АНТЕННАЯ СИСТЕМА ДЛЯ СВЯЗИ С ЛЕТАЮЩИМИ ОБЪЕКТАМИ Российский патент 1995 года по МПК H01Q21/00 

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в линиях связи с летающими объектами, в частности в космических системах связи.

Цель изобретения - формирование равномерной фазовой характеристики излучения во всем угле обзора.

На фиг. 1 представлена блок-схема антенной системы; на фиг.2 - схема пространственного размещения излучателей (для простоты показаны не все излучатели).

Антенная система для связи с летающими объектами содержит излучатели 1 круговой поляризации, пронумерованные от номера 1 до номера N, фидеры 2, коммутатор 3; излучатели размещены на части сферы 4, при этом на фиг.1 показаны азимутальная плоскость 5, перпендикулярная продольной оси первого излучателя 1, коническая поверхность 6 и плоскость 7.

Антенная система работает следующим образом.

При эквидистантном размещении излучателей 1 с одинаковым углом отклонения их продольных осей от направления в зенит направление начального отсчета вариации фазы поля и углы ϕ, показывающие направление и величину углов разворота излучателей 1 вокруг их продольных осей, показаны на фиг.1. Там же пунктиром показана коническая поверхность 6, ось которой совпадает с продольной осью первого излучателя, вершина лежит в центре сферы, а угол при вершине равен углу отклонения продольных осей излучателей от оси симметрии сферы.

В момент совпадения линии связи с конической поверхностью 6 при необходимости осуществляется коммутация первого излучателя с любым другим излучателем. На фиг. 2 пунктиром показана, в качестве примера, плоскость 7, проходящая через продольную ось первого излучателя и середину расстояния между вторым и третьим излучателем.

При совпадении с этой плоскостью линии связи производится коммутация этих излучателей аналогично переключаются два любых соседних излучателя.

В системе целеуказания станции, в состав которой входит заявляемая антенная система, заранее заложены необходимые данные о режимах движения тех космических аппаратов (КА), с которыми проводятся сеансы связи. Поэтому, при появлении КА, например, из-за линии горизонта, по управляющей программе коммутатор 3 включит тот излучатель 1, в зоне обзора которого будет находиться КА. При переходе КА из зоны обзора одного излучателя в зону обзора другого, коммутатор 3 переключит излучатели 1, причем переключение произойдет либо в момент совпадения линии связи с конической поверхностью 6 (при переходе КА, например, из зоны обзора второго излучателя в зону обзора первого излучателя) или при совпадении линии связи с плоскостью 7 (при переходе КА из зоны обзора, например, второго излучателя в зону обзора третьего излучателя). Переключение излучателей таким образом производится для того, чтобы устранить или минимизировать скачки фазы принимаемого или излучаемого при этом сигнала.

В предлагаемой антенной системе для уменьшения скачков фазы электромагнитного поля при коммутации излучателей 1 предусмотрено следующее:
- продольные оси излучателей скрещивают в центре сферы,
- второй и последующие излучатели устанавливают эквидистантно по окружности в плоскости, перпендикулярной к оси первого излучателя,
- начала отсчетов вариации фазы полей первого и второго излучателей совмещают между собой по направлению и с плоскостью, в которой лежат их продольные оси,
- третий и последующие излучатели поворачивают вокруг продольных осей в направлении вращения поля этих излучателей, величина угла поворота определяется по формуле ϕ_k= ;
- коммутацию излучателей производят в моменты совпадения линии связи либо с конической поверхностью 6, либо с плоскостью 7,
- электрические длины фидеров 2 выбраны одинаковыми.

При совокупности всех указанных в формуле признаков скачки фазы во время коммутации удается либо полностью устранить, либо минимизировать.

Рассмотрим для примера величины фазового скачка при работе заявляемой антенной системы в двух крайних режимах движения КА относительно НС.

По первому режиму орбита КА проходит через зоны излучателей, например, третьего и первого. Из фиг.2 видно, что поля коммутируемых в этом случае излучателей в направлении на КА характеризуются одинаковым углом поворота вокруг их продольных осей относительно нулевого отсчета вариации фазы. Поэтому при коммутации излучателей в указанный выше момент, скачка фазы, обусловленного спиральфазовой природой электромагнитного поля излучателей круговой поляризации, не произойдет. При этом отсутствует также скачок фазы за счет пространственной разности фаз, так как расстояние от КА до обоих коммутируемых излучателей в этот момент одинаково. Таким образом, при движении КА из зоны первого в зону любого другого излучателя и, наоборот, скачка фазы поля сигнала при коммутации излучателей в предлагаемой антенной системе не будет.

По второму режиму орбита КА проходит через зоны двух любых соседних излучателей, исключая зону первого излучателя. Из фиг.1 и фиг.2 видно, что в этом случае поля излучателей в направлении на КА характеризуется углами поворота вокруг продольных осей относительно направления нулевого отсчета вариации фазы на величину, не превышающую ϕ = . Скачок фазы за счет пространственной разности фаз как и в первом режиме отсутствует.

В любых других режимах движения КА скачки фаз при коммутации излучателей не будут превышать величины ϕ = .

Величина этого скачка является предельно малой при использовании в данной антенной системе излучателей с круговой поляризацией. Очевидно, что чем больше количество излучателей, тем меньше будет величина скачка фазы, одновременно при повышении количества излучателей имеется возможность за счет уменьшения ширины ДН каждого из излучателей увеличивать К_y излучателей, повышая энергетические соотношения в линии.

Реализация предложенной антенной системы в полной совокупности ее существенных признаков позволяет применять ее в РЭС, использующих методы фазовой обработки сигнала. При этом скачки фазы сигнала оказываются минимально возможными и не вносят существенных помех в работу линии связи, что повышает надежность и устойчивость ее работы.

Использование: космические системы связи. Сущность изобретения: антенная система содержит N излучателей круговой поляризации, подключенных к коммутатору фидера равной длины. Излучатели размещены на части сферы, причем продольная ось первого излучателя направлена в зенит, а все последующие излучатели размещены эквидистантно, с одинаковым углом отклонения их продольных осей от направления в зенит, выбранным из предложенного соотношения. Посредством коммутатора осуществляют переключение излучателей так, что формируется равномерная фазовая характеристика излучения во всем углу обзора. 2 ил.

АНТЕННАЯ СИСТЕМА ДЛЯ СВЯЗИ С ЛЕТАЮЩИМИ ОБЪЕКТАМИ, содержащая N коммутируемых излучателей круговой поляризации, размещенных на части сферы так, что продольная ось первого излучателя круговой поляризации направлена в зенит, а второй и последующие излучатели круговой поляризации размещены эквидистантно вокруг первого с одинаковым углом отклонения их продольных осей от направления в зенит, коммутатор, имеющий один вход и N выходов, и N фидеров, соединяющих выходы коммутатора и излучатели круговой поляризации, отличающаяся тем, что, с целью обеспечения формирования равномерной фазовой характеристики излучения во всем угле обзора, оси излучателей круговой поляризации пересекаются в центре сферы, фидеры выполнены равной длины, второй и последующие излучатели круговой поляризации повернуты вокруг их продольных осей в направлении вращения поля на угол ϕ_к определяемый из соотношения

где K - порядковый номер излучателя круговой поляризации, возрастающий в направлении, обратном направлению вращения поля.