Способ построения антенной системы с изменяемым углом плоскости линейной поляризации




Владельцы патента RU 2793230:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") (RU)

Изобретение относится к антенной технике для мобильных наземных станций спутниковой связи с линейной поляризацией сигнала. Техническим результатом является независимость поляризационной развязки антенной системы от угла поворота плоскости поляризации сигнала. Предложен способ, в котором формируют плоскую антенную решетку из излучателей круговой поляризации, каждый из которых содержит пару скрещенных вибраторов, выполняют антенную решетку в виде массива антенных линеек из излучателей круговой поляризации, установленных горизонтально рядом друг с другом вплотную своими длинными сторонами, выполняют первые плечи первого и второго вибраторов каждого излучателя на одной стороне печатной платы, соединяют первые плечи первого и второго вибраторов печатной перемычкой длиной λ/4, где λ - длина волны середины рабочего диапазона частот. Выполняют вторые плечи первого и второго вибраторов каждого излучателя на другой стороне печатной платы, соединяют вторые плечи первого и второго вибраторов каждого излучателя печатной перемычкой длиной λ/4, выполняют первые и вторые плечи первого и второго вибраторов треугольной формы. Устанавливают над антенной решеткой параллельно ее плоскости поляризатор в виде антенной решетки проходного типа, при этом на нижней плоскости поляризатора устанавливают излучатели круговой поляризации, конструкция которых аналогична излучателям антенной решетки. 5 ил.

 

Изобретение относится к антенной технике, а именно к способам построения антенных систем (АС) и может быть использовано в мобильных наземных станциях спутниковой связи с линейной поляризацией сигнала.

Известен способ изменения плоскости поляризации для переносимых антенных систем в виде фазированной антенной решетки (ФАР) [1 - стр. 11. Explorer 510. User manual. Cobham. 2014], при котором наведение антенны на спутник осуществляют вручную, при этом поляризационный угол устанавливают вращением антенны по часовой или против часовой стрелки.

Недостатком известного способа является возможность работы только на стоянке в фиксированном месте.

Известен способ изменения плоскости поляризации для стационарных антенных систем в виде зеркальной антенны [2 - стр. 90. Фролов О.П. Антенны для земных станций спутниковой связи. М.: Радио и связь. 2000. - 376 с.], при котором наведение антенны на спутник осуществляют вручную, при этом варьирование плоскости принимаемого или передаваемого поля осуществляют вращением облучателя зеркальной антенны по часовой или против часовой стрелки.

Недостатком известного способа является возможность работы только при стоянке в фиксированном месте.

Известен способ изменения плоскости поляризации АС в виде антенной решетки (АР) [3 - с. 552. Верба B.C., Неронский Л.Б., Осипов И.Г., Турук В.Э. Радиолокационные системы землеобзора космического базирования. М: Радиотехника. 2010. - 670 с.], при котором АР выполняют из двухполяризационных щелевых излучателей, выполненных на тонкостенном прямоугольном волноводе. Один из излучателей выполняют на широкой, а второй - на узкой стенке волновода. Узкая стенка волновода с продольными щелевыми излучателями примыкает по всей длине к широкой стенке волновода с поперечными щелевыми излучателями. Для работы на вертикальной поляризации используют волноводы с щелевыми излучателями на широкой стенке, а для работы на горизонтальной поляризации используют волноводы с щелевыми излучателями на узкой стенке.

Недостатками известного способа являются:

- невозможность регулировки направления ориентации линейного вектора поляризации электрического поля, поскольку он определяется конструкцией антенного устройства. Работа возможна только с сигналами вертикальной или горизонтальной поляризации. Использование такого решения для построения АР для мобильной наземной станции спутниковой связи непригодно, т.к. ориентация линейного вектора поляризации электрического поля будет зависеть от ориентации АС в пространстве;

- возможность электронного сканирования лучом только в одной плоскости.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ построения антенной системы с изменяемым вектором поляризации [4 - с. 86-87, Мищенко С.Е., Землянский С.В., Колесников В.Н. и др. Методы синтеза антенных решеток по требованиям к векторной диаграмме направленности. Ростов-на-Дону,: Изд-во РСЭИ. 2010-110 с.], принятый за прототип, при котором формируют АР из излучателей круговой поляризации, каждый из которых содержит пару скрещенных вибраторов, устанавливают необходимый угол плоскости поляризации формируемого или принимаемого сигнала АР путем установки соответствующей разности амплитуд сигналов, при одинаковых фазах, подаваемых на каждую пару вибраторов.

