МНОГОЛУЧЕВАЯ ГИБРИДНАЯ ЗЕРКАЛЬНАЯ АНТЕННА Российский патент 2015 года по МПК H01Q5/00 

Изобретение относится к области радиотехники и предназначено для использования в качестве бортовых антенн спутниковых систем связи с зональным обслуживанием территории. Изобретение предназначено для использования в составе радиотехнических комплексов спутников связи, расположенных на геостационарной орбите с зональным обслуживанием выделенной на земной поверхности территории. Может быть использовано для передачи телевидения, радиовещания и радиосвязи в ОВЧ, УВЧ и СВЧ диапазонах.

Техническим результатом изобретения является создание многолучевой гибридной зеркальной антенны, обеспечивающей равномерное по коэффициенту усиления антенны в парциальных лучах покрытие выделенной территории земной поверхности.

Известны антенны с зеркалом в виде вырезки из параболоида вращения и облучателя в его фокусе, продольная ось которого наклонена относительно фокальной оси параболоида, образующего зеркало антенны [1].

Известны также антенны [2] (Фиг.1) с зеркалом в виде вырезки из параболоида вращения 1 с фокусом в точке F и решетки 2 облучателей 3, нормаль к плоскости раскрыва которой наклонена относительно фокальной оси параболоида под тем же углом, что и продольные оси 4 облучателей 3. Один из облучателей облучающей решетки расположен в области фокуса F параболоида, другие расположены в плоскости раскрыва решетки выше и ниже фокуса, а также левее и правее его. Каждый из отдельных облучателей формирует вместе с зеркалом парциальную диаграмму направленности, совокупность которых образует обслуживаемую территорию на земной поверхности.

К недостаткам такой антенны относится уменьшение коэффициента усиления парциальных диаграмм от облучателей, расположенных выше и ниже фокальной оси, что вызывает снижение уровня сигнала (эффективности) в зонах, формируемых этими облучателями. Это вызвано тем, что облучатели, расположенные выше (или ниже) фокуса, смещены относительно него как вдоль, так и поперек относительно фокальной оси. Смещение облучателя в поперечном направлении приводит к линейному распределению фаз поля в раскрыве антенны и смещению парциальной диаграммы направленности, за счет чего образуется ряд зон, примыкающих друг к другу на земной поверхности и формирующих территории с гарантированным уровнем сигнала. Связанное с ним (из-за наклона плоскости раскрыва облучающей решетки) продольное смещение облучателей приводит к появлению квадратичных фазовых ошибок в раскрыве антенны, расширению парциальной диаграммы направленности, снижению коэффициента усиления и снижению уровня сигнала в формируемой зоне по сравнению с зоной, формируемой облучателями, расположенными вблизи фокуса.

Для достижения технического результата предлагается многолучевая гибридная зеркальная антенна, содержащая рефлектор в виде осенесимметричной вырезки из параболоида вращения, облучающую антенную решетку с облучателями, продольная ось которых наклонена к фокальной оси и числом, равным числу формируемых парциальных диаграмм направленности, при этом нормаль к плоскости раскрыва которой наклонена относительно фокальной оси параболоида, образующего рефлектор, при этом плоскость раскрыва облучающей антенной решетки ортогональна фокальной оси параболоида, образующего рефлектор, а продольные оси периферийных облучателей облучающей антенной решетки наклонены относительно наклона продольных осей облучателей, и чем дальше от центра, тем более, и облучающая антенная решетка имеет возможность перемещаться вдоль фокальной оси параболоида, образующего рефлектор.

Предлагаемая антенна работает следующим образом.

В режиме передачи к каждому из облучателей облучающей антенной решетки 2 на Фиг.2 подключены генераторы равной амплитуды (на рисунке не указаны). Для равномерного возбуждения верхнего и нижнего краев апертуры зеркала 1 в виде осенесимметричной вырезки из параболоида вращения продольные оси 4 облучателей 3 облучающей антенной решетки 2 наклонены к фокальной оси под некоторым углом [1]. Облучатели в плоскости симметрии антенны, расположенные выше и ниже фокальной оси, расположены своими раскрывами (фазовыми центрами) в плоскости, ортогональной фокальной оси. Смещение облучателей, ортогональное фокальной оси, приводит к появлению в раскрыве антенны преимущественно линейных фазовых распределений поля, которые не вызывают искажение парциальных диаграмм направленности антенны и снижение ее коэффициента усиления в зонах обслуживания территории, соответствующей этим облучателям. Этим обеспечивается равномерное, по коэффициенту усиления в парциальных лучах, покрытие выделенной территории земной поверхности.

