АЗИМУТАЛЬНО-УГЛОМЕСТНАЯ АНТЕННАЯ УСТАНОВКА С ЧЕТЫРЕХЗЕРКАЛЬНЫМ ЛУЧЕВОДОМ Российский патент 1997 года по МПК H01Q19/18 

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано при создании многодиапазонных антенных установок 'АУ) для работы в составе наземных командно-измерительных систем научного назначения, наземных станций спутниковой связи и спутникового телевещания.

Известны зеркальные антенны, оборудованные лучеводными системами (Лучеводы для двухзеркальных антенн: Обзор/ Мирошниченко А.Я. Зарубежная радиоэлектроника, 1981, N 7, с. 28).

Известна антенная система с многоупорным облучением, предложенная в Европейской патентной заявке N 0046996, МПК³ H 01 Q 19/19, 1982. Антенная система содержит рефлектор, контррефлектор, несколько рупоров (облучателей), установленных вокруг оси рефлектора и лучевод, состоящий по крайней мере из двух фокусирующих отражателей. Переход с одного частотного интервала на другой осуществляется в одном варианте исполнения антенной системы путем поворота системы фокусирующих отражателей относительно оси рефлектора при неподвижных рупорах, в другом варианте путем поворота системы рупоров при неподвижной системе фокусирующих отражателей.

Недостатком известной антенны является то, что она предполагает размещение всех элементов лучеводной системы и рупоров на несущей конструкции рефлектора при его вершине, что усложняет несущую конструкцию, уменьшает эффективную площадь рефлектора, увеличивает его массу, а также затрудняет обслуживание антенной системы.

Известна азимутально-угломестная АУ, оборудованная лучеводом, содержащая рефлектор с контррефлектором и приборную кабину, закрепленную на боковой башне азимутальной поворотной части опорно-поворотного устройства (патент ФРГ N 2520498, кл. H 01 Q 19/18, 1976). Схема антенной установки предполагает выполнение угломестной опоры с возможностью прохождения через нее лучевода. Рефлектор выполнен с отверстием при вершине, непосредственно перед которым установлено зеркало, отклоняющее излучение, выходящее из отверстия приборной кабины, вдоль угломестной оси на направление главной оси излучения в сторону контррефлектора. В приборной кабине стационарно размещены три облучателя, предназначенные для работы в различных частотных диапазонах и два отклоняющих зеркала, одно из которых плоское. Одновременная работа на двух частотных диапазонах достигается тем, что плоское зеркало выполнено селективным.

Недостатком антенной системы является то, что в случае, когда антенна должна работать на большом количестве частот, необходимо устанавливать вторую приборную кабину, так как в одной кабине разместить все облучатели оказывается невозможным по конструктивным и электрическим причинам. Кроме того, возникает необходимость в приводе поворота отклоняющего зеркала, установленного при вершине рефлектора. Все это усложняет конструкцию антенны и затрудняет обслуживание антенной установки.

Известна азимутально-угломестная АУ с четырехзеркальным лучеводом, содержащая рефлектор, на котором закреплено последнее зеркало лучевода, ось предпоследнего участка которого совмещена с угломестной осью (патент Франции N 2412961, кл. H 01 Q 19/00, 1979). Антенна имеет лучеводную систему, поворачивающуюся вокруг азимутальной оси. Система возбуждения позволяет одновременно и раздельно использовать на антенне два диапазона частот. Разделение диапазонов достигается использованием селективного плоского зеркала.

Однако подобная антенная система неприемлема для АУ с опорно-поворотным устройством башенного типа, поскольку обуславливает увеличение габаритов азимутальной поворотной части антенны.

Также известна азимутально-угломестная АУ с четырехзеркальным лучеводом, снабженная четырехдиапазонным разделительным устройством, предназначенным для совмещения в антенне диапазонов сантиметровых и миллиметровых волн (Зарубежная радиоэлектроника, 1981, N 7, с. 53). Антенна содержит рефлектор, на котором закреплено последнее зеркало лучевода, ось предпоследнего участка которого совмещена с осью вращения по углу места. Лучевод имеет вертикально расположенный участок, ось которого совмещена с осью вращения по азимуту. Разделение диапазонов достигается использованием многослойного диэлектрического фильтра и диплексеров.