Недостатками прототипа являются:

- высокая стоимость передающей АР при использовании ее в качестве АС мобильных наземных станций систем радиосвязи. Высокая цена обусловлена необходимостью использования двойного комплекта усилителей мощности (УМ), поскольку к каждому вибратору ортогональной поляризации для регулировки амплитуды сигнала подключается отдельный УМ;

- зависимость поляризационной развязки АР от угла направления ее луча.

Технической проблемой, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является снижение стоимости антенной системы.

Для решения указанной технической проблемы предлагается способ построения антенной системы с изменяемым углом плоскости линейной поляризации, при котором формируют плоскую антенную решетку из излучателей круговой поляризации, каждый из которых содержит пару скрещенных вибраторов.

Согласно изобретению, выполняют антенную решетку в виде массива антенных линеек из излучателей круговой поляризации, установленных горизонтально рядом друг с другом вплотную своими длинными сторонами, выполняют первые плечи первого и второго вибраторов каждого излучателя на одной стороне печатной платы, соединяют первые плечи первого и второго вибраторов печатной перемычкой длиной λ/4, где λ - длина волны середины рабочего диапазона частот, выполняют вторые плечи первого и второго вибраторов каждого излучателя на другой стороне печатной платы, соединяют вторые плечи первого и второго вибраторов каждого излучателя печатной перемычкой длиной λ/4, выполняют первые и вторые плечи первого и второго вибраторов треугольной формы, устанавливают над антенной решеткой параллельно ее плоскости поляризатор в виде антенной решетки проходного типа, при этом на нижней плоскости поляризатора устанавливают излучатели круговой поляризации, конструкция которых аналогична излучателям антенной решетки, соединяют каждый из них с излучателем линейной поляризации, расположенным на верхней плоскости поляризатора, устанавливают между нижними и верхними излучателями поляризатора проводящий экран, выполняют регулировку угла плоскости поляризации антенной системы путем вращения поляризатора в горизонтальной плоскости относительно антенной решетки.

Техническим результатом предлагаемого способа является независимость поляризационной развязки антенной системы от угла поворота плоскости поляризации сигнала.

Проведенный сравнительный анализ заявленного способа и прототипа показывает, что их отличие заключается в следующем:

- в предлагаемом способе для изменения угла плоскости поляризации используется вращение поляризатора над антенной решеткой, при этом используется один усилитель мощности (УМ) для подключения к каждой синфазной антенной линейке, в то время как в прототипе регулировка угла плоскости поляризации выполняется путем изменения амплитуды сигналов, подаваемых на скрещенные вибраторы. Для этого в прототипе необходимо использование двойного комплекта УМ, что значительно удорожает устройство;

- предлагаемый способ обеспечивает построение антенной системы с высокой поляризационной развязкой, не зависящей от угла сканирования луча, в то время как в прототипе поляризационная развязка значительно снижается при отклонении луча от нормали к раскрыву антенной решетки.

Сочетание отличительных признаков и свойства предлагаемого способа построения антенной системы с изменяемым углом плоскости линейной поляризации из литературы не известно, поэтому он соответствует критериям новизны и изобретательского уровня.

На фиг. 1 приведена конструкция антенной системы с изменяемым углом плоскости линейной поляризации, построенной по предложенному способу.

На фиг. 2 приведена конструкция антенной решетки.

На фиг. 3 приведена конструкция излучателей круговой поляризации.

На фиг. 4 приведена конструкция антенного элемента поляризатора.

На фиг. 5 приведена конструкция антенной системы с изменяемым углом плоскости линейной поляризации в сборе.

При реализации предложенного способа выполняется следующая последовательность действий:

- формируют плоскую антенную решетку из излучателей круговой поляризации, каждый из которых содержит пару скрещенных вибраторов - 1;

- выполняют антенную решетку в виде массива антенных линеек из излучателей круговой поляризации, установленных горизонтально рядом друг с другом вплотную своими длинными сторонами - 2;

- выполняют первые плечи первого и второго вибраторов каждого излучателя на одной стороне печатной платы, соединяют первые плечи первого и второго вибраторов печатной, перемычкой длиной λ/4, где λ - длина волны середины рабочего диапазона частот - 3;

- выполняют вторые плечи первого и второго вибраторов каждого излучателя на другой стороне печатной платы, соединяют вторые плечи первого и второго вибраторов каждого излучателя печатной перемычкой длиной А/4, выполняют первые и вторые плечи первого и второго вибраторов треугольной формы - 4;

- устанавливают над антенной решеткой параллельно ее плоскости поляризатор в виде антенной решетки проходного типа, при этом на нижней плоскости поляризатора устанавливают излучатели круговой поляризации, конструкция которых аналогична излучателям антенной решетки, соединяют каждый из них с излучателем линейной поляризации, расположенным на верхней плоскости поляризатора - 5;

- устанавливают между нижними и верхними излучателями поляризатора проводящий экран, выполняют регулировку угла наклона плоскости поляризации антенной системы путем вращения поляризатора в горизонтальной плоскости относительно антенной решетки - 6.

