Коррекция спада коэффициента усиления в фазированной решетке гибридной линзовой антенны с механическим приводом Российский патент 2023 года по МПК H01Q3/04 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способам и системам коррекции спада коэффициента усиления при сканировании в фазированной решетке гибридной линзовой антенны с механическим приводом для спутниковой или наземной связи. Изобретение, в частности, касается способов и систем компоновки линзовых элементов с различными вариантами наклона и вращения.

Предпосылки создания изобретения

Недостатком решеток, состоящих из практически плоских элементов, является снижение коэффициента усиления в процессе сканирования по углу места, главным образом, из-за уменьшения проецируемой площади апертуры антенны в направлении сканирования. В шарнирно закрепленной параболической антенне и шарнирно закрепленных антеннах на плоских панелях этот недостаток преодолевается за счет двумерного механического перемещения, обеспечивающего непрерывное наведение всей антенны в сторону необходимого сканирования. Эти шарнирные решения обусловливают очень большую высоту входа, что в определенных случаях может представлять собой проблему или быть нежелательным.

Панель с фазированной антенной решеткой, предполагающая возможность электронно управляемого перемещения вдоль одной оси, может вращаться, функционируя как антенна с охватом по всем азимутальным углам в достижимом диапазоне сканирования по высоте. Таким образом, ось сканирования по азимуту контролируется механически, а ось сканирования по высоте — электрически. Это уменьшает высоту устройства с двойным шарнирным креплением, но приводит к потерям при сканировании по дальним углам сканирования по высоте. Диапазон сканирования по высоте можно увеличить (или уменьшить потери при сканировании / увеличить коэффициент усиления по дальнему сканированию) за счет наклона панели к горизонту в той же плоскости, что и ось сканирования по высоте. Это увеличивает высоту, но уменьшает эффективный угол сканирования по высоте при наведении на цели вблизи горизонта.

Одноосная панель на электрическом управлении гораздо проще и дешевле полной двумерной сканирующей фазированной антенной решетки, но имеет узкую азимутальную ширину луча, что предъявляет высокие требования к точности наведения и времени отклика при использовании механических приводов.

Фазированные антенные решетки из электрически перенастраиваемых модулей радиочастотных линз имеют ряд преимуществ по энергопотреблению и количеству элементов перед обычными фазированными решетками, используемыми в системах спутниковой связи, радарах и для других целей. Например, патент США № 10,116,051, выданный на имя Scarborough et al., раскрывает антенную систему, которая включает в себя множество наборов линз. Каждый набор линз включает в себя линзу и по меньшей мере один питающий элемент. По меньшей мере один питающей элемент выровнен с линзой и выполнен с возможностью направления сигнала через линзы в желаемом направлении.

Документ JP H10 178313 раскрывает антенную решетку, которая сканирует лучом по высоте и в горизонтальных направлениях посредством использования приводных механизмов по высоте и в горизонтальном направлении. Множество рупорных антенн расположены на одной стороне так, что направление излучения радиоволн направлено наклонно относительно перпендикулярного направления. Таким образом, радиоволна изучается посредством использования распределителя, распределяющего мощность сигнала передачи от передатчика, и фазовращателей, регулирующих фазы возбуждения. Механизм привода элементов антенны используется для сканирования лучом в направлении по высоте посредством поворотного привода. Альтернативно, фазовращатели используются для изменения фаз сигналов приема-передачи для сканирования лучом в электронном режиме в направлении по высоте без использования механизма привода элементов антенны.

Документ US 2018/115087 A1 раскрывает фазированную антенную решетку, которая включает в себя множество антенн и базовый кристалл. Антенны расположены во множестве антенных рядов. По меньшей мере один антенный ряд во множестве антенных рядов выполнен с возможностью наклоняться под желаемым углом на основе сигналов, принимаемых от базового кристалла. Дополнительно, фазированная антенная решетка может включать в себя множество линз в форме ряда. По меньшей мере одна линза в форме ряда имеет соответствующий антенный ряд и выполнена с возможностью увеличения коэффициента усиления соответствующего антенного ряда. Линза в форме ряда может увеличивать общий коэффициент усиления фазированной антенной решетки. Линза в форме ряда выполнена с возможностью наклоняться под желаемым углом на основе сигналов, принимаемых от базового кристалла.

