АНТЕННАЯ СИСТЕМА СПУТНИКОВОЙ СВЯЗИ Российский патент 1998 года по МПК H01Q15/02 

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к линзовым сканирующим антеннам, и может быть использовано 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 с переменным коэффициентом преломления. Сканирование в них производится перемещением неподвижных облучателей, расположенных на этой поверхности. Переключение производится устройством органного типа [1 и 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].

Недостатками указанных устройств являются узкий диапазон частот, определяемый преобразователем, необходимость иметь на каждый диапазон частот свой преобразователь, что усложняет конструкцию. Сплошное расположение облучателей приводит к провалам диаграммы направленности из-за сильной взаимосвязи близко расположенных облучателей.

Целью изобретения является создание простой приемной антенны спутниковой связи, обеспечивающей прием сигналов с нескольких спутников, вещающих в разных диапазонах частот, без механического сканирования лучей различного частотного диапазона и на всех видах поляризации волн.

Указанная цель достигается тем, что антенная система спутниковой связи содержит сферическую линзу с переменным коэффициентом преломления, вдоль фокальной поверхности которой размещено N облучателей, где N = 2, 3 ... Антенная система снабжена последовательно соединенными коммутатором, смесителем, резонансной камерой и преобразователем частоты, а каждый облучатель выполнен в виде последовательно установленных согласующего элемента и возбудителей, выходы которых соединены 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. Выход коммутатора соединен с входом смесителя, на который подается стабильная несущая частота от гетеродина, к выходу преобразователя частоты подключены последовательно фильтр, усилитель и блок дистанционного управления коммутатором и гетеродином.

На чертеже изображена схема изобретения.

Антенная система содержит сферическую линзу 1, ряд облучателей 2 с установленными согласующими элементами 3 для приема волн круговой поляризации. Облучатели 2 выполнены в виде отрезков круглых волноводов и снабжены двумя возбудителями 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 4 из проводящего материала, имеющая форму эллиптического цилиндра. К возбудителю 5 и 6 через коммутатор 7 подключен смеситель частоты 8, на выходе которого установлена резонансная камера 9 с преобразователем частоты 10. Второй вход смесителя 8 соединен с гетеродином 11. К выходу преобразователя частоты 10 подсоединен фильтр 12 с малошумящим усилителем 13, который компенсирует потери сигнала в кабелях соединения блоков. После усилителя сигнал поступает на блок 14 дистанционного управления коммутатором и гетеродином, затем через тюнер 15 в телеприемник 16.

Коаксиальные кабели, соединяющие блоки, выбирают длиной кратной четверти длины волны. Усилитель 13 выполнен апериодическим, малошумящим, коммутатор 7 и блок дистанционного управления 14 выполнены на транзисторных ключах. Количество облучателей 2 определяется количеством спутников связи, находящихся в рабочей зоне линзы 1. Смеситель 8 выполнен апериодическим, а гетеродин вырабатывает частоты, стабильность которых не менее 10^-6.

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 передаваемые спутником волны. Сигналы спутника в соответствии с их поляризацией могут сниматься с вертикального или горизонтального возбудителя 5 или 6. Для приема волн круговой поляризации используется согласующий элемент 3, установленный в волноводе облучателя 2, который позволяет совместить электрическую составляющую волны с магнитной, так как в круговой поляризации эти волны идут под углом 90^o друг к другу, и поэтому волны переводятся или на горизонтальную, или на вертикальную поляризацию и соответственно снимаются с возбудителей 5 или 6. Принятый сигнал с возбудителя передается через коммутатор 7 в смеситель частоты 8. На второй вход смесителя подается частота с гетеродина 11. В смесителе частоты смешиваются и результирующая частота попадает с выхода смесителя в резонансную камеру 9, на выходе которой установлен преобразователь частоты 10, в зависимости от частоты, принимаемой со спутника через облучатели 2 и попадающей через коммутатор 7 в смеситель 8. Одновременно в смеситель 8 от гетеродина 11 по команде с блока 14 подается опорная частота, эта частота выбирается из условия, чтобы после смесителя в резонатор 9 поступила частота, которую воспринимает преобразователь частоты 10. И независимо, какая частота поступает с коммутатора в смеситель 8, преобразователь 10 выполняется в виде набора стандартных блоков (смеситель, гетеродин и блок питания).

Далее, через фильтр 12 и малошумящий усилитель 13 сигнал поступает в блок 14 дистанционного управления коммутатором и гетеродином и через тюнер 15 поступает в телеприемник 16.

Коэффициент усиления линзы 1 обеспечивает усиление сигнала, достаточное для чувствительности простого усилителя. Так, например, линза с диаметром 300 мм обеспечивает усиление сигнала до 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 основными блоками обработки принимаемого сигнала позволяет разместить облучатели 2 вдоль всей фокальной поверхности линзы 1 и устанавливать их в точках диаметрально противоположных расположению принимаемых спутников, а основные блоки обработки сигнала: смеситель, гетеродин, резонансную камеру, преобразователь частоты и т.д. удалить 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 параболической антенне с диаметром зеркала 180 - 200 см. Все это и позволяет создать многоканальную малогабаритную антенну спутникового телевидения с минимальными размерами 500 x 500 x 600 мм.

Источники информации
1. Белоцерковский Г.Б. Основы радиотехники и антенны. Антенны, ч. 2. -М. : Советское радио, 1969, с. 235, 312.

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

3. Патент США N 3404405, 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 линзы. Облучатели выполнены в виде последовательно установленных согласующего элемента и возбудителей. Введение смесителя и гетеродина позволяет использовать одну резонансную камеру и один преобразователь частоты на все диапазоны. Возбудители через коммутатор, смеситель, резонансную камеру, преобразователь частоты соединены с фильтром и малошумящим усилителем. Для приема волн круговой поляризации облучатель снабжен согласующим устройством 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 . . . , отличающаяся тем, что ведены последовательно соединенные коммутатор, смеситель, резонансная камера и преобразователь частоты, при этом каждый облучатель выполнен в виде последовательно установленных согласующего элемента и возбудителей, выходы которых подсоединены к соответствующим входам коммутатора, каждый согласующий элемент выполнен в виде отрезка круглого волновода, внутри которого установлена втулка из проводящего материла, имеющая форму эллиптического цилиндра, а второй вход смесителя соединен с выходом гетеродина. 2. Антенная система спутниковой связи по п. 1, отличающаяся тем, что резонансная камера выполнена с изменяемой длиной, кратной четверти длины волны. 3. Антенная система спутниковой связи по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что к выходу преобразователя частоты подключены последовательно соединенные фильтр, усилитель и блок дистанционного управления, управляющий выход которого соединен с соответствующими входами коммутатора и гетеродинов.