Конструкция антенной системы с изменяемым углом плоскости линейной поляризации, построенной по предложенному способу, включает в себя (фиг. 1) плоскую антенную решетку 1 круговой поляризации, размещенную в цилиндрическом корпусе 2. Над антенной решеткой 1 параллельно ее плоскости расположен поляризатор 3, размещенный в цилиндрическом корпусе 4, подвижно закрепленном в цилиндрическом корпусе 2 антенной решетки 1. Цилиндрический корпус 4 поляризатора 3 по своему периметру имеет зубцы 5.

Антенная решетка 1 включает в себя (фиг. 2) антенные линейки 6, установленные горизонтально рядом друг с другом вплотную своими длинными сторонами. На антенных линейках 6 расположены излучатели круговой поляризации 7. Сигнал возбуждения к излучателям круговой поляризации 7 подводится с помощью делителей мощности 8 и разъемов 9.

Излучатель круговой поляризации 7 включает в себя (фиг. 3) печатную плату 10, закрепленную над проводящим экраном 11. На печатной плате 10 выполнена пара скрещенных вибраторов, при этом на одной стороне печатной платы 10 располагают первое плечо 12 первого вибратора и первое плечо 13 второго вибратора, которые соединены печатной перемычкой 14 длиной λ/4, где λ - длина волны середины рабочего диапазона частот.

На другой стороне печатной платы 10 расположены второе плечо 15 первого вибратора и второе плечо 16 второго вибратора, которые соединены печатной перемычкой 17 длиной λ/4. Первое плечо 12 и второе плечо 15 первого вибратора, а также первое плечо 13 и второе плечо 16 второго вибратора выполняют треугольной формы. Печатная плата 10 закреплена над проводящим экраном 11 с помощью стойки 18.

Поляризатор 3 представляет собой антенную решетку проходного типа и содержит антенные элементы, каждый из которых состоит из двух излучателей (фиг. 4). На нижней плоскости поляризатора 3 устанавливают излучатели 19, обращенные к антенной решетке 1 и представляющие собой излучатели круговой поляризации, конструкция которых аналогична излучателю круговой поляризации 7 из антенной решетки 1 (фиг. 3). На верхней плоскости поляризатора 3 устанавливают излучатели линейной поляризации, представляющие собой печатные вибраторы, каждый из которых содержит первое 20 и второе 21 плечи, расположенные на вертикальной установленной печатной плате 22. Верхний и нижний излучатель 19 соединены печатным проводником 23, а между ними расположен проводящий экран 24.

Зубцы 5 поляризатора 3 входят в зацепление с зубцами ведущего зубчатого колеса 25 (фиг. 5).

Антенная система с изменяемым углом плоскости линейной поляризации работает следующим способом. В режиме передачи излучаемый радиосигнал поступает на разъемы 9 антенных линеек 6 и через делители мощности 8 поступает на излучатели круговой поляризации 7, которые формируют и излучают радиосигнал круговой поляризации.

Излучаемый излучателями круговой поляризации 7 радиосигнал принимается нижним излучателем 19 поляризатора 3 и передается на верхний излучатель, который излучает его в пространство. Связка нижний излучатель 19 с верхним излучателем преобразует сигнал круговой поляризации в сигнал линейной поляризации.

Для изменения угла наклона плоскости поляризации производится вращение поляризатора 3 относительно антенной решетки 1 в горизонтальной плоскости с помощью ведущего зубчатого колеса 25.

Изменяя фазы сигналов, подаваемых на антенные линейки 6 через разъемы 9, возможно выполнять электронное сканирование сформированного луча в плоскости, перпендикулярной расположению антенных линеек 6.

