ЗЕРКАЛЬНАЯ АНТЕННА Российский патент 2010 года по МПК H01Q19/12 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в приемопередающей аппаратуре дециметрового и сантиметрового диапазона длины волн.

Уровень техники

Известна конструкция параболической антенны (см. описание изобретения к патенту RU №2168817, МПК H01Q 3/06, опубл. 10.06.2001), включающей параболическое зеркало и установленный в его раскрыве облучатель из двух полукруглых взаимно ортогональных рамок, установленных вертикально на плоском экране круглой формы, закрепленном на трубчатой опоре, расположенной на оси параболического зеркала.

Основным недостатком представленной выше конструкции является затенение поверхности зеркала облучателем. Вместе с тем, антенна по патенту №2168817 является узкополосной антенной и не может работать в двух диапазонах длины волн.

Широко известны конструкции зеркальных осенесимметричных (неосесимметричных) антенн (см., например, книгу Г.З.Айзенберг и др. Антенны УКВ, в 2-х частях, Изд-во «Связь», М., 1977, ч. 1, стр.346,), в которых облучатель находится вне области действия отраженного от зеркала поля. В таких конструкциях практически полностью устранено влияние зеркала на входное сопротивление облучателя и его согласование с питающей линией. Существенным преимуществом таких антенн является то, что облучатель и линия питания антенны с вынесенным облучателем не затеняет ее раскрыв. К осенесимметричным антеннам может быть отнесена зеркальная антенная система с двумя неподвижными облучателями (см. описание к патенту на полезную модель RU №39429, МПК H01Q 19/13, опубл. 27.04.2004), включающая подвижный рефлектор, установленный над неподвижными рупорными облучателями, и волноводный переключатель, поочередно подводящий энергию СВЧ к тому или иному излучателю в зависимости от положения рефлектора относительно фокальной оси параболоида.

Недостатком такой антенной системы является сложность ее конструкции, при этом данная система не может работать одновременно в двух диапазонах частот.

Известна антенная система (см. описание изобретения к авторскому свидетельству №104864, заявл. 20.01.1956), которая содержит основное зеркало, два криволинейных промежуточных зеркала, выполненных в виде однолинейных решеток, провода которых взаимно перпендикулярны, и два облучателя с различной поляризацией. Провода решетки одного промежуточного зеркала параллельны вектору напряженности электрического поля одного облучателя, а провода другого промежуточного зеркала параллельны вектору напряженности электрического поля второго облучателя, в результате чего каждое из промежуточных зеркал не оказывает влияние на поле второго облучателя. Оба промежуточных зеркала расположены таким образом, что их фазовые центры совпадают с фокусом основного зеркала. Энергия, излучаемая каждым из облучателей, направлена на соответствующее ему промежуточное зеркало и после отражения от обоих зеркал распространяется в направлении основного зеркала, как бы исходя из общего источника, расположенного в его фокусе. В результате, диаграммы направленности получаются одинаковыми при возбуждении антенны обоими облучателями и имеют одно и то же направление максимального излучения. Благодаря такому решению достигнуто увеличение развязки между передающим и приемным трактом в зеркальной антенне, включающей облучатели с различной поляризацией.

Антенная система по изобретению №104864, описанная выше, как и выше охарактеризованные аналоги, также работает только в одном диапазоне рабочих частот.

Известна двухполяризационная зеркальная антенна (см. описание изобретения к патенту RU №2175802, H01Q 19/00, опубл. 10.11.2001), предназначена для использования в широкополосных системах связи, конструкция которой обеспечивает работу антенны в двукратной полосе частот на ортогональных поляризациях при «развязке» более 60 дБ. Конструкция такой антенны содержит несимметричный параболический отражатель, два облучателя и поляризационный селектор, выполненный из параллельных цилиндрических стержней, образующие в совокупности облучающее устройство, при этом перед одним из облучателей установлено плоское селективное зеркало с поглощающим экраном.

Однако в этом решении также не решается задача обеспечения работы антенны одновременно на двух диапазонах длины волн и в одном направлении.

В качестве прототипа заявляемой зеркальной антенны принято решение антенной системы, совпадающей с заявляемым решением по наибольшему количеству конструктивных признаков (см. описание изобретения к патенту US 1484102, МПК H01Q 19/00, опубл. 24.08.1977). Антенная система по указанному патенту содержит ортогонально поляризованные облучатели, установленные каждый перед соответствующим параболическим отражателем, поверхность которого образована множеством параллельных линейных элементов, обеспечивающих отражение электромагнитных волн той поляризации, которая характерна установленному перед этим отражателем облучателю. Отражатели и соответствующие облучатели скомпонованы попарно, и в паре отражатели установлены на некотором расстоянии друг от друга, так что в одной паре расстояние между одним облучателем до отражающей поверхности по фокальной оси его отражателя несколько больше аналогичного расстояния между другим облучателем и настроенным на него отражателем.