Документ US 2007/216596 A1 раскрывает антенну, содержащую первую группу частично сферических диэлектрических линз, поддерживаемых на первой части проводящей заземляющей пластины, предназначенной для отражения сигналов, выходящих из линзы. Каждая из линз имеет ряд соответствующих переключаемых облучающих элементов антенны, расположенных вокруг периферии по меньшей мере одного сектора линзы для ввода сигналов в линзу и/или приема сигналов, распространяемых линзой. Каждая линза и связанные с ней облучающие элементы первой группы имеют различную ориентацию и могут использоваться для обеспечения покрытия в отношении другой области. Антенна также содержит вторую группу из одной или более сферических или частично сферических диэлектрических линз и связанных с ними переключаемых облучающих элементов антенны, ориентированных и работающих для обеспечения покрытия области, отличной от области, охватываемой линзами первой группы. Первая часть заземляющей пластины может быть по существу кольцеобразной и располагаться так, чтобы окружать похожую на колодец область антенны, в которой может быть размещена вторая группа из одной или более линз.

Сущность изобретения

Изобретение в целом касается антенной решетки с радиочастотными линзами, в которой используются наклонные элементы, наклонные подрешетки и/или определенный градус наклона механического сканирования по азимуту в отношении всех или подмножества линзовых элементов. Дополнительное механическое вращение позволяет уменьшить необходимый диапазон сканирования, а следовательно — и число облучателей для каждого линзового элемента. Сканирование по азимуту, которое обеспечивается механическим вращением, также позволяет использовать различные конфигурации наклонных элементов и наклонных антенных решеток. Наклон отдельных линзовых элементов и/или наклон антенных решеток обеспечивает увеличение коэффициента усиления при сканировании в сравнении со стандартной плоской фазированной антенной решеткой, сохраняя при этом низкую высоту входа в отличие от шарнирно закрепленных антенн.

В самом простом случае плоская антенная решетка, состоящая из множества линзовых модулей, вращается механически. Эта конфигурация позволяет существенно уменьшить диапазон сканирования, а следовательно — и необходимое число облучателей для каждого линзового элемента. Сами элементы преимущественно обеспечивают сканирование по высоте с ограниченным диапазоном сканирования по азимуту. Основное сканирование по азимуту обеспечивается за счет механического вращения. В отличие от стандартной фазированной антенной решетки, предназначенной для одноосного сканирования, линзовая антенная решетка поддерживает возможность двумерного сканирования с определенным градусом в пределах ширины луча структуры линзовых элементов (обычно это 5-15 градусов). Благодаря этому антенна может электрически сканировать (к примеру) в пределах любого конуса +/- 5 градусов, включающего все точки на линии между 0 и 65 градусами, параллельной оси с азимутом=0 градусов по отношению к самой панели.

Чтобы увеличить коэффициент усиления при сканировании в случае использования описанной выше конфигурации, антенную решетку можно наклонить к горизонту в пределах заданного азимутального угла. Это обеспечивает увеличение проецируемой площади антенной решетки в направлении сканирования, тем самым увеличивая коэффициент усиления при сканировании.

В качестве альтернативного варианта, или в сочетании с описанной наклонной антенной решеткой, каждый элемент в антенной решетке может быть наклонен в сторону заданного азимутального угла. Эта конфигурация уменьшает требование по сканированию в отношении каждого линзового элемента, тем самым повышая коэффициент усиления всей структуры элементов при дальних углах сканирования.