В режиме приема принимаемый сигнал линейной поляризации возбуждает на первом 20 и втором 21 плечах верхнего излучателя поляризатора 3 (фиг. 4) ток, который через печатный проводник 23 поступает на нижний излучатель 19, где преобразуется в сигнал круговой поляризации и далее передается на излучатели круговой поляризации 7 антенной решетки 1. Принятые сигналы с выходов излучателей круговой поляризации 7 суммируются в делителях мощности 8 и поступают на разъемы 9 антенных линеек 6.

Применение предлагаемого способа обеспечивает:

- изменение угла плоскости поляризации путем вращения поляризатора под антенной решеткой, при этом используется один усилитель мощности (УМ) для подключения к каждой синфазной антенной линейке, в то время как в прототипе регулировка угла плоскости поляризации выполняется путем изменения амплитуды сигналов, подаваемых на скрещенные вибраторы. Для этого в прототипе необходимо использование двойного комплекта УМ, что значительно удорожает устройство;

- построение антенной системы с поляризационной развязкой не менее 30 дБ, не зависящей от угла сканирования луча, в то время как в прототипе поляризационная развязка значительно снижается при отклонении луча от нормали к раскрыву антенной решетки.

Работоспособность предлагаемого способа была проверена на макете антенной системы (фиг. 1). Испытания показали совпадение полученных характеристик с расчетными.

Способ построения антенной системы с изменяемым углом плоскости линейной поляризации, при котором формируют плоскую антенную решетку из излучателей круговой поляризации, каждый из которых содержит пару скрещенных вибраторов, отличающийся тем, что выполняют антенную решетку в виде массива антенных линеек из излучателей круговой поляризации, установленных горизонтально рядом друг с другом вплотную своими длинными сторонами, выполняют первые плечи первого и второго вибраторов каждого излучателя на одной стороне печатной платы, соединяют первые плечи первого и второго вибраторов печатной перемычкой длиной λ/4, где λ - длина волны середины рабочего диапазона частот, выполняют вторые плечи первого и второго вибраторов каждого излучателя на другой стороне печатной платы, соединяют вторые плечи первого и второго вибраторов каждого излучателя печатной перемычкой длиной λ/4, выполняют первые и вторые плечи первого и второго вибраторов треугольной формы, устанавливают над антенной решеткой параллельно ее плоскости поляризатор в виде антенной решетки проходного типа, при этом на нижней плоскости поляризатора устанавливают излучатели круговой поляризации, конструкция которых аналогична излучателям антенной решетки, соединяют каждый из них с излучателем линейной поляризации, расположенным на верхней плоскости поляризатора, устанавливают между нижними и верхними излучателями поляризатора проводящий экран, выполняют регулировку угла наклона плоскости поляризации антенной системы путем вращения поляризатора в горизонтальной плоскости относительно антенной решетки.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к антенной технике и может использоваться для коррекции амплитудно-фазового распределения (АФР) в раскрываемых антенных решетках (АР) радиолокационных станций (РЛС), функционирующих после развертывания на носителе. Техническим результатом является повышение точности формирования диаграммы направленности АР с заданными параметрами в режимах излучения и приема на основе обеспечения достоверности юстировки положения раскрываемых секций АР при их развертывании.

Изобретение относится к области связи, в частности к радиотехническим беспроводным коммуникационным системам, а более конкретно к способам обработки сигналов в адаптивных антенных решетках (АР). Способ адаптации антенной решетки градиентной процедурой с переменным шагом состоит в том, что определенным образом выбирают начальные условия для градиентной процедуры в виде нулевых значений весового вектора и единичной мгновенной оценки матрицы входных сигналов, в последующем итерационно вычисляют значение выходного сигнала, сигнала ошибки, коэффициента усиления линейного рекуррентного фильтра.

Изобретение относится к области радиотехники, в частности, к способам обеспечения заданных свойств диаграмм направленности антенн радиоэлектронных средств для пространственной селекции помеховых сигналов, принимаемых по боковым лепесткам основной диаграммы направленности антенны. Техническим результатом является формирование диаграммы направленности антенны канала подавления боковых лепестков плоской цифровой фазированной антенной решетки в форме круга или эллипса.

Изобретение относится к методам обработки радиолокационных сигналов с перестройкой несущей частоты или сверхширокополосных сигналов и может быть использовано для формирования признаков классификации воздушных объектов в виде радиолокационных портретов (РЛП). Техническим результатом является разработка универсального способа устранения негативного влияния неравномерности частотной характеристики антенной системы, индифферентного к виду и форме антенны, а также к зависимости амплитуды отраженного сигнала от дальности в интересах корректности использования в радиолокаторах режимов портретирования (радиовидения) и последующей классификации.