При необходимости изменения уровней пересечения парциальных диаграмм направленности антенны облучающая антенная решетка может быть перемещена вдоль фокальной оси из фокальной плоскости, что одновременно, из-за смещения решетки, вызовет одинаковые для всех облучателей квадратичные фазовые распределения поля в раскрыве антенны и равное снижение коэффициента усиления парциальных диаграмм направленности антенны во всех зонах обслуживания.

Для компенсации параллакса (Фиг.3), вызванного смещением облучателей 3 в решетке облучателей 2, относительно фокуса F параболы 1 продольные оси 4 облучателей 3 облучающей антенной решетки 2 наклоняются относительно наклона продольных осей облучателя, расположенного в фокусе F параболы 1, и чем далее от центра, тем более.

Это также позволяет размещать оборудование увеличенных размеров, подключаемое ко входу (или выходу) облучателей 3.

В качестве облучателей облучающей антенной решетки, наклоненных к фокальной оси, могут использоваться, например, конические рупорные облучатели со срезом [3] плоскость среза которых совпадает с плоскостью раскрыва облучающей антенной решетки. Диаграмма направленности рупора со срезом в плоскости симметрии среза в направлении верхнего и нижнего краев зеркала до уровня - 5-7 дБ изменяется несущественно, что не повлияет на характеристики антенны

Предлагаемая антенна может найти применение в спутниковых системах связи высокочастотных диапазонов СВЧ с зональной территорией обслуживания.

[1] A.M. Сомов, A.M. Покрас «К определению угла наклона облучателя антенн в виде неосесимметричной параболической вырезки» - М.: Радиотехника, 1968, №3.

[2] «Multi-beam and multi-band antenna sistem for communication satellites» Патент США № US 7,868840 В от 11 января 2011 г.

[3] Сомов A.M., Волгаткин К.М., Титовец П.А. «Зеркальная антенна с пониженной шумовой температурой» - М., Труды НИИР №3 2009.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в качестве бортовых антенн спутников связи на геостационарной орбите для обеспечения многолучевой зоны покрытия выделенной земной поверхности в СВЧ диапазоне частот. Техническим результатом изобретения является создание многолучевой гибридной зеркальной антенны, обеспечивающей равномерное по коэффициенту усиления антенны в парциальных лучах покрытие выделенной территории земной поверхности. Для этого предлагается многолучевая гибридная зеркальная антенна, содержащая рефлектор в виде осенесимметричной вырезки из параболоида вращения, облучающую антенную решетку с облучателями, продольная ось которых наклонена к фокальной оси и числом, равным числу формируемых парциальных диаграмм направленности, при этом нормаль к плоскости раскрыва которой наклонена относительно фокальной оси параболоида, образующего рефлектор, при этом плоскость раскрыва облучающей антенной решетки ортогональна фокальной оси параболоида, образующего рефлектор, а продольные оси периферийных облучателей облучающей антенной решетки наклонены относительно наклона продольных осей облучателей, и чем дальше от центра, тем более, и облучающая антенная решетка имеет возможность перемещаться вдоль фокальной оси параболоида, образующего рефлектор. 3 ил.

Многолучевая гибридная зеркальная антенна, содержащая рефлектор в виде осенесимметричной вырезки из параболоида вращения, облучающую антенную решетку с облучателями, продольная ось которых наклонена к фокальной оси и числом, равным числу формируемых парциальных диаграмм направленности, при этом нормаль к плоскости раскрыва которой наклонена относительно фокальной оси параболоида, образующего рефлектор, отличающаяся тем, что плоскость раскрыва облучающей антенной решетки ортогональна фокальной оси параболоида, образующего рефлектор, а продольные оси периферийных облучателей облучающей антенной решетки наклонены относительно наклона продольных осей облучателей, и чем дальше от центра, тем более, при этом облучающая антенная решетка имеет возможность перемещаться вдоль фокальной оси параболоида, образующего рефлектор.