Другая конфигурация предполагает наличие двух дискретных линзовых антенных решеток: первичной антенной решетки и вторичной антенной решетки. В каждой решетке можно настроить различные комбинации наклона решетки, наклона линз и механического вращения, чтобы нацелить сканирование на различные угловые области.

В одной комбинации первичная антенная решетка имеет плоские элементы, сканирующие как по азимуту, так и по высоте. Вторичная решетка линз окружает первичную решетку, и линзы наклонены от центра антенны, дополняя усиление при дальних углах сканирования (более 60 градусов). Ни в одной из решеток не используется механическое движение.

В другой комбинации описанной антенны используется механическое движение как первичной, так и вторичной антенной решетки. Первичная антенная решетка может иметь плоские элементы, наклонные элементы или наклонную антенную решетку. Вторичная антенная решетка расположена по периметру половины первичной решетки, а ее элементы направлены под тем же азимутальным углом. Каждый элемент вторичной антенной решетки дает дополнительное увеличение коэффициента усиления под заданным азимутальным углом, тогда как механическое вращение первичной и вторичной решеток обеспечивает сканирование по азимуту. Число облучателей для первичной и вторичной решеток можно сократить до одной линии облучателей или еще меньшего количества, чтобы каждый элемент сканировал преимущественно по высоте, тогда как механическое вращение обеспечивало сканирование по азимуту.

Еще одна комбинация предполагает наклон каждой отдельной линзы под разными независимыми углами. Различный наклон обеспечивает уменьшение дифракционных лепестков в силу отсутствия единой согласованной структуры элементов, а следовательно — создает усиливающую интерференцию.

Во всех описанных случаях сигналы передачи и приема от первичной и вторичной антенных решеток объединяются в единый луч.

Краткое описание чертежей

Прилагаемые чертежи включены в настоящее описание изобретения и являются его неотъемлемой частью. Следует понимать, что на чертежах представлены лишь некоторые примеры осуществления изобретения, и другие примеры или комбинации различных примеров, конкретно не представленные на этих фигурах, могут тоже попадать в объем настоящего раскрытия. Ниже приводится более подробное описание примеров с использованием чертежей, а именно:

На ФИГ. 1(a)–1(c) показана гибридная линзовая антенная решетка с механическим приводом, состоящая из множества линзовых модулей внутри обтекателя и корпуса, которые могут вращаться в азимутальном направлении, а также соответствующий график.

На ФИГ. 2 показан отдельный линзовый модуль, включающий радиочастотную линзу, облучатели, панель питания и монтажную конструкцию.

На ФИГ. 3(a)–3(h) показано несколько вариантов компоновки облучателей для линзового модуля с соответствующими диаграммами сканирования, а также показано влияние на доступный диапазон сканирования для отдельной линзы, где на ФИГ. 3(a), (c), (e) представлен вид сверху, а на ФИГ. 3(g) — вид в перспективе.

На ФИГ. 4(a)–(c) показана модифицированная гибридная линзовая первичная антенная решетка с механическим приводом, дополненная вторичной антенной решеткой («юбкой»), состоящей из линзовых элементов, наклоненных к горизонту для большей сканирующей способности антенны, а также соответствующий график.

На ФИГ. 5(a)–(l) показаны варианты гибридных линзовых антенных решеток с механическим приводом, в которых применены различные способы и комбинации наклона линзовых модулей первичной и вторичной антенных решеток, а также соответствующие графики.

На ФИГ. 6(a)–(c) показана гибридная линзовая антенная решетка с механическим приводом, включающая первичную антенную решетку и две вторичные решетки, наведенные в противоположных направлениях для обеспечения дополнительного избирательного усиления с любой стороны антенной решетки и увеличения эксплуатационной гибкости, а также соответствующий график.

На ФИГ. 7(a)–7(c) показан эффект юбки из линз, добавленной вокруг плоской антенной решетки, при отсутствии механического вращения, а также соответствующий график.