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в системах радиолокации, радионавигации и радиосвязи, функционирующих в сложной помеховой обстановке. При реализации предлагаемого способа обработки сигналов в адаптивной антенной решетке при приеме коррелированных сигналов и помех выполняется следующая последовательность операций: принимаемые каждым N-м каналом адаптивной антенной решетки сигналы для заданного положения максимума диаграммы направленности, представляющие собой смесь полезного сигнала, помех и шума, разделяют по мощности на прошедшую и ответвленную части - 1; сигналы, соответствующие прошедшей части мощности, суммируют в N блоках комплексного взвешивания сигналов с полученными комплексными весовыми коэффициентами в каналах антенных элементов - 2; на основе сигналов, соответствующих ответвленной части мощности, формируют ковариационную матрицу, обращают ее и формируют пеленгационную характеристику на основе методов сверхразрешения, таких как метод Кейпона или «теплового шума» - 3; на основе пеленгационной характеристики формируют вектор весовых коэффициентов, соответствующий полезному сигналу, и вычитают его из сигналов, соответствующих ответвленной части мощности по соответствующим каналам - 4; из сигналов, в которых исключена составляющая полезного сигнала формируют ковариационную матрицу помех, обращают ее и находят оптимальный для адаптивной антенной решетки по критерию максимума отношения сигнал/(помеха+шум) вектор комплексных весовых коэффициентов - 5; суммируют сигналы с N блоков комплексного взвешивания сигналов, образуя выходной сигнал адаптивной антенной решетки - 6.

Изобретение относится к антенной технике и служит для адаптивной компенсации естественных и преднамеренных помех. Техническим результатом является увеличение глубины адаптивного подавления импульсных помех, действующих в направлениях боковых лепестков.

Изобретение относится к антенной технике, в частности к адаптивным антенным системам (ААС) для панорамных радиоприемников (ПРП). Техническим результатом является повышение точности оценивания навигационных параметров сигналов при использовании ПРП с ААС.

Устройство для эмуляции антенны, поддерживающей калибровку каналов, относится к области измерительного и тестового оборудования, которое предназначено для эмуляции работы многоэлементных антенных систем. Устройство для эмуляции антенны, поддерживающей калибровку каналов, отличающееся тем, что содержит: два основных разъема, являющихся входами устройства, эмулирующие основные входные разъемы антенной системы и предназначенные для подключения к основным выходным интерфейсам приемопередатчика системы связи; два блока изменения амплитуды, применения дополнительного поворота фазы и применения дополнительной групповой задержки к основным сигналам, принятым с двух основных разъемов, являющихся входами устройства; блок суммирования двух основных сигналов после изменения амплитуды, дополнительного поворота фазы и дополнительной групповой задержки для формирования выходного калибровочного сигнала; блок измерения отношения амплитуд, разности фаз и взаимных групповых задержек между двумя и более основными сигналами после изменения амплитуды, дополнительного поворота фазы и дополнительной групповой задержки; калибровочный разъем, являющийся выходом устройства, эмулирующий выходной калибровочный разъем антенной системы, предназначенный для подключения к входному калибровочному интерфейсу приемопередатчика системы связи и используемый для передачи выходного калибровочного сигнала.

Изобретение относится к области радиолокации, конкретно к обработке радиолокационного сигнала в импульсно-доплеровских радиолокационных станциях (РЛС), и может быть использовано в системах обработки первичной радиолокационной информации импульсно-доплеровских РЛС различного назначения. Техническим результатом изобретения является обеспечение перераспределения мощности передатчика: уменьшение среднего энергетического потенциала активной фазированной антенной решетки (АФАР) в течение излучения пачки зондирующих импульсов при сохранении характеристик принятого для обработки сигнала либо уменьшение потерь на обработку сигнала при сохранении среднего энергетического потенциала АФАР.

Способ ослабления в антенне релеевского замирания, обусловленного многолучевым распространением. Способ включает в себя подсоединение антенны на верхней части конструкции, покрытой слоем, поглощающим радиочастотное (РЧ) излучение, и имеющей такую форму, что любая отражающая поверхность указанной конструкции перпендикулярна входящему радиочастотному сигналу.

Изобретение относится к радиолокационной технике. Техническим результатом является повышение энергетического потенциала однопозиционной радиолокационной станции (далее РЛС) без увеличения мощности излучения и сохранении габаритных размеров антенны и формы ее результирующей (на передачу и прием сигналов) диаграммы направленности (ДН).
Наверх