МНОГОЛУЧЕВАЯ ЛИНЗОВАЯ АНТЕННА Российский патент 1997 года по МПК H01Q15/02 H01Q3/08 

Настоящее изобретение относится к области антенной техники, а именно к многолучевым линзовым антеннам.

Предшествующий уровень техники
Известна многолучевая линзовая антенна, содержащая сферическую линзу центральной симметрии, закрепленную на основании с помощью рамы и горизонтальной плоскостью, полукольцевую направляющую с узлами крепления и регулировки положения облучателей. Известная антенна обеспечивает одновременный прием сигналов, излученных несколькими источниками, например, спутникам.

Конструкция известной линзовой антенны обеспечивает практически неизменное значение коэффициента усиления в направлении на все источники сигнала (спутники), расположенные в разных точках геостационарной орбиты. Известная многолучевая линзовая антенна может быть легко настроена на любое расположение геостационарных спутников. Вместе с тем, в ней предусмотрено крепление сферической линзы центральной симметрии к раме с помощью двух идентичных стержней, каждый из которых прикреплен одним концом к раме в точке, лежащей на ее малой оси симметрии, с одинаковым наклоном к плоскости рамы навстречу друг другу в плоскости, перпендикулярной плоскости рамы. При сборке сферической линзы с рамой в конструкции возникают монтажные напряжения, вызванные неточностью изготовления сопрягаемых поверхностей, что приводит к снижению эксплуатационной надежности антенны.

При погрузке-разгрузке, транспортировке и подъеме на задние или другие сооружения известной антенны инерционные нагрузки, действующие на сферическую линзу, приводят к деформации рамы и возникновению дополнительных напряжений в конструкции рамы и сферической линзы, что также снижает надежность антенны, поскольку запас прочности сферической линзы не может быть большим, так как она выполняется из материалов, обладающих высокими радиотехническими свойствами и сравнительно невысокой прочностью. Используемый способ крепления сферической линзы требует точной механической обработки сопрягаемых поверхностей и контрольной сборки, что увеличивает стоимость изготовления антенны.

В известной антенне рама крепится к основанию своей нижней частью, при этом центр сферической линзы оказывается высоко над опорной поверхностью основания, что приводит к возникновению значительного опрокидывающего момента при воздействии ветровых нагрузок и требует обязательного крепления антенны к крыше здания или сооружения, что увеличивает стоимость монтажных работ. Помимо этого, применяемый способ крепления рамы к основанию приводит к возникновению дополнительных напряжений в конструкции при транспортировке, так как центр масс сферической линзы отстоит от оси наклона рамы на величину, равную малой полуоси рамы, что также снижает надежность антенны. Поскольку при этом сферическая линза статически не уравновешена относительно основания, то на этапе сборки необходима особая аккуратность при обращении со сферической линзой, что требует привлечения квалифицированного персонала и так же влечет за собой увеличение стоимости пуско-наладочных работ. В известной антенне полукольцевая направляющая жестко крепится к раме. Такой способ крепления требует точной обработки сопрягаемых поверхностей и делает невозможным регулировку положения полукольцевой направляющей в ее плоскости, необходимую для компенсации технологических разбросов фокусного расстояния сферической линзы, что увеличивает стоимость производства антенны. Кроме того, плоскость полукольцевой направляющей проходит через центр сферической линзы и перпендикулярна оси сферической линзы, проходящей через ее полярные точки. При этом полукольцевая направляющая не позволяет установить облучатели в оптимальное положение, при котором их оси лежат в плоскости, перпендикулярной плоскости рамы и проходящей через большую ось рамы, хотя такое положение облучателей соответствует минимальному влиянию рамы и узлов крепления линзы на условия возбуждения линзы всеми ее облучателями и соответственно максимальному коэффициенту усиления антенны по всем формируемым ею лучам.

Из-за статической неуравновешенности сферической линзы относительно оси наклона рамы ходовой винт воспринимает значительные нагрузки, поэтому механизм наклона рамы имеет сложную конструкцию и высокую стоимость изготовления.

В известной антенне не предусмотрены опоры для установки на мягкой кровле зданий, что делает возможным нарушение юстировки и снижение эффективности приема.

В основу настоящего изобретения положена задача создать многолучевую линзовую антенну такой конструкции, которая обеспечила бы упрощение ускорение процесса монтажа и настройки с одновременным повышением стабильности эксплуатационных параметров антенны во времени при обеспечении максимального коэффициента усиления, реализуемого в процессе настройки, по всем формируемым лучам антенны.

