АНТЕННОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 1996 года по МПК H01Q15/08 

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано для создания антенн, обеспечивающих прием сигналов с различных направлений, в частности, для создания антенн наземной системы спутниковой связи и телевизионного вещания.

Известно антенное устройство [1] содержащее параболический отражатель и облучатель, установленные на поворотном устройстве, используемое в составе наземной системы спутникового телевидения (СТВ). Однако недостатком устройства [1] является возможность его наведения только на один источник излучения, в то время как на стационарной орбите размещены несколько искусственных спутников Земли, используемых в СТВ. Устройство [1] позволяет лишь поочередно наводиться на ИСЗ, не обеспечивая при этом одновременный прием телевизионных программ от нескольких спутников-ретрансляторов.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемым результатам является антенное устройство, содержащее сферическую линзу центральной симметрии и облучатели, расположенные на сферической поверхности, концентричной поверхности сферической линзы центральной симметрии [2]
Размещение излучателей под заданным углом к оси сферической линзы центральной симметрии позволяет выполнять прием сигналов, излученных с направлений, совпадающих с направлением от излучателя на центр сферической линзы центральной симметрии.

Однако нерешенные вопросы установки линзы и облучателей не позволяют использовать устройство [2] в наземной системе спутникового телевидения и обеспечить максимально возможное значение КУ антенного устройства в направлении на любой из видимых в точке стояния антенного устройства ИСЗ за счет затенения излучающей поверхности элементами конструкции и удобство настройки антенного устройства при его вводе в эксплуатацию.

Целью изобретения является обеспечение возможности использования антенного устройства в наземной системе спутникового телевидения с одновременным повышением коэффициента усиления антенного устройства и упрощение процесса настройки.

Это достигается тем, что в антенном устройстве, включающем сферическую линзу центральной симметрии и облучатели, расположенные на сферической поверхности, концентричной поверхности сферической линзы центральной симметрии, введены дуговой держатель, концентричный поверхности сферической линзы центральной симметрии, которая прикреплена к его свободным концам в своих полярных точках, азимутальная и угломестные направляющие, выполненные в виде отрезков дуг, причем на каждой угломестной направляющей размещено по одному облучателю с возможностью перемещения и фиксации, азимутальная направляющая прикреплена к дуговому держателю с его внутренней стороны перпендикулярно ему в плоскости, перпендикулярной оси сферической линзы центральной симметрии, проходящей через полярные точки крепления, концентрично поверхности сферической линзы центральной симметрии, угломестные направляющие установлены на азимутальной направляющей перпендикулярно ей и концентрично поверхности сферической линзы центральной симметрии с возможностью перемещения и фиксации, а также подставка, соединенная с наружной стороной дугового держателя, который расположен в вертикальной плоскости, а ось сферической линзы центральной симметрии, проходящая через полярные точки крепления, составляет с местной вертикалью угол α ≃ (90-Φ-9,2 sinΦ)^°, отсчитываемый от указанной оси в сторону дугового держателя, длина азимутальной направляющей l_аз должна удовлетворять условию
l_аз ≅ 2R₁ arctg (R₃/R), а длина каждой угломестной составляющей равна
l_ум 0,2 R₂, где Φ широта места установки антенного устройства,
R радиус сферической линзы центральной симметрии;
R₁ радиус азимутальной направляющей;
R₂ радиус угломестной направляющей;
R₃ расстояние от фазового центра каждого облучателя до центра сферической линзы центральной симметрии.

С целью расширения функциональных возможностей антенного устройства наружная сторона дугового держателя выполнена в виде сектора зубчатого колеса и входит в зацепление с введенным червяком, снабженным приводом и закрепленным горизонтально на подставке. Для дополнительного повышения КУ антенного устройства каждый облучатель установлен с возможностью перемещения вдоль направления на центр сферической линзы центральной симметрии. Для настройки по поляризации каждый облучатель установлен с возможностью поворота вокруг собственной оси.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемое техническое решение отличается тем, что сферическая линза центральной симметрии (СЛЦС) закреплена на дуговом держателе, установленном на подставке, с указанной ориентацией, а облучатели размещены на направляющих с возможностью их огpаниченого перемещения по сферической поверхности, концентричной поверхности СЛЦС, с последующей фиксацией. Возможно также выполнение наружной стороны дугового держателя в виде сектора зубчатого колеса, входящего в зацепление с червяком, снабженным приводом и установленным горизонтально на подставке.

На чертеже приведена конструкция антенного устройства.

