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

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к линзовым антеннам, и может быть использовано для приема сигналов со спутников связи, и 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 с переменным коэффициентом отражения. Сканирование в них производится перемещением одиночного облучателя по поверхности линзы или переключением неподвижных облучателей, расположенных на этой поверхности. Переключение производится устройством органного типа [1,2]
Известна линзовая антенна, выбранная в качестве прототипа, содержащая сферическую линзу, ряд волноводов-облучателей, подключенных через возбудители, и короткую питающую линию к переключателю каналов [3]
Недостатком указанных устройств является 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 близко расположенных облучат елей, невозможность использования антенны в зонах ослабленного сигнала спутника.

Целью изобретения является создание простой приемной антенны спутниковой связи, обеспечивающей прием сигнала от нескольких спутников без механического сканирования лучей, различного частотного диапазона на всех видах поляризации волн и в зонах ослабленного сигнала.

Цель достигается тем, что антенная система спутниковой связи содержит сферическую линзу, вдоль фокальной поверхности которой размещено N облучателей, где N 2, 3, 4. и N переключателей. Антенная снабжена последовательно соединенными коммутатором, резонансной камерой и преобразователем частоты, а каждый облучатель выполнен в виде последовательно установленных согласующего элемента и возбудителей, выходы которых подсоединены к входам соответствующего переключателя, а выход переключателя соединен с соответствующим входом коммутатора, при этом каждый согласующий элемент выполнен в виде отрезка круглого волновода, внутри которого установлена втулка из проводящего материала, имеющая форму эллиптического цилиндра. Резонансная камера выполнена с изменяемой длиной, кратной четверти длины волны, а к выходу преобразователя частоты подключены последовательно соединенные фильтр, усилитель и блок дистанционного управления переключателями и коммутатором.

На чертеже изображена схема предлагаемой антенной системы.

Антенная система содержит сферическую линзу 1, ряд облучателей 2 с установленными согласующими элементами 3 для приема волн круговой поляризации как правой, так и левой. Облучатели 2 выполнены в виде отрезков круглых волноводов и снабжены двумя волноводно-коаксиальными переходами 5 и 6, расположенными вертикально и горизонтально на расстоянии четверти длины волны друг от друга. Согласующее устройство 3 выполнено в виде отрезка круглого волновода, внутри которого установлена втулка из проводящего материала, имеющая форму эллиптического цилиндра. К волноводно-коаксиальным переходам через переключатели 7 и коммутатор 8 подключена резонансная камера 9 с преобразователем частоты 10. К выходу преобразователя частоты 10 подключен узкополосный перестраиваемый фильтр 11 с малошумящим усилителем 12, который компенсирует потери сигнала в кабелях соединения элементов. После усилителя сигнал поступает на блок 13 дистанционного управления переключателями и коммутатором, затем через тюнер 14 в телеприемник 15.

коаксиальные кабели, соединяющие блоки, выбирают длиной, равной кратному целому числу волн. Усилитель 12 выполнен апериодическим, малошумящим. Переключатель 7, коммутатор 8, блок дистанционного управления 13 выполнены на транзисторных ключах. Количество облучателей 2 определяется количеством спутников связи, находящихся в рабочей зоне линзы 1.

антенная система работает следующим образом.

Линза 1 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 вертикальной поляризацией волны возбуждают в волноводе волны типа H_o1, 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 волн с круговой поляризацией как правовинтовой, так и левовинтовой, используют установленный на облучателе согласующий элемент, который позволяет совместить электрическую составляющую волны с ее магнитной составляющей, так как в круговой поляризации эти волны идут под углом 90^o друг к другу. Поэтому волны с круговой поляризацией правовинтовой переводятся на линейную горизонтальную поляризацию, а волны с круговой поляризацией левовинтовой переводятся на линейную вертикальную поляризацию. Таким образом, облучатель 2 с установленным согласующим элементом принимает волны на горизонтальный или вертикальный возбудитель волновода. Принятый сигнал на один из волноводно-коаксиальных переходов 5 или 6, включаемых с блока 13 через переключатели 7, поступает на коммутатор 8 и через резонансную камеру 9 поступает в преобразователь частоты 10 и далее в узкополосный фильтр 11, настроенный на необходимую ширину полосы пропускания. С фильтра 11 сигнал через малошумящий усилитель 12, который компенсирует потери сигнала в кабелях соединения элементов, поступает на блок 13 дистанционного управления. Затем через тюнер 14 поступает в телеприемник 15. Коэффициент усиления линзы 1 обеспечивает усиление сигнала, достаточное для чувствительности простого усилителя. Так, например, линза с оптимальным диаметром 300 мм обеспечивает усиления сигнала 30 дб. Принимаемый сигнал со спутника телевидения достаточен для нормальной работы простого апериодического малошумящего усилителя на одном-двух транзисторах.

Использование гибких коаксиальных кабелей для связи облучателей 2 с основной схемой обработки принимаемого сигнала позволяет перемещать облучатели 2 вдоль всей фокальной поверхности линзы 1 и устанавливать их в точке диаметрально противоположной расположению принимаемого конкретного спутника, а также удалить обрабатывающие сигнал блоки: преобразователь частоты, резонансную камеру и т.д. от облучателей, что значительно снижает уровень помех. Для приема сигналов спутникового телевидения с линзой 300 мм достаточно путем применения предлагаемых устройств на выходе тюнера иметь чувствительность порядка 120 дб, что будет соответствовать параболическому зеркалу диаметром 120 200 см. Все это позволяет создать многоканальную малогабаритную антенну спутникового телевидения индивидуального пользования с минимальными размерами 500 х 500 х 600 мм.

Источники информации
1. Белоцерковный Г. Б. Основы радиотехники и антенны, ч.2, Антенны. М. Сов.радио, 1969, с.235, 312.

2. Антенны (современное состояние и проблемы). Сб.статей, вып.16, М. 1979.

3. Патент США N 2404405, кл. 343-754, 1968.

Использование: для приема сигналов 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, ряд облучателей, расположенных в фокальной поверхности сферической линии. Облучат ели выполнены в виде последовательно установленных согласующего элемента и возбудителей. Возбудители через переключатели подключены к коммутатору, которые через коаксиальной кабель соединен с входом в резонансную камеру, которая соединена с преобразователем частоты, на выходе которого включен фильтр, с малошумящим усилителем. Для прием волн с круговой поляризацией облучатель снабжен согласующим элементов в виде отрезка круглого волновода с втулкой из проводящего материала. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Антенная система спутниковой связи, содержащая сферическую линзу, вдоль фокальной поверхности которой размещено N облучателей, где N 2,3,4. и N переключателей, отличающаяся тем, что введены последовательно соединенные коммутатор, резонансная камера и преобразователь частоты, каждый облучатель выполнен в виде последовательно установленных согласующего элемента и возбудителей, выходы которых подсоединены к входам соответствующего переключателя, а выход переключателя соединен с соответствующим входом коммутатора, при этом каждый согласующий элемент выполнен в виде отрезка круглого волновода, внутри которого установлена втулка из проводящего материала, имеющая форму эллиптического цилиндра. 2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что резонансная камера выполнена с изменяемой длиной, кратной четверти длины волны. 3. Система по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что к выходу преобразователя частоты подключены последовательно соединенные фильтр, усилитель и блок дистанционного управления, выходы которого соединены с соответствующими входами коммутатора и каждого переключателя.