Поставленная задача решается тем, что в многолучевой линзовой антенне, содержащей сферическую линзу центральной симметрии, закрепленную посредством узлов крепления на раме в форме эллипса так, что центр линзы лежит вне плоскости рамы, установленной на основании с возможностью поворота относительно горизонтальной плоскости, и облучатели, размещенные на полукольцевой направляющей, соединенной с рамой посредством узлов крепления и установленной со стороны, противоположной размещению центра линзы, согласно изобретению, узлы крепления линзы и полукольцевой направляющей к раме выполнены самоустанавливающимися в своем угловом положении и регулируемыми с возможностью перемещения вдоль своей оси, при этом полукольцевая направляющая размещена в плоскости, проходящей через центр линзы и большую ось рамы, а рама размещена на юстируемом основании с возможностью поворота статически уравновешенных линзы, рамы и полукольцевой направляющей относительно большой оси симметрии рамы с последующей фиксацией положения рамы.

Такое конструктивное решение является технологичным, обеспечивает простоту сборки и транспортировки антенны, позволяет получить высокую механическую надежность конструкции при ее низкой стоимости. Расположение полукольцевой направляющей в плоскости, параллельной плоскости, проходящей через центр линзы и большую ось рамы позволяет располагать облучатели в оптимальном положении, при котором их оси лежат в плоскости, перпендикулярной раме и проходящей через большую ось рамы. При таком положении достигается максимальный коэффициент усиления антенны и, соответственно, наилучшая эффективность приема.

Кроме того, статическая уравновешенность системы значительно упрощает проведение всех операций технологического цикла. Высокое положение оси поворота рамы дает возможность получить небольшую высоту конструкции и, следовательно, небольшие аэродинамические нагрузки, что делает необязательным крепление антенны к крыше здания или монтажной площадке.

Целесообразно, чтобы каждый из узлов крепления линзы к раме содержал бы жестко соединенный с рамой кронштейн, в резьбовом отверстии которого был бы установлен с возможностью перемещения в продольном направлении резьбовой стержень с шаровой головкой, связанный через коническую опору с линзой.

Такое выполнение узлов крепления линзы к раме позволяет существенно снизить моментные нагрузки, действующие на фланцы линзы на всех этапах технологического цикла при сборке рамы со сферической линзой, транспортировке, установке на объекте монтажа. Применение двух сферических опор и возможность перемещения стержней вдоль оси по резьбе дают возможность собрать линзу с рамой даже при больших технологических отклонениях как в конструкции рамы, так и в конструкции линзы. При этом не требуется высокоточной обработки посадочных мест рамы и линзы, что снижает стоимость изготовления антенны.

Предпочтительно, чтобы каждый из узлов крепления полукольцевой направляющей к раме содержал бы резьбовой стержень с шаровой головкой, соединенный с полукольцевой направляющей с возможностью перемещения в продольном направлении и с ответной частью шаровой опоры, расположенной на раме, конусную гайку для фиксации положения резьбового стержня и пластину, соединенную с косынками, закрепленными соответственно на раме и полукольцевой направляющей.

Такое конструктивное выполнение узлов крепления обеспечивает возможность регулировки положения полукольцевой направляющей, является технологичным, так как не требует высокой точности сопрягаемых деталей. В случае, если технологический уход фокусного расстояния линзы окажется большим и диапазона узла крепления и регулировки положения облучателей не хватит для компенсации этого ухода, использование пластин различной длины и соответствующее перемещение резьбовых стержней позволит сместить полукольцевую направляющую относительно линзы.

Благоприятно, чтобы фиксация положения рамы была бы осуществлена посредством гаек, расположенных по обе стороны от кронштейна, соединенного с основанием, на осях, жестко соединенных с рамой.

Такой способ фиксации рамы позволяет отказаться от сложного механизма установки угла наклона рамы и существенно снизить стоимость изготовления антенны.

Необходимо, чтобы в юстируемое основание были бы дополнительно введены подпятники, каждый из которых содержал бы резьбовой стержень с шаровой головкой, соединенный с фермой основания с возможностью перемещения вдоль оси стержня, и опорную плиту, соединенную с шаровой опорой с помощью крышки.

Такое конструктивное выполнение позволяет устанавливать антенну на мягкой кровле здания и сохранять стабильность юстировки и, следовательно, эффективность приема.

Краткое описание чертежей.

В дальнейшем предлагаемое изобретение поясняется конкретным примером его выполнения и прилагаемыми чертежами, на которых: фиг. 1 изображает общий вид многолучевой линзовой антенны, согласно изобретению; фиг. 2 конструкцию узла крепления линзы к раме, согласно изобретению; фиг. 3 конструкцию узла крепления полукольцевой направляющей к раме, согласно изобретению; фиг. 4 - конструкцию узла крепления рамы к основанию, согласно изобретению; фиг. 5 - конструкцию подпятника основания, согласно изобретению.

Лучший вариант выполнения изобретения.