Недостатками этой АУ являются несовмещение азимутальной оси с угломестной плоскостью наведения и относительная сложность лучеводной системы.

Наиболее близкой по совокупности существенных признаков к изобретению является АУ, приведенная в сборнике Антенны, выпуск 24, М. Связь, 1976, с. 151 (патент США N 3845483, кл. H 01 Q 3/12, 19/14, 1974, патент Великобритании N 1378114, кл. H 01 Q 19/18, 1974). Известная АУ выполнена с азимутально-угломестной монтировкой с взаимно-перпендикулярными пересекающимися осями и снабжена четырехзеркальной лучеводной системой. Последнее зеркало лучевода закреплено на металлоконструкции рефлектора и его центр совмещен с точкой пересечения азимутальной и угломестной осей. Ось предпоследнего участка лучевода совмещена с угломестной осью. Остальные три зеркала закреплены на азимутальной поворотной части, при этом два зеркала разнесены по вертикали и образуют участок лучевода, параллельный азимутальной оси, а центр первого зеркала лучевода совмещен с азимутальной осью АУ. Рупорный облучатель, ориентированный вертикально, размещен в цокольном здании и неподвижен. Все антенное устройство вращается вокруг оси рупора, принятой за азимутальную ось вращения. Поворотная часть АУ представляет собой ферменную конструкцию, опирающуюся через катки на рельсовый кольцевой путь, на которой установлены опорные узлы угломестной оси и зеркала лучеводов с кожухами. Антенное устройство обеспечивает возможность работы в нескольких частотных интервалах. Это достигается путем замены облучателя.

Однако известное устройство при обеспечении работы в нескольких частотных интервалах характеризуется длительным временем перехода с одного частотного интервала на другой, так как для этого требуется замена рупорного облучателя. По этой причине оно не может быть использовано в наземных командно-измерительных системах, требующих обеспечения работы как минимум на двух трех диапазонах частот.

К недостаткам известного устройства можно отнести и необходимость выполнения значительных инженерно-строительных работ по сооружению цокольного здания, в котором размещается рупорный облучатель с приемо-передающей аппаратурой, что существенно увеличивает трудоемкость сооружения АУ и затрудняет, в случае необходимости, демонтаж АУ. Кроме того, можно отметить, что к наземным средствам слежения и управления космическими объектами, в том числе и к стационарным АУ, предъявляются требования по обеспечению возможности монтажа и демонтажа в ограниченные сроки в целях передислокации на новую позицию с минимальной инженерной подготовкой. Это обуславливает и требование, предъявляемое к узлам и устройствам АУ, по максимальной готовности в заводских условиях. Отмеченным требованиям известное устройство удовлетворяет недостаточно.

Изобретение решает задачу сокращения времени перехода с одного частотного интервала на другой при обеспечении возможности работы антенной установки в нескольких частотных интервалах, а также создания стационарной АУ, обеспечивающей возможность демонтажа и передислокации АУ на новую позицию с минимальной инженерной подготовкой.

Эта задача решается благодаря тому, что известная азимутально-угломестная АУ с четырехзеркальным лучеводом, содержащая рефлектор, на котором закреплено последнее зеркало лучевода, ось предпоследнего участка которого совмещена с осью вращения по углу места, опоры угломестной оси, размещенные на азимутальной поворотной части, и облучатель, согласно изобретению снабжена дополнительными облучателями и расположенным на азимутальной поворотной части поворотным основанием, установленным с возможностью вращения вокруг вертикальной оси, совмещенной с осью лучевода. На поворотном основании закреплены два остальных зеркала лучевода, при этом центр одного из зеркал совмещен с осью вращения поворотного основания, а упомянутые облучатели установлены на азимутальной поворотной части по окружности относительно оси вращения поворотного основания. Одна угломестная опора выполнена с возможностью прохождения через нее лучевода, одно из зеркал которого неподвижно закреплено на кронштейне, вынесенном за эту опору.

