси симметрии антенны 8.

Облучатели 3, 6 и 7 оказывают затеняющее воздействие на излучение друг друга. Вместе с тем, согласно геометрическим построениям хода лучей затеняющее действие облучателя 7, которое он оказывает на излучение облучателя 6, не превышает затенения от вторичного контррефлектора 5. Затеняющее воздействие облучателей 3 и 6 может быть минимизировано при соответствующем распределении диапазонов частот по облучателям. Если первый диапазон соответствует самым высоким частотам (например, Ka диапазон), второй диапазон - средним частотам (Ku диапазон), третий диапазон - низким частотам (С диапазон), то размеры облучателя 3 будут много меньше длин волн относительно второго и третьего диапазонов, а размеры облучателя 6 - много меньше длины волны третьего диапазона. В этом случае воздействие облучателей 3 и 6 на проходящие мимо них электромагнитные волны будет мало.

Для одновременной работы в нескольких диапазонах частот в известных антеннах используются облучатели, общие для нескольких диапазонов частот в совокупности с устройствами разделения диапазонов, вносящими дополнительные высокочастотные потери, снижающие коэффициент использования и повышающие шумовую температуру антенны. В предлагаемой антенне разделение диапазонов частот осуществляется методом пространственного разделения приема на несколько облучателей 3, 6 и 7, что повышает эффективность антенны.

Источники информации

1. Сподобаев М.Ю. Ключевые вызовы и основные тенденции развития отрасли спутниковой связи в среднесрочной перспективе / SATCOMRUS 2017, 1 ноября 2017 г.

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

3. Каскад приемного устройства СВЧ с разделением частот ортогональных поляризаций двух диапазонов частот: Патент RU 2136088: МПК Н01Р 1/161, Н04В 1/00 / A.M. Сомов, А.В. Пугачев. Заявка RU 98105930 от 17.03.1998 г. Опубл. 27.08.1999 г.

4. Многолучевая комбинированная зеркальная антенна. Патент RU 2627284: МПК H01Q 5/00 / A.M. Сомов. Заявка RU 2016127926 от 12.07.2016 г. Опубл. 04.08.2017 г.

Осесимметричная многодиапазонная многозеркальная антенна, состоящая из трех облучателей, основного зеркала-рефлектора с образующей в виде параболы, симметричного относительно ее фокальной оси, и вспомогательного зеркала-контррефлектора, соосного параболе, отличающаяся тем, что контррефлектор имеет форму параболы, вогнутой в сторону от рефлектора, причем фокальная ось этой параболы является осью аксиальной симметрии антенны и одновременно осью симметрии контррефлектора, а в ее фокусе установлен облучатель первого диапазона частот, на фокальной оси рефлектора соосно ему установлены осесимметричные вторичный рефлектор с сечением, подобным сечению рефлектора, и диаметром, равным диаметру контррефлектора, а также вторичный контррефлектор с сечением в виде эллипса, фокальная ось которого совпадает с осью аксиальной симметрии антенны, в фокусе эллипса, дальнем от вершины вторичного рефлектора и совпадающем с его фокусом, установлен облучатель второго диапазона частот, а в фокусе эллипса, ближнем к вершине вторичного рефлектора, установлен облучатель третьего диапазона частот.

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот и предназначено для согласования двух разнодиапазонных прямоугольных волноводов с объединенными коаксиальным и круглым волноводами. Устройство может быть использовано в облучателях параболических антенн систем связи, радиолокации, радионавигации, различной измерительной и специальной радиоаппаратуре.

Способ определения характеристик поверхностных электромагнитных волн в плазменных образованиях конечной длины // 2756460

Заявленный способ относится к радиотехнике с эксплуатацией особенностей плазмы в конденсированных средах и может быть использован для проектирования устройств радиотехники, включая передающие и приемные плазменные антенны (ПА). Техническим результатом является повышение точности определения характеристик поверхностных электромагнитных волн при проектировании ПА.

Широкополосная многоярусная многоспиральная антенная решетка, встроенная в конструктивный элемент воздушного летательного аппарата // 2756432

Заявленное изобретение относится к области антенной техники, в частности к антенным решёткам, предназначенным для установки на летательных аппаратах. Техническим результатом является улучшение аэродинамических характеристик антенны.

Способ информационной защиты распределенных случайных антенн // 2755522

Изобретение относится к области защиты конфиденциальной информации и может быть использовано для защиты радиотехнических систем, объединенных термином «распределенные случайные антенны». Техническим результатом является повышение эффективности защиты распределенной случайной антенны от утечки конфиденциальной информации.

Широкополосная треугольно-петлевая антенна // 2752558

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в качестве широкополосных антенн для телевидения и беспроводных сетей передачи информации, в антенных системах радиолокации и радиопеленгации, а также в комплексах радиомониторинга и радиоэлектронной борьбы. Техническим результатом изобретения является создание широкополосной треугольно-петлевой антенны с увеличенной полосой рабочих частот, повышенной надежностью и высокой технологичностью изготовления.