Многолучевая линзовая антенна, выполненная согласно изобретению, содержит сферическую линзу 1 (фиг. 1) центральной симметрии, закрепленную на раме 2 с помощью регулируемых сферических узлов 3 крепления. Рама 2 может быть выполнена в виде любой замкнутой кривой, имеющей две взаимно перпендикулярные оси симметрии. Наилучшим является использование рамы 2 в виде эллипса, причем размер малой оси эллипса должен превышать диаметр сферической линзы 1. В этом случае обеспечивается жесткость конструкции и ее способность выдерживать вес закрепляемой на ней линзы 1, а также технологичность рамы 2.

Рама 2 закреплена на основании 4 с возможностью поворота относительно ее большой оси симметрии. Основание 4 выполнено разборным и состоит из двух плоских ферм 5, соединенных между собой посредством стержней 6 и установленных на опорных плитах 7.

Антенна содержит также облучатели 8, установленные на полукольцевой направляющей 9 с помощью узлов 10 крепления и регулировки положения, обеспечивающих возможность перемещения каждого облучателя 8 по полукольцевой направляющей 9, вдоль собственной оси в направлении центра линзы 1, а также в направлении, перпендикулярном плоскости полукольцевой направляющей 9, и поворота облучателя 8 вокруг оси с последующей его фиксацией. Направляющая 9 крепится к раме 2 с помощью двух регулируемых узлов 11 крепления со стороны, противоположной точкам крепления на раме 2 узлов 3 крепления линзы 1.

Каждый сферический узел 3 (фиг. 2) крепления линзы 1 к раме 2 содержит кронштейн 12, жестко соединенный с рамой 2, резьбовой стержень 13 с шаровой головкой 14, установленный в резьбовом отверстии кронштейна 12 с возможностью перемещения, фланец 15, жестко соединенный с линзой 1, и крышку 16 шаровой опоры.

Как показано на фиг. 3, каждый узел 11 крепления направляющей 9 к раме 2 состоит из резьбового стержня 17 с шаровой головкой, который установлен в направляющей 9 и посредством конусной гайки 18 соединен с ответной частью шаровой опоры 19, расположенной на раме 2. Кроме того, узел 11 содержит пластину 20, соединяющую косынки 21 и 22, закрепленные соответственно на направляющей 9 и раме 2.

Для фиксации угла наклона рамы 2 (фиг. 4) относительно горизонтальной плоскости используют гайки 23, размещенные на оси 24, жестко связанной с рамой 2, по обе стороны от кронштейна 25 основания 4.

В основание 4 (фиг. 1) введены подпятники, каждый из которых состоит из резьбового стержня 26 (фиг. 5) с шаровой опорой 27, установленного на ферме 5 с возможностью перемещения вдоль своей оси, и опорной плиты 7, соединенной с шаровой опорой 27 с помощью крышки 28.

Антенна должна быть установлена на крыше здания или на любой открытой площадке, с которой обеспечивается наилучший обзор области размещения абонентов наземной системы многоканальной связи или участка геостационарной орбиты. Процесс сборки и юстировки антенны происходит следующим образом. Сначала собирают основание 4 (фиг. 1) и ориентируют его таким образом, чтобы плоскость, перпендикулярная оси вращения рамы 2, была направлена примерно на центр области расположения абонентов для наземной многоканальной системы связи, либо в направлении "север-юг" для системы спутникового телевидения. Затем раму 2 соединяют с линзой 1, используя регулируемые узлы 3, расположенные на раме 2. Раму 2 устанавливают на основание 4 и соединяют с полукольцевой направляющей 9. При этом центр линзы 1 должен быть вынесен из плоскости рамы 2 в направлении на абоненты для наземной многоканальной системы связи или в южном направлении для системы спутникового телевидения, если антенна находится в северном полушарии, для южного полушария центр линзы 1 должен быть вынесен на север.

С помощью регулируемых узлов 11 крепления добиваются такого положения, чтобы плоскость полукольцевой направляющей 9 была перпендикулярна плоскости рамы 2. Поворачивают раму 2 до тех пор, пока плоскость рамы 2 не будет перпендикулярна горизонтальной плоскости для наземной многоканальной системы связи. Для системы спутникового телевидения угол между плоскостью рамы 2 и горизонтальной плоскостью должен соответствовать широте места установки антенны. После этого гайки 23 (фиг. 4), расположенные на осях 24 вращения рамы 2, затягивают. На полукольцевой направляющей 9 (фиг. 1) размещают узлы 10 крепления и регулировки положения облучателей и сами облучатели 8, причем число облучателей 8 равно числу абонентов (спутников), с которыми необходимо установить связь. Каждый облучатель 8 ориентируют в направлении на центр линзы 1 и на соответствующий абонент (спутник) путем перемещения каждого узла 10 крепления по полукольцевой направляющей 9 и каждого облучателя 8 на узле 10 крепления по прямой, перпендикулярной плоскости поулкольцевой направляющей 9 с последующим закреплением. Совмещение фазового центра каждого облучателя 8 с фокальной поверхностью линзы 1 осуществляется перемещением каждого облучателя 8 по направлению к центру линзы 1 до получения максимума принятого сигнала. Затем производится поляризационная подстройка путем поворотов облучателя вокруг его оси так же до получения максимального сигнала. После этого антенна готова для работы в составе наземной многоканальной системы связи или в составе системы спутникового телевидения.

