ПРИЕМНАЯ АНТЕННАЯ СИСТЕМА СПУТНИКОВОЙ СВЯЗИ Российский патент 1997 года по МПК H01Q15/02 

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к линзовым сканирующим антеннам, и может быть использована для приема сигналов со спутников связи, в частности для приема спутникового телевидения.

В настоящее время для приема с геостационарных спутников связи используются в основном зеркальные антенные системы, недостатком которых является необходимость механического сканирования.

Известны линзовые антенны, содержащие сферическую линзу Люнеберга с переменным коэффициентом преломления Сканирование в них производится перемещением одиночного облучателя по поверхности линзы или переключением неподвижных облучателей, расположенных на этой поверхности. Переключение производится устройством органного типа.

Известна линзовая антенна, выбранная в качестве прототипа, содержащая сферическую линзу, ряд волноводов-облучателей, подключенных через возбудители, короткую питающую линию к переключателю каналов.

Недостатками указанных устройств являются узкий диапазон частот, определяемый волноводом, невозможность работы на разных типах поляризации волны и разных диапазонах частот. Сплошное расположение облучателей приводит к провалам диаграммы направленности из-за сильной взаимосвязи близкорасположенных облучателей.

Цель изобретения создание простой приемной антенны спутниковой связи обеспечивающей прием сигналов нескольких спутников без механического сканирования лучей, различного частотного диапазона и на всех видах поляризации волн.

Цель достигается тем, что приемная антенная система спутниковой связи, содержащая сферическую линзу Люнеберга, ряд облучателей, размещенных вдоль фокальной поверхности сферической линзы, переключатель каналов, коаксиальные кабели снабжена многовходовым согласующим трансформатором, преобразователем частоты, первым и вторым усилителем частоты и резонатором, а облучатели выполнены в виде отрезков круглых волноводов с двумя взаимно-перпендикулярными волноводно-коаксиальными переходами, многовходовый согласующий трансформатор выполнен в виде отрезков четвертьволновой длины соединенных в звезду, выходом которого служит точка соединения лучей, а коаксиальные кабели имеют длину кратную длине волны, причем облучатели через волноводно коаксиальные переходы и переключатель каналов подключены ко входам первых усилителей, выходы которых через коаксиальные кабели и согласующий трансформатор подключены ко входу второго усилителя, выход второго усилителя через резонатор соединен с преобразователем частоты.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемое отличается наличием новых элементов: первым и вторым усилителем, многовходовым согласующим трансформатором, резонатором, и преобразователем частоты, а также выполнением элементов и их включением, а именно облучатели выполнены в виде отрезков круглого волновода, согласующий трансформатор выполнен многовходовым, переключатель подключен непосредственно к волноводно-коаксиальному переходу. Таким образом, предлагаемое устройство соответствует критерию "новизна".

Сравнение предлагаемого с другими техническими решениями показывает, что усилители, согласующие трансформаторы, резонаторы, преобразователи частоты, выполнение облучателей в виде отрезков кругового волновода, а также использование диэлектрической пластины широко известны.

Однако при их введении в указанной связи в предлагаемое устройство антенна становится более простой, многолучевой, многодиапазонной. Это позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию "изобретательский уровень".

На чертеже представлена блок-схема антенной системы.

Антенная система содержит сферическую линзу 1 Люнеберга, ряд облучателей 2, расположенных в фокальной плоскости сферической линзы. Облучатели 2 выполнены в виде отрезков круглых волноводов, и снабжены двумя волноводно-коаксиальными переходами 3 и 4, расположенными вертикально и горизонтально на расстоянии четверти длины волны друг от друга. К волноводно-коаксиальным переходам через переключатели 5 подключены входы первых усилителей 6, выходы которых через коаксиальный кабель 7 подключены ко входам согласующего трансформатора 8. Выход трансформаторов 8 соединен со входом вторых усилителей 9, выход которых соединен с резонаторами 10. К резонаторам 10 подключены преобразователи частоты 11. Преобразователи частоты 11 через блок управления 12 соединяется с приемным устройством 13. Для приема волн круговой поляризации в круглый волновод облучателя 2 устанавливается диэлектрическая пластина между волноводно-коаксиальными переходами под углом 45 к ним. Согласующий трансформатор 8 выполнен в виде отрезков четвертьволновой длины, соединенных в звезду, а точка соединения отрезков служит выходом трансформатора 8. Коаксиальные кабели 7 выбираются длиной равной кратной целому числу волн. Усилители 6 и 9 выполнены апериодическими малошумящими. Переключатели 5 выполнены в виде транзисторных ключей. Количество облучателей 2 определяется количеством спутников связи, находящихся в рабочей зоне линзы 1.

Антенная система работает следующим образом.