Подробное описание изобретения

Настоящее изобретение касается конкретных конструктивных дополнений к антенне с линзовой решеткой (таких как, например, плоская линзовая решетка согласно патенту США № 10,116,051), предполагающих упрощение конструкции, снижение стоимости и увеличение конструктивной гибкости для повышения коэффициента усиления за счет сочетания направленного и сканирующего действия антенны. Содержание патента ’051 включено в настоящий документ в полном объеме посредством ссылки.

Что касается ФИГ. 1(a) и 1(b), на них изображено базовое гибридное антенное устройство 101, имеющее линзовую антенную решетку с механическим приводом (вид сбоку на ФИГ. 1(a), вид сверху на ФИГ. 1(b)). Данная антенна называется гибридной, поскольку для наведения лучей по всему полю обзора в ней используется комбинация электрического формирования луча и механического управления. Антенна 101 состоит из практически плоской линзовой антенной решетки 120, корпуса 105, платформы вращения 109 и привода вращения 107. Линзовая антенная решетка 120 состоит из множества линзовых модулей 121 (далее в некоторых случаях именуемых линзами), размещенных главным образом в одной плоскости друг с другом, так что антенная решетка 120 является практически плоской, т.е. состоящей из несферических линз, уложенных на плоскости. В одном из примеров осуществления линзовые модули 121 могут иметь плоскую нижнюю сторону и слегка искривленную или искривленную верхнюю сторону, однако за счет размера каждого отдельного линзового модуля составная верхняя поверхность всех линзовых модулей 121 является практически плоской. Что касается ФИГ. 1(b), линзовые модули 121 могут быть круглыми, хотя возможно использование любой подходящей формы, например, шестиугольной. Привод 107 вращает антенную решетку 120 вокруг вертикальной оси антенны 101, в результате чего антенна 101 может направлять лучи в любом азимутальном направлении с помощью линзовых модулей 121, которые могут сканировать лишь ограниченный сегмент азимутальной оси. Конструкция антенной решетки 120 может предусматривать возможность наклона под фиксированным углом с помощью платформы вращения 109 с одновременным вращением с помощью привода 107 при различном применении, и далее это будет обсуждаться более подробно применительно к ФИГ. 4–7. Может быть использован любой подходящий привод 107, например тот, что описан в публикации заявки на патент США № 2020/0091622, содержание которой в полном объеме включено в настоящий документ посредством ссылки.

Антенна 101 крепится на ровную поверхность базовой опорной платформы 103. К примеру, опорная платформа 103 может быть башней, кровлей здания или крышей автомобиля, катера, автобуса или другого транспортного средства, где может быть необходимо установить антенну. Платформа 103 может, но не обязательно должна быть горизонтальной, и в этом случае направление электрической оси и углы сканирования входа соответствуют ориентации платформы и конечной ориентации антенны 101. Антенное устройство 101 также включает корпус 105, механически поддерживающий остальную часть конструкции (но не являющийся радиопрозрачным), и радиопрозрачный обтекатель 111, прикрепленный к корпусу 105 с возможностью снятия, который защищает антенну от погодных условий и пропускает радиочастотные сигналы. Корпус 105 может быть напрямую соединен с платформой 103 с помощью болтов или других крепежных элементов. Корпус 105 и обтекатель 111 в совокупности дают закрытую или герметичную оболочку, содержащую в себе антенну (т.е. линзы 121, платформу 109 и привод 107), которая предотвращает воздействие влаги, пыли и мусора из окружающей среды на электротехнические и механические компоненты антенны.