Такая конструкция антенны позволяет предусмотреть установку большого количества попеременно подключаемых в работу облучателей без снижения качества характеристик излучения антенны. Вынос трех зеркал лучевода за угломестную опору позволяет уменьшить поперечные габариты АУ и делает антенную систему приемлемой для АУ с опорно-поворотным устройством башенного типа.

Также АУ снабжена механизмом углового перемещения и фиксации поворотного основания. Благодаря этому повышается надежность работы и удобство эксплуатации АУ при переходе с одного частотного интервала на другой.

Кроме того, облучатели установлены наклонно к оси вращения поворотного основания и соориентированы по направлению от этой оси. Такое выполнение обеспечивает уменьшение габаритов облучающей системы.

На фиг. 1 изображена предлагаемая антенная установка, вертикальный разрез; на фиг. 2 поворотное основание с облучателями, вид А на фиг. 1; на фиг. 3 схема зеркальной системы; на фиг. 4 вид Б на фиг. 3.

В варианте исполнения изобретения азимутально-угломестная антенная установка выполнена по схеме Кассегрена с четырехзеркальным лучеводом. Антенная установка содержит рефлектор 1 с контррефлектором 2, угломестные опоры 3 и 4, азимутальную поворотную часть 5, поворотное основание 6, зеркала лучевода 7, 8, 9 и 10, облучатели 11. Количество облучателей 11 соответствует количеству частотных интервалов, в которых работает антенная установка. Зеркала 7 и 8 выполнены криволинейными, зеркала 9 и 10 плоскими. Поворотное основание 6 закреплено в подшипниках 12 на неподвижном основании 13, установленном на азимутальной поворотной части 5. Рефлектор 1 установлен в подшипниковых узлах угломестных опор 3 и 4 азимутальной поворотной части 5, которая через подшипниковые опоры 14 опирается на неподвижное основание 15. Зеркало 10 закреплено на металлоконструкции рефлектора 1 посредством кронштейна 16. Центр зеркала 10 совмещен с точкой пересечения азимутальной и угломестной осей антенной установки. Зеркало 9 установлено на кронштейне 17 угломестной опоры 3, которая выполнена с отверстием, диаметр которого обеспечивает прохождение через него лучевода, центр зеркала 9 совмещен с угломестной осью антенной установки. Кронштейны 16 и 17 выполняют одновременно роль кожухов лучевода, предотвращают рассеивание электромагнитной энергии и защищают зеркала от прямого атмосферного воздействия. На неподвижном основании 13 установлены поворотное основание 6 с возможностью вращения относительно вертикальной оси, механизм углового перемещения 18 поворотного основания и его фиксации 19, а также облучатели 11 по окружности вокруг оси вращения основания 6 и под углом относительно ее. На поворотном основании 6 установлено зекрало 8, центр которого совмещен с электрической осью лучевода, и зеркало 7 на радиусе, обеспечивающем незатенение лучевода. Зеркала 7, 8, 9 и 10 смонтированы на регулируемых опорах (не показаны).

В варианте исполнения изобретения поворот основания 6 осуществляется посредством зубчатого зацепления. Для фиксации углового положения поворотного основания механизм 19 снабжен штырем, взаимодействующим с гнездами, которые выполнены на фланце основания 6 (не показаны). Для останова поворотного основания в положениях, соответствующих положениям облучателей 11, на поворотном основании предусмотрены копиры, взаимодействующие с концевыми выключателями, установленными на неподвижном основании 13 (не показаны).

Азимутально-угломестная антенная установка с четырехзеркальным лучеводом работает следующим образом.

При повороте рефлектора 1 с контррефлектором 2 по азимуту одновременно с ними поворачиваются вокруг азимутальной оси зеркала 9 и 10, поворотное основание 6 с зеркалами 7, 8 и облучатели 11. Если рефлектор с контррефлектором изменяют свое положение только по углу места, то вместе с ними поворачивается вокруг угломестной оси лишь зеркало 10. Благодаря тому, что зеркала 8, 9 и 10 установлены под углом 45^o к оси лучевода, при любом угловом положении рефлектора 1 сохраняется лучепрохождение.