Известное решение по патенту US 1484102 обеспечивает двукратное использование рабочих частот за счет ортогональной поляризации облучателей и отражателей антенной системы, что предопределяет повышение эффективности использования соответствующего диапазона. Вместе с тем, недостатком прототипа является невозможность одновременной работы антенны в двух диапазонах, в одном направлении и с организацией частотно разнесенного режима работы.

Раскрытие изобретения

Заявляемым изобретением решается задача создания двухдиапазонной зеркальной антенны, работающей в одном направлении и на одном юстировочном устройстве.

Поставленная задача решена за счет того, что в зеркальной антенне, содержащей облучающее устройство, включающее два излучателя с ортогональными поляризациями, и зеркало с двумя параболическими отражающими поверхностями, сформированными параллельными линейными элементами, причем линейные элементы одной параболической поверхности ориентированы ортогонально относительно линейных элементов другой параболической поверхности, согласно заявляемому изобретению один излучатель выполнен в виде излучателя нижнего диапазона длины волн, другой излучатель в виде излучателя верхнего диапазона длины волн, упомянутые излучатели смонтированы на одной несущей их конструкции, причем фазовый центр излучателя верхнего диапазона расположен между ним и излучателем нижнего диапазона волн, а фазовый центр излучателя нижнего диапазона расположен между этим излучателем и установленным за облучателем нижнего диапазона рефлектором, при этом параболические отражающие поверхности расположены параллельно друг другу и выполнены с одинаковым фокусным расстоянием, и размещены таким образом, что фокус одной параболической поверхности совмещен с фазовым центром излучателя нижнего диапазона, а фокус другой параболической поверхности совмещен с фазовым центром излучателя верхнего диапазона. Другими словами, параболические отражающие поверхности в заявляемой зеркальной антенне являются параллельными одна другой в любых точках этих поверхностей, пересекаемых условными прямыми, параллельными их общей фокальной оси, и разнесены между собой на расстояние, равное расстоянию между фазовыми центрами излучателей.

Техническим результатом заявляемого решения является обеспечение работы зеркальной антенны в двух диапазонах частот на ортогональных поляризациях, обеспечена максимальная «развязка» в двухкратной полосе частот, улучшена ее помехозащищенность, при этом облучающая система антенны характеризуется высоким коэффициентом усиления и направленностью действия, что обусловливает высокие электрические параметры антенны в целом, конструкция которой при этом характеризуется простотой изготовления и относительно небольшими габаритами.

При конкретной реализации заявляемой зеркальной антенны излучатели облучающего устройства выполнены в виде двух петлевых вибраторов, полотна которых размещены в параллельных, отстоящих друг от друга плоскостях, причем каждый вибратор образован двумя незамкнутыми ромбической формы рамками, диагонали которых совпадают с продольной осью соответствующего вибратора, проходящей через обращенные друг к другу разомкнутые вершины рамок в центральной части каждого вибратора, в которых расположены точки питания, рефлектор, выполненный в виде плоского экрана, расположен со стороны петлевого вибратора нижнего диапазона в плоскости, параллельной плоскостям размещения упомянутых петлевых вибраторов, вибратор верхнего диапазона волн смонтирован на вибраторе нижнего диапазона и размещен относительно него ортогонально, так что продольные оси вибраторов перпендикулярны между собой в проекции на плоскость рефлектора, при этом фазовый центр петлевого вибратора нижнего диапазона находится между его полотном и плоскостью рефлектора, а фазовый центр петлевого вибратора верхнего диапазона находится между его полотном и полотном петлевого вибратора нижнего диапазона.

Оба излучателя смонтированы на одном опорном механизме, закрепленном с возможностью регулировки положения облучающего устройства в пространстве и относительно параболических отражающих поверхностей.

Опорный механизм, в частном случае, может быть выполнен включающим два кронштейна, одни концы которых связаны непосредственно с каркасом параболических отражающих поверхностей, а другие концы этих кронштейнов, отдаленные от параболических поверхностей, связаны с упомянутым каркасом посредством подвесов, и на этих концах установлены стойки для закрепления облучающего устройства.

Является предпочтительным выполнить параллельные линейные элементы параболических отражающих поверхностей из изогнутых по дуге трубок.