Платформа вращения 109 может быть относительно тонкой и иметь плоскую верхнюю сторону и плоскую нижнюю сторону. Линзовая антенная решетка 120 крепится к верхней стороне платформы вращения 109 таким образом, чтобы нижняя плоская сторона линзовых модулей 121 соприкасалась с плоской верхней стороной платформы вращения 109 напрямую или опосредованно (то есть, линзовые модули 121 могут размещаться на плоской подложке и/или крепиться к ней). Привод вращения 107 имеет основание и соединитель, выступающий над основанием. В одном из примеров осуществления соединитель может поворачиваться и/или вращаться относительно основания. Соединитель имеет плоскую верхнюю сторону, жестко соединяющуюся с плоской нижней стороной платформы вращения 109. В другом примере осуществления соединитель может вращаться относительно основания, но не поворачиваться, а вместо этого платформа вращения 109 жестко соединяется с плоской верхней стороной соединителя под фиксированным или регулируемым углом.

Таким образом, линзовые модули 121 антенной решетки 120 жестко закреплены на платформе вращения 109 и размещены в целом перпендикулярно плоскости платформы вращения 109 и опорной платформы 103. Лучи, передаваемые этими линзовыми модулями 121, также в целом перпендикулярны плоскости платформы вращения 109 и опорной платформы 103. Платформа вращения 109 жестко прикреплена к соединителю привода 107, а основа привода жестко прикреплена к нижней стороне корпуса 105. Привод вращения 107 прикрепляет платформу вращения 109, с возможностью поворота и/или вращения, к корпусу 105, который, в свою очередь, жестко прикреплен к опорной платформе 103. В частности, как показано стрелками на ФИГ. 1(b), платформа вращения 109 может вращаться в осевом направлении вокруг центральной оси антенны 101.

На ФИГ. 1(c) показан профиль коэффициента усиления для угла сканирования θ (построенный в полярных координатах). Этот профиль сканирования показан при номинальном значении φ и будет одинаков для каждого угла φ (азимута), поскольку привод вращения 107 наводит антенную решетку 120 в различных направлениях. Это позволяет линзовым модулям антенной решетки использовать облучатели (см. ФИГ. 2(b, (c), обеспечивающие сканирование лишь по подмножеству азимутальных углов (т.е. линза не может сканировать в диапазоне 360 градусов, а лишь (например) +/- 90 градусов по азимуту (φ). Использование лишь достаточного количества облучателей для поддержки сканирования по ограниченному азимуту позволяет сократить и оптимизировать количество облучателей (а, следовательно, и стоимость), сохраняя при этом общий диапазон сканирования антенны за счет использования механического привода. Как показано на графиках, при данной компоновке линз самый высокий коэффициент усиления антенны находится по электрической оси (θ = 0 градусов) и равномерно снижается по мере приближения к максимальному применимому углу сканирования около 65-70 градусов.

Как и у большинства антенн с электрическим управлением, обычно наблюдается падение коэффициента усиления на 6–10 дБ в диапазоне между электрической осью и 70 градусами. Снижение коэффициента усиления при сканировании является результатом уменьшения эффективной площади апертуры (проецируемая площадь антенной решетки 120 при угле 70 градусов меньше проецируемой площади при меньших углах сканирования). Снижение коэффициента усиления свидетельствует о более низкой силе сигналов, полученных при сканировании под углом, по сравнению с сигналами по электрической оси. Это общая логика работы соответствует ожидаемой логике работы всех антенн с управляемым положением луча и не является уникальной для данной антенны.

Что касается ФИГ. 2, каждый из линзовых модулей 121 имеет радиочастотную линзу 201, панель питания 203, множество облучателей 205 и монтажную конструкцию 207, с помощью которой модуль 121 прикрепляется к платформе вращения 109. Показано, что линза 201 имеет круглый контур, а облучатели расположены близко к линзе, однако объем настоящего раскрытия может предусматривает любую подходящую форму контура и расположение облучателей. Например, могут применяться различные контуры и отличные от нуля расстояния между линзой 201 и панелью питания.