Малогабаритная двухдиапазонная антенна для имплантируемого кардиомонитора // 2752138

Изобретение относится к изделиям медицинской техники, а именно к имплантируемым кардиомониторам. Двухдиапазонная антенна для имплантируемого кардиомонитора с планарной структурой состоит из комбинации инвертированной F-антенны с монопольной антенной в форме прямоугольного меандра.

Антенный модуль и терминал // 2724311

Использование: для создания антенного модуля и терминала. Сущность изобретения заключается в том, что устройство содержит: ветвь возбуждения, первую ветвь, вторую ветвь, третью ветвь и заземляющую ветвь; ветвь возбуждения соединена с точкой возбуждения, а заземляющая ветвь соединена с точкой заземления; первая ветвь и третья ветвь являются вогнутыми ветвями; вторая ветвь представляет собой коленчатую ветвь; ветвь возбуждения, первая ветвь, вторая ветвь, третья ветвь и заземляющая ветвь соединены последовательно для формирования кольцевой структуры со щелью; щель расположена между ветвью возбуждения и заземляющей ветвью, и щель внутренне изолирована.

Антенна с настраиваемой апертурой с замкнутым контуром // 2705661

Изобретение относится к антенной технике. Способ управления радиочастотной (RF) схемой для установки связи по RF сети связи, содержащий этапы, на которых: устанавливают состояние настройки апертуры антенны согласно параметрам RF сети связи; определяют магнитуду и фазу переданного сигнала в прямом направлении и обратном направлении, определяют значение импеданса антенны с использованием различия в фазе между переданным сигналом в прямом направлении и обратном направлении и отношения, включающего в себя магнитуды переданного сигнала в прямом направлении и обратном направлении; определяют параметр показателя качества для состояния настройки апертуры антенны с использованием значения импеданса антенны; и изменяют состояние настройки апертуры антенны согласно параметру показателя качества.

Многочастотное приемоизлучающее антенное устройство // 2700031

Изобретение относится к аэро- и гидроакустике и дефектоскопии, для акустического каротажа и т.д., обеспечивая ультразвуковой эхопоиск с высокой пространственной избирательностью в широкой полосе частот. Многочастотное приемоизлучающее антенное устройство содержит излучающий тракт с генераторами электрических гармонических сигналов с разными частотами колебаний, умножители частоты, аналоговые ключи, усилители мощности, многоэлементный электроакустический преобразователь из полуволновых стержневых пьезоэлементов, образующих на излучающей поверхности одинаковые секторы из колебательных систем с резонансом на модах нормальных колебаний, многоканальную акустическую трубу, выполненную в первой части с одинаковой поперечно-секторной сотовой структурой из продольных каналов-резонаторов с длинами, на которых укладывается нечетное число четвертей длин волн, соответствующих частотам генераторов электрических гармонических сигналов, причем секторам многоэлементного электроакустического преобразователя соответствует поперечно-секторная сотовая структура из продольных каналов-резонаторов, акустический вентиль-отражатель, блок управления, импульсный генератор.

Двухдиапазонная вертикальная антенна // 2694641

Изобретение относится к сверхширокополосным антеннам с вертикальной поляризацией и круговой диаграммой направленности в горизонтальной плоскости. Двухдиапазонная вертикальная антенна содержит основание и связанную с ним излучающую часть, включающую в себя два симметричных вертикальных диполя, представляющих собой электропроводные трубы диаметром D1 и длиной L1, и согласующее устройство, через которое каждый из диполей соединен с линией питания.

Многолучевая многодиапазонная многозеркальная антенна // 2776725

Изобретение относится к антеннам земных станций спутниковых систем связи. Технический результат - повышение эффективности антенны при одновременном приеме радиоволн трех диапазонов частот. Результат достигается тем, что антенна, состоящая из систем облучателей, расположенных на трех концентричных дугах окружностей, лежащих в поперечной плоскости, основного рефлектора, имеющего в продольной плоскости, ортогональной плоскости дуг, форму параболы, вспомогательного контррефлектора и соосных с ними дополнительных рефлектора и контррефлектора, симметричных относительно фокальной оси параболы, сечения которых в поперечной плоскости представляют собой окружности, концентричные дугам облучателей, отличается тем, что сечение контррефлектора в продольной плоскости имеет вид параболы, вогнутой в сторону от рефлектора, ее фокальная ось и фокус совмещены с фокальной осью и фокусом рефлектора, дополнительный рефлектор с сечением, подобным сечению рефлектора, и дополнительный контррефлектор с сечением в виде эллипса, вогнутого в сторону контррефлектора, установлены так, что их фокальные оси совпадают с фокальной осью рефлектора, причем продольный размер дополнительного рефлектора совпадает с этим же размером контррефлектора, а фокус совмещен с ближним к дополнительному контррефлектору фокусу эллипса. 2 ил.