В процессе работы электромагнитная волна, излучения источником сигнала (абонентом) или спутником с одного из направления, падает на линзу 1, фокусируется ею на один из облучателей 8 и принимается им.

В системе спутникового телевидения принятый сигнал преобразуется по частоте в диапазон телевизионных сигналов одного из каналов, смешивается с преобразованными на другие частотные каналы сигналами с выходов других облучателей 8 и поступает на телевизионный приемник, в котором выбор программ осуществляют обычным переключением каналов.

Таким образом, предлагаемая антенна является легко и надежно настраиваемой на любое расположение источников (спутников на геостационарной орбите), видимых с места установки антенны. Антенна имеет низкую стоимость изготовления, удобно транспортируется и устанавливается на объекте монтажа, имеет максимально возможный для конкретной линзы коэффициент усиления и обеспечивает надежное функционирование.

Промышленная применимость.

Настоящее изобретение наиболее целесообразно использовать в наземной многоканальной системе связи, в системе связи со спутниками, размещенными на геостационарной орбите, в том числе, в системе спутникового телевидения для одновременного приема с одинаковой эффективностью сигналов от нескольких источников в широком рабочем секторе углов и с расширенными функциональными возможностями.

Многолучевая линзовая антенна содержит сферическую линзу центральной симметрии, закрепленную посредством узлов крепления на раме в форме эллипса, так, что центр линзы лежит вне плоскости рамы. Рама установлена на основании с возможностью поворота относительно горизонтальной плоскости. Антенна содержит также облучатели, размещенные в полукольцевой направляющей, соединенной с рамой посредством узлов крепления. Узлы крепления линзы и полукольцевой направляющей к раме выполнены самоустанавливающимися в своем угловом положении и регулируемыми с возможностью перемещения вдоль своей оси. Полукольцевая направляющая размещена в плоскости, параллельной плоскости, проходящей через центр линзы и большую ось рамы, а рама размещена на юстируемом основании с возможностью поворота статически уравновешенных - линзы, рамы и полукольцевой направляющей относительно большой оси симметрии рамы с последующей фиксацией положения рамы. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Многолучевая линзовая антенна, содержащая сферическую линзу центральной симметрии, закрепленную посредством узлов крепления на раме в форме эллипса так, что центр линзы лежит вне плоскости рамы, установленной на основании с возможностью поворота относительно горизонтальной плоскости, и облучатели, размещенные на полукольцевой направляющей, соединенной с рамой посредством узлов крепления и установленной со стороны, противоположной размещению центра линзы, отличающаяся тем, что узлы крепления линзы и полукольцевой направляющей к раме выполнены самоустанавливающимися в своем угловом положении и регулируемыми с возможностью перемещения вдоль своей оси, при этом полукольцевая направляющая размещена в плоскости, параллельной плоскости, проходящей через центр линзы и большую ось рамы, а рама размещена на юстируемом основании с возможностью поворота статически уравновешенных линзы, рамы и полукольцевой направляющей относительно большой оси симметрии рамы с последующей фиксацией положения рамы. 2. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что каждый из узлов крепления линзы к раме содержит кронштейн, жестко соединенный с рамой, в резьбовом отверстии которого установлен с возможностью перемещения в продольном направлении резьбовой стержень с шаровой головкой, связанный через коническую опору с линзой. 3. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что каждый из узлов крепления полукольцевой направляющей к раме содержит резьбовой стержень с шаровой головкой, соединенный с полукольцевой направляющей с возможностью перемещения в продольном направлении и с ответной частью шаровой опоры, расположенной на раме, конусную гайку для фиксации положения резьбового стержня и пластину, соединенную с косынками, закрепленными соответственно на раме и полукольцевой направляющей. 4. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что фиксация положения рамы осуществлена посредством гаек, расположенных по обе стороны от кронштейна, соединенного с основанием, на осях жестко соединенных с рамой. 5. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что в юстируемое основание дополнительно введены подпятники, каждый из которых содержит резьбовой стержень с шаровой опорой, соединенный с фермой основания с возможностью перемещения вдоль оси стержня, и опорную плиту, соединенную с шаровой опорой с помощью крышки.