Что касается ФИГ. 3, на нем показаны различные примеры конфигурации и компоновки облучателей 105, которые могут использоваться в антенне с линзовой решеткой 101. В отдельной линзовой антенне (например, линзовом модуле 121 линзовой решетки 120) или отражающей антенне расположение и количество облучателей определяют диапазон углов, под которыми может быть направлен сформированный луч антенны. Например, стандартная отражающая антенна с одним облучателем, закрепленным в фокусе параболического отражателя, может сформировать один луч, перпендикулярный отражателю. Аналогичным образом, линзовый модуль 121 с одним облучателем в центре фокальной области может сформировать луч, перпендикулярный линзе. Вместе с тем, смещение такого облучателя в сторону в пределах фокальной области приводит к смещению луча под углом к θ/φ относительно координат x/y положения облучателя в пределах фокальной области. Добавление нескольких облучателей в пределах фокальной области линзы позволяет выбирать определенный облучатель в режиме реального времени для формирования луча в требуемом направлении, а также объединять сигналы от смежных облучателей с целью точной настройки направления и свойств луча. Обсуждаемые далее ФИГ. 3(b), (d), (f) и (h) представляют собой горизонтальные проекции пространства θ/φ, иллюстрирующие доступные углы сканирования соответствующей конфигурации облучателей.

На ФИГ. 3(а) показано, что заполнение всей фокальной области 303 линзы позволяет направить луч в любом направлении в пределах поля обзора линзы. Как показано, вся круглая фокальная область 303 на панели питания 301 заполнена облучателями. Доступный диапазон сканирования и относительный коэффициент усиления 303 линзового модуля 121a, использующего панель питания 301, показаны на ФИГ. 3(b), где диаграмма θ/φ заштрихована для всех сочетаний θ/φ, куда линза может направить луч, при этом штриховка темнее там, где сигнал самый сильный. Наиболее сильный сигнал наблюдается по электрической оси (центр ФИГ. 3b), поскольку коэффициент усиления линзы максимальный при нулевом угле сканирования (θ=0°).

Во всех случаях облучатели образуют правильную или в целом равномерную (шестиугольную или прямолинейную) сетку, в которой расстояние между облучателями зависит от свойств линзы и в целом (но не исключительно) составляет примерно половину длины волны при рабочей частоте антенны, что обеспечивает оптимальную сканирующую способность и разрешающую способность сформированных лучей.

Примеры широких классов альтернативной компоновки облучателей, предполагающей уменьшение количества облучателей и стоимости в сравнении с ФИГ. 3(a) с целью уменьшения диапазона охвата при угловом сканировании, показаны на ФИГ. 3(c), (e) и (g), а их соответствующие диапазоны углового сканирования — на ФИГ. 3(d), (f) и (h).

Что касается ФИГ. 3(c), в линзовом модуле 121b с панелью питания 311 примерно половина фокальной области 303 заполнена облучателями 205, что дает преимущество в виде более низкой стоимости (в силу уменьшения количества схем питания, необходимых для обеспечения работы уменьшенного количества облучателей) в сравнении с линзовым модулем 121a. В частности, облучатели 205 размещены в верхней половине пластины питания 301 в форме полукруга. Такая конфигурация дает диапазон сканирования 313, покрывающий практически всю верхнюю полусферу, а также небольшую часть нижней полусферы. Этот линзовый модуль 121b не может сканировать пространство φ (ограниченное, как показано, с возможностью электрического сканирования лишь диапазона -90° <= φ <= 90°), кроме как за счет добавления механического вращения в азимутальной плоскости с помощью привода вращения 107 под всей антенной решеткой. Тем не менее, возможность двумерного электронного сканирования в верхней полусфере, как показано, значительно снижает требования к скорости и точности сканирования при использовании механического привода 107.

В этом случае привод 107 может вращать линзы 121b, отслеживая перемещение цели, достаточное для того, чтобы удерживать желаемую цель луча внутри доступной области 313, вместо необходимости отслеживать спутник-цель или коммуникационную цель с точностью до 0,2 градуса, как это требовалось бы в случае обычной шарнирно закрепленной антенны, используемой в системах