Краткое описание чертежей.

Техническое решение заявляемой зеркальной антенны поясняется следующими чертежами:

на фиг.1 - представлена заявляемая двухдиапазонная зеркальная антенна, общий вид;

на фиг.2 - вид А на фиг.1;

на фиг.3 - вид облучающего устройства со стороны параболических отражающих поверхностей;

на фиг.4 - вид В на фиг.3.

Осуществление изобретения

Заявляемая зеркальная антенна содержит две параболические отражающие поверхности 1 и 2, одна из которых сформирована параллельными линейными элементами 3, а другая - параллельными линейными элементами 4. Линейные элементы 3 и 4 выполнены в виде изогнутых по дуге трубок и закреплены на едином каркасе 5, образуя зеркало антенны с двумя отражающими, разнесенными между собой, параболическими поверхностями. При этом линейные элементы 3, формирующие одну параболическую поверхность, т.е. поверхность 1, ориентированы ортогонально относительно линейных элементов 4, формирующих другую параболическую поверхность, т.е. поверхность 2. На представленных чертежах (см. фиг.1 и фиг.2) поверхность 1 сформирована горизонтально ориентированными трубками 3, и эта параболическая поверхность отражает волну горизонтальной поляризации и является прозрачной для волны вертикальной поляризации, а поверхность 2 сформирована вертикально ориентированными трубками, отражает волну вертикальной поляризации и прозрачна для волны горизонтальной поляризации. Зеркало антенны установлено на мачте (или другом опорном механизме) посредством опорного узла 6, обеспечивающего возможность регулировочного перемещения зеркала в пространстве.

Облучающее устройство заявляемой антенны включает два излучателя 7 и 8, характеризующихся ортогональными поляризациями, причем один излучатель 7 выполнен в виде излучателя нижнего диапазона длины волн, а другой излучатель 8 - в виде излучателя верхнего диапазона длины волн. Излучатели 7 и 8 смонтированы на одной несущей их конструкции. При предпочтительном варианте реализации заявляемой антенны излучатели облучающего устройства выполнены в виде двух петлевых вибраторов, полотна которых размещены в параллельных плоскостях (см. фиг.3, фиг.4), отстоящих друг от друга на расстояние, равное 0,25 λ_в, где λ_в - средняя длина волны верхнего диапазона. Каждый петлевой вибратор образован двумя незамкнутыми ромбической формы рамками, диагонали которых совпадают с продольной осью соответствующего вибратора (осью О₁ или осью О₂), проходящей через обращенные друг к другу разомкнутые вершины рамок в центральной части каждого вибратора, в которых расположены точки питания (на чертежах не показаны).

Облучающее устройство включает рефлектор 9, выполненный в виде плоского экрана, расположенного со стороны петлевого вибратора 7 нижнего диапазона в плоскости, параллельной плоскостям размещения упомянутых петлевых вибраторов 7 и 8 и на расстоянии, равном 0,25 λ_н, где λ_н - средняя длина волны нижнего диапазона.

Вибратор 8 верхнего диапазона волн смонтирован на вибраторе 7 нижнего диапазона и размещен относительно него ортогонально, так что продольные оси О₁ и О₂ вибраторов 7 и 8 перпендикулярны между собой в проекции на плоскость рефлектора.

Фазовый центр петлевого вибратора 7, т.е. излучателя нижнего диапазона находится между его полотном и плоскостью рефлектора 9. Фазовый центр петлевого вибратора 8, т.е. излучателя верхнего диапазона, находится между его полотном и полотном вибратора 7, т.е. между излучателями верхнего и нижнего диапазонов.

Срединная часть вибратора 7 снабжена металлическими пластинами 10, выполняющими роль рефлектора для излучателя верхнего диапазона, т.е. петлевого вибратора 8.

Питание на облучающее устройство подается посредством двух питающих линий. При этом кабель 11 сигнала верхнего диапазона, соединенный с петлевым вибратором 8, проложен внутри трубчатого проводника вибратора 7, и пропущен по двум смежным сторонам одной его ромбической ячейки, а по двум смежным сторонам другой ромбической ячейки вибратора 7 проложен кабель 12 сигнала нижнего диапазона, связанный с точками запитки петлевого вибратора 7.