Антенное устройство включает сферическую линзу центральной симметрии 1, закрепленную своими полярными точками 2 на свободных концах дугового держателя 3, концентричного поверхности СЛЦС 1; азимутальная 4 и угломестные 5 направляющие, выполненные в виде отрезков дуг, причем на каждой угломестной направляющей 5 размещены по одному облучателю 6 с возможностью перемещения и фиксации, азимутальная направляющая 4 прикреплена к дуговому держателю 3 с его внутренней стороны перпендикулярно ему и концентрично поверхности СЛЦС 1. Угломестные направляющие 5 установлены на азимутальной направляющей 4 перпендикулярно ей и концентрично поверхности СЛЦС 1 с возможностью перемещения и фиксации. Основание 7 соединено с наружной стороной дугового держателя 3, при этом последний расположен в меридиональной плоскости, а ось СЛЦС 1, проходящая через полярные точки 2, составляет с местной вертикалью угол α ≃ (90-Φ-9,2 sinΦ)^° отсчитываемый от указанной оси в сторону дугового держателя. Наружная сторона держателя 3 может быть выполнена в виде сектора зубчатого колеса 8, которое входит в зацепление с червяком 9, снабженным приводом 10. Ролики 11 удерживают держатель 3 в вертикальной плоскости. Антенное устройство работает следующим образом.

Как известно, ИСЗ спутниковой системы телевидения располагаются на стационарной орбите в экваториальной плоскости. Эти ИСЗ излучают СВЧ телевизионные сигналы, которые падают на антенное устройство под различными углами в плоскости, близкой к экваториальной. После фокусировки плоских волн, пришедших с каждого направления, осуществляется их причем в точках фокусировки на фокальной сферической поверхности облучателями 6, которые для обеспечения оптимального приема размещаются в точках пересечения фокальной сферической поверхности СЛЦС 1 с прямыми, проходящими через ИСЗ и центр СЛЦС 1. Для оптимального приема необходимо обеспечить максимальный КУ антенного устройства в направлении на каждый из ИСЗ, что, в свою очередь, может быть обеспечено следующими путями:
обеспечить "чистую" (без затенений) поверхность полусферы СЛЦС 1 в направлении каждого ИСЗ;
обеспечить возможность перемещения облучателей 6 по фокальной сферической поверхности СЛЦС 1.

Это обеспечивается, если СЛЦС 1 закрепить ее полярными точками 2 на свободных концах дугового держателя 3 концентрично поверхности СЛЦС 1. При этом дуговой держатель 3 расположен в меридиональной плоскости и опирается на подставку 7, которая предназначена для установки антенного устройства на поверхности (например, крыше). Ось СЛЦС 1, проходящая через полярные точки крепления 2, составляет с местной вертикальной угол
α ≃ -Φ-arctg где R_зм ≃ 6400 км радиус Земли;
R_исз≃ 40000 км расстояние до ИСЗ (см.фиг.3).

Проведя расчеты, нетрудно получить, что угол наклона оси СЛЦС 1 равен
α ≃ (90-Φ-9,2 sinΦ)^° (1)
Очевидно в этом случае для каждого из ИСЗ на геостационарной орбите обеспечивается условие видимости "чистой" полусферы СЛЦС 1 без затенений даже при наличии узлов крепления в полярных точках 2.

Оптимальный прием также может быть обеспечен, если облучатели 6 размещены в точках фокусировки принятого поля. Это может быть обеспечено путем точной регулировки положения облучателей 6 по фокальной сферической поверхности, для чего каждый облучатель 6 размещен на угломестной направляющей 5 с возможностью перемещения и фиксации, а угломестные направляющие 5 размещены на азимутальной направляющей 4 перпендикулярно ей также с возможностью перемещения и фиксации. При этом направляющие 4 и 5 выполнены дуговыми и концентричными поверхности СЛЦС 1. Следует отметить, что условием минимального затенения поверхности СЛЦС 1 является также то, что азимутальная направляющая 4 должна быть прикреплена к дуговому держателю 3 с его внутренней стороны в плоскости, перпендикулярной оси СЛЦС 1, проходящей через полярные точки 2.

Путем перемещения облучателей 6 по угломестным направляющим 5 и угломестных направляющих 5 по азимутальной направляющей 4 обеспечивается перемещение каждого из облучателей 6 по фокальной сферической поверхности СЛЦС 1 до получения максимального сигнала с выхода каждого облучателя 6 и последующего закрепления каждого из облучателей 6 на соответствующей угломестной направляющей 5 и каждой угломестной направляющей 5 на азимутальной направляющей 4. Данная конструкция значительно облегчает выполнение настройки антенного устройства после его установки на месте эксплуатации.

Максимальная длина азимутальной направляющей 5 l_аз может быть определена из условий отсутствия затенения источника системой облучателей. При этом искомая длина составит
l_аз 2R₁ arctg (R₃/R₁), где R радиус сферы СЛЦС 1;
R₁ радиус азимутальной направляющей;
R₃ расстояние от фазового центра облучателя 6 до центра СЛЦС 1.

Длина угломестной направляющей 5 может быть определена из условия обеспечения возможности перемещения облучателя 6 при различных азимутах ИСЗ. Как следует из формулы (1) максимальная поправка к углу наклона оси СЛЦС 1 составит 9,2 ^о. С учетом возможной неточности установки оси СЛЦС 1 целесообразно принять диапазон регулировки угла места каждого облучателя 0,2 рад. Отсюда длина угломестной направляющей 5 равна
l_ум 0,2 R₂, где R₂ радиус угломестной направляющей 5.