Линза 1 Люнеберга фокусирует идущие от спутников связи сигналы в точках фокальной плоскости сферической линзы, диаметрально противоположных нахождению спутника. В этих точках размещают облучатели 2. Сфокусированный сигнал возбуждает в волноводе облучателя 2 соответствующие поляризации передаваемым спутником волны. Сигналы спутника с вертикальнойполяризацией волн возбуждают в волноводе волны типа Н01, которые могут сниматься только вертикальным возбудителем волновода и не оказывают никакого влияния на горизонтальный возбудитель. И наоборот, при приеме сигналов с горизонтальной поляризацией сигналы воспринимаются только на горизонтальный возбудитель. Для приема сигналов с круговой поляризацией используют облучатель 2 с диэлектрической пластиной. Диэлектрическая пластина производит задержку электрической составляющей волны на 90 и волны типа Н11 преобразуются в волны типа Н01 или Н10, которые и воспринимаются вертикальным или горизонтальным волноводно-коаксиальным переходом. Блок управления 12 производит включение выбранного переключателя 5. Сфокусированный линзой сигнал через волноводно-коаксиальный переход 3 или 4, в зависимости от поляризации принимаемого сигнала, и включенный ключ 5 поступает на вход первого усилителя 6. Предварительно усиленный сигнал с выхода усилителя 6 через коаксиальный кабель 7 поступает на один из входов согласующего трансформатора 8 и дальше на вход второго усилителя 9. Выполнение коаксиального кабеля 7 длиной кратной длине волны совместно с согласующим трансформатором 8 позволяет установить наиболее оптимальный режим бегущей волны. Включение динамического сопротивления на входе и выходе коаксиальной линии 7 компенсирует рассогласование, вносимое изменением частоты и позволяет получить согласованный режим в диапазоне частот, а не на одной фиксированной частоте. С выхода второго усилителя 9 сигнал поступает через резонатор 10 на преобразователь частоты. В резонаторе 10 происходит фильтрация шумов и электрическая развязка, что исключает взаимное влияние гетеродина преобразователя частоты 11 и усилителей 5 и 9. Преобразованный сигнал подается на приемное устройство 13. Коэффициент усиления линзы 1 обеспечивает величину сигнала, достаточную для чувствительности простого усилителя 6. Так, например, линза с оптимальным диаметром 0,3 м обеспечивает усиление сигнала в 30 dB. Принимаемый сигнал со спутника телевидения достаточен для нормальной работы простого апериодического малошумящего усилителя на одном-двух транзисторах. Простота усилителя 6 позволяет смонтировать его непосредственнона облучателе 2 совместно с транзисторным ключом 5. Коэффициент усиления усилителя 6 выбирается небольшим, обеспечивающим компенсацию потерь в коаксиальной линии 7, что также упрощает устройство. Использование гибких коаксиальных линий 7 для связи облучателей 2 с основной схемой обработки принимаемого сигнала позволяет перемещать облучатели 2 вдоль всей рабочей фокальной поверхности линзы 1 и устанавливать их в точке диаметрально противоположной принимаемого конкретного спутника, а также удалить излучающие элементы преобразователь частоты 11, резонатор 10 от облучателей, что снижает уровень помех. Коэффициент усиления второго усилителя 9 выбирается достаточным для обеспечения нормальной работы преобразователей частоты 11 и приемного устройства 13. Для приема сигналов спутникового телевидения с линзой 0,3 м для нормальной работы телевизора достаточно коэффициента усиления в 10-15 dB. Все это позволяет создать многоканальную антенну спутникового телевидения индивидуального пользования.

Изобретение позволяет получить антенну для приема спутников связи, в частности может использоваться в качестве индивидуальной антенны для приема спутникового телевидения. Переключение каналов не требует механической перенастройки антенны и осуществляется с пульта управления. Антенная система содержит сферическую линзу 1 Люнеберга, ряд облучателей 2, расположенных в фокальной плоскости сферической линзы. Облучатели 2 выполнены в виде отрезков круглых волноводов, и снабжены двумя возбудителями 3 и 4, расположенными вертикально и горизонтально на расстоянии четверти волны друг от друга. Возбудители через переключатели 5 подключены к входу первых усилителей 6, выходы которых через коаксиальный кабель 7 подключены к входам согласующего трансформатора 8. Выход трансформаторов 8 соединен с входом вторых малошумящих усилителей 9, выход которых соединен с резонаторами 10. К резонаторам 10 подключены преобразователи частоты 11. Преобразователи частоты через блок управления 12 соединяется с приемным устройством 13. Для приема волн круговой поляризации с линейными возбудителями в круглый волновод облучателя 2 устанавливается диэлектрическая пластина 13 под углом в 45 к облучателям. 3 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. Приемная антенная система спутниковой связи, содержащая линзу Люнеберга, вдоль фокальной поверхности которой размещен ряд облучателей, и переключатели, отличающаяся тем, что введены резонатор, преобразователь частоты, усилители и многовходовый согласующий трансформатор, к выходу которого через резонатор подключен преобразователь частоты, а каждый вход многовходового согласующего трансформатора подключен к выходу соответствующего облучателя через последовательно соединенные усилитель и переключатель. 2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что многовходовый согласующий трансформатор выполнен в виде отрезков коаксиального кабеля четвертьволновой длины, соединенных в звезду, выходом которого является точка соединения этих отрезков. 3. Система по п. 2, отличающаяся тем, что каждый облучатель выполнен в виде отрезка круглого волновода, внутри которого установлены на расстоянии в четверть длины волны друг от друга два взаимно перпендикулярных возбудителя, соединенных с коаксиальными кабелями. 4. Система по п. 3, отличающаяся тем, что каждый облучатель снабжен диэлектрической пластиной, диаметрально расположенной в круглом волноводе между возбудителями.