Параболические отражающие поверхности 1 и 2 выполнены с одинаковым фокусным расстоянием, они характеризуются равными размерами и имеют одну и ту же кривизну параболы. Отличительной особенностью заявляемой зеркальной антенны является то, что параболические поверхности 1 и 2 размещены таким образом, что фокус одной параболической поверхности, а именно параболической поверхности 2, сформированной вертикальными трубками 4, совмещен с фазовым центром излучателя 7 нижнего диапазона, а фокус другой параболической поверхности 1, сформированной горизонтальными трубками 3, совмещен с фазовым центром излучателя 8 верхнего диапазона. Таким образом, отражающие параболические поверхности зеркала смещены между собой на расстояние, при котором расстояние между их фокусами равно расстоянию между фазовыми центрами излучателя 7 и излучателя 8.

Облучающее устройство заявляемой антенны смонтировано на опорном механизме, закрепленном с возможностью регулировки положения излучателей. Этот механизм включает два кронштейна 13, одни концы которых связаны с каркасом 5 параболических отражающих поверхностей, а другие концы этих кронштейнов 13 связаны с упомянутым каркасом 5 посредством подвесов 14. Облучающее устройство закреплено на стойках 15.

Изобретение относится к антенной технике, используемой в дециметровом и сантиметровом диапазонах длин волн. Зеркальная антенна содержит облучающее устройство, включающее два смонтированных на одной несущей конструкции излучателя с ортогональными поляризациями, один из которых - нижнего диапазона длины волн, другой - верхнего. Зеркало антенны выполнено с двумя параболическими отражающими поверхностями, сформированными параллельными линейными элементами, причем линейные элементы одной параболической поверхности ориентированы ортогонально относительно линейных элементов другой параболической поверхности, фокус одной параболической поверхности совмещен с фазовым центром излучателя нижнего диапазона, а фокус другой параболической поверхности совмещен с фазовым центром излучателя верхнего диапазона. Антенна работает одновременно на двух диапазонах волн в одном направлении, при этом обеспечена максимальная развязка, улучшена помехозащищенность, повышены коэффициент усиления и направленность действия, что является техническим результатом изобретения. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Зеркальная антенна, содержащая облучающее устройство, включающее два излучателя с ортогональными поляризациями, и зеркало с двумя параболическими отражающими поверхностями, сформированными параллельными линейными элементами, причем линейные элементы одной параболической поверхности ориентированы ортогонально относительно линейных элементов другой параболической поверхности, отличающаяся тем, что один излучатель выполнен в виде излучателя нижнего диапазона длины волн, другой излучатель - в виде излучателя верхнего диапазона длины волн, упомянутые излучатели смонтированы на одной несущей их конструкции, причем фазовый центр излучателя верхнего диапазона расположен между ним и излучателем нижнего диапазона волн, а фазовый центр последнего расположен между излучателем нижнего диапазона и установленным за ним рефлектором, параболические отражающие поверхности выполнены с одинаковым фокусным расстоянием и размещены таким образом, что фокус одной параболической поверхности совмещен с фазовым центром излучателя нижнего диапазона, а фокус другой параболической поверхности совмещен с фазовым центром излучателя верхнего диапазона.

2. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что излучатели облучающего устройства выполнены в виде двух петлевых вибраторов, полотна которых размещены в параллельных отстоящих друг от друга плоскостях, причем каждый вибратор образован двумя незамкнутыми ромбической формы рамками, диагонали которых совпадают с продольной осью соответствующего вибратора, проходящей через обращенные друг к другу разомкнутые вершины рамок в центральной части каждого вибратора, в которых расположены точки питания, рефлектор, выполненный в виде плоского экрана, расположен со стороны петлевого вибратора нижнего диапазона в плоскости, параллельной плоскостям размещения упомянутых петлевых вибраторов, вибратор верхнего диапазона волн смонтирован на вибраторе нижнего диапазона и размещен относительно него ортогонально, так что продольные оси вибраторов перпендикулярны между собой в проекции на плоскость рефлектора, при этом фазовый центр петлевого вибратора нижнего диапазона находится между его полотном и плоскостью рефлектора, а фазовый центр петлевого вибратора верхнего диапазона находится между его полотном и полотном петлевого вибратора нижнего диапазона.

3. Антенна по п.1 или 2, отличающаяся тем, что облучающее устройство смонтировано на опорном механизме, закрепленном с возможностью регулирования положения излучателей.

4. Антенна по п.3, отличающаяся тем, что опорный механизм содержит два кронштейна, одни концы которых связаны с каркасом параболических отражающих поверхностей, а другие концы связаны с упомянутым каркасом посредством подвесов, и на этих концах установлены стойки для закрепления облучающего устройства.

5. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что линейные элементы параболических отражающих поверхностей, в каждой из них, выполнены в виде параллельных и изогнутых по дуге трубок.