В случае линейной поляризации настройка плоскости поляризации облучателя осуществляется путем поворота его вокруг собственной оси. Причем угол поворота плоскости поляризации относительно меридиальной плоскости составляет 0^о для направления на юг и монотонно изменяется до значений ±α на краях сектора видимости геостационарной орбиты.

Если место установки антенного устройства заранее известно, то угол наклона оси СЛЦС 1 устанавливается при изготовлении соответствующим закреплением держателя 3 на основании 7. Если же место установки антенного устройства заранее неизвестно, то целесообразно сделать положение оси СЛЦС 1 регулируемым. Для этой цели наружная сторона дугового держателя 3 выполнена в виде сектора зубчатого колеса 8, которое входит в зацепление с червяком 9, снабженным приводом 10 и закрепленным горизонтально на подставке 7. В этом случае после установки антенного устройства на месте эксплуатации ось СЛЦС 1 устанавливается в соответствии с соотношением (1) путем вращения червяка 9.

Для компенсации несферичности фокальной поверхности СЛЦС 1, что также максимизирует КУ антенного устройства.

Таким образом, при использовании изобретения обеспечивается возможность использования антенного устройства, выполненного на основе сферической линзы центральной симметрии в наземной системе спутникового телевидения с одновременной максимизацией коэффициента усиления антенного устройства и упрощением процесса настройки с помощью предложенной конструкции крепления сферической линзы и облучателей.

Изобретение относится к антенной технике. Цель изобретения состоит в использовании антенного устройства в наземной системе спутникового телевидения с одновременным повышением коэффициента усиления антенного устройства и упрощения процесса настройки. Антенное устройство состоит из сферической линзы центральной симметрии (СЛЦС) 1 и облучателей 6, расположенных на сферической поверхности концентричной СЛЦС 1. СЛЦС 1 закреплена посредством дугового держателя 3 в своих полярных точках 2 на подставке 7. К дуговому держателю 3 с возможностью перемещения по нему и взаимно относительно одна другой, установлены азимутальная и угломестные направляющие 4 и 5, выполненные в виде отрезков дуг. На каждой угломестной направляющей 5 размещен облучатель 6, установленный с возможностью перемещения вдоль направления на центр СЛЦС 1, поворота вокруг собственной оси и фиксации. Причем ось СЛЦС 1, проходящая через полярные точки 2 крепления, составляет с местной вертикалью угол α≃ 1/2(90-Φ-9,2 sin Φ) градусов, длина азимутальной направляющей 4 l_а з ≅ 2R₁arctg(R₃/R), а длина каждой угломестной направляющей
5l_ум= 0,2 R₂,
где Φ - широта места установки антенного устройства, R - радиус СЛЦС 1, R₁ - радиус азимутальной направляющей 4, R₂ - радиус угломестной направляющей 5, R₃ - расстояние от фазового центра облучателя 6 до центра СЛЦС 1. 2 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. АНТЕННОЕ УСТРОЙСТВО, включающее сферическую линзу центральной симметрии и облучатели, расположенные на сферической поверхности, концентричной поверхности сферической линзы центральной симметрии, отличающееся тем, что с целью обеспечения возможности использования антенного устройства в наземной системе спутникового телевидения с одновременным повышением коэффициента усиления антенного устройства и упрощения процесса настройки, введены дуговой держатель, концентричный поверхности сферической линзы центральной симметрии, которая прикреплена к его свободным концам в своих полярных точках, азимутальная и угломестные направляющие, выполненные в виде отрезков дуг, причем на каждой угломестной направляющей размещено по одному облучателю с возможностью перемещения и фиксации, азимутальная направляющая прикреплена к дуговому держателю с его внутренней стороны перпендикулярно ему в плоскости, перпендикулярной оси сферической линзы центральной симметрии, проходящей через полярные точки крепления концентрично поверхности сферической линзы центральной симметрии, угломестные направляющие установлены на азимутальной направляющей перпендикулярно ей и концентрично поверхности сферической линзы центральной симметрии с возможностью перемещения и фиксации, а также подставка, соединенная с наружной стороной дугового держателя, который расположен в вертикальной плоскости, а ось сферической линзы центральной симметрии, проходящая через полярные точки крепления, составляет с местной вертикалью угол

отсчитываемый от указанной оси в сторону дугового держателя, длина азимутальной направляющей
l_а з ≅ 2R₁ arctg (R₃/R),
а длина каждой угломестной направляющей l_у м = 0,2 R₂, где Φ - широта места установки антенного устройства, R - радиус сферической линзы центральной симметрии, R₁ - радиус азимутальной направляющей, R₂ - радиус угломестной направляющей, R₃ - расстояние от фазового центра каждого облучателя до центра сферической линзы центральной симметрии. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что наружная сторона дугового держателя выполнена в виде сектора зубчатого колеса, входящего в зацепление с введенным червяком, снабженным приводом и закрепленным горизонтально на подставке. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что каждый облучатель установлен с возможностью перемещения вдоль направления на центр сферической линзы центральной симметрии и поворота вокруг собственной оси.