При переходе с одного диапазона на другой поворотное основание 6 механизмом углового перемещения 18 поворачивают вокруг вертикальной оси, проходящей через центры зеркал 8, 9, и фиксируют механизмом 19 в положении, когда зеркало 7 устанавливается против соответствующего облучателя.

Останов зеркала 8 против облучателя производится при помощи копиров, установленных на поворотном основании 6 и взаимодействующих с концевыми выключателями, установленными на неподвижном основании 13. Соответствующий копир при наезде на ролик соответствующего ему концевого выключателя размыкает электрическую цепь привода механизма углового перемещения 18. Фиксация положения поворотного основания 6 после его останова осуществляется штырем механизма фиксации 19, входящим в соответствующее гнездо на фланце поворотного основания 6.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает сокращение времени перехода с одного частотного интервала на другой при обеспечении возможности работы антенной установки в нескольких частотных интервалах. При этом благодаря особенностям выполнения антенной установки отпадает необходимость в выполнении большого объема инженерно-строительных работ по обустройству позиции для АУ, а также появляется возможность изготовления и сборки всего оборудования в крупногабаритные узлы АУ в заводских условиях, т.е. повышается заводская готовность АУ. В итоге существенно сокращаются сроки монтажа и ввода в эксплуатацию АУ и одновременно с этим обеспечивается возможность демонтажа и передислокации АУ на новую позицию с минимальной инженерной подготовкой.

Изобретение обеспечивает сокращение времени перехода с одного частотного интервала на другой при обеспечении возможности работы антенной установки (АУ) в нескольких частотных интервалах. При этом конструктивная схема АУ обеспечивает сокращение сроков монтажа АУ и возможность демонтажа и передислокации стационарной АУ на новую позицию с минимальной инженерной подготовкой. АУ выполнена по схеме Кассегрена с четырехзеркальным лучеводом (Л). АУ содержит рефлектор, на котором закреплено последнее зеркало Л, ось предпоследнего участка которого совмещена с осью вращения по углу места. Одна из угломестных опор, размещенных на азимутальной поворотной части (АПЧ), выполнена с отверстием, диаметр которого обеспечивает прохождение через нее Л. Одно из зеркал Л неподвижно закреплено на кронштейне, вынесенном за упомянутую опору. Два остальных зеркала Л закреплены на поворотном основании (ПО), расположенном на АПЧ и установленном с возможностью вращения вокруг вертикальной оси, совмещенной с осью Л. При этом центр одного из зеркал совмещен с осью вращения ПО. На АПЧ по окружности относительно оси вращения ПО установлены облучатели для каждого частотного интервала. ПО снабжено механизмом углового перемещения и фиксации, а облучатели установлены наклонно к оси вращения ПО и соориентированы по направлению от упомянутой оси. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Азимутально-угломестная антенная установка с четырехзеркальным лучеводом, содержащая рефлектор, на котором закреплено последнее зеркало лучевода, ось предпоследнего участка которого совмещена с осью вращения по углу места, опоры угломестной оси, размещенные на азимутальной поворотной части, и облучатель, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительными облучателями и расположенным на азимутальной поворотной части поворотным основанием, установленным с возможностью вращения вокруг вертикальной оси, совмещенной с осью лучевода, на поворотном основании закреплены два из трех остальных зеркал лучевода, при этом центр одного из зеркал совмещен с осью вращения поворотного основания, а облучатели установлены на азимутальной поворотной части по окружности относительно оси вращения поворотного основания, одна угломестная опора выполнена с возможностью прохождения через нее лучевода, предпоследнее зеркало которого неподвижно закреплено на кронштейне, вынесенном за опору. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена механизмом углового перемещения и фиксации поворотного основания. 3. Установка по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что облучатели установлены наклонно к оси вращения поворотного основания и сориентированы по направлению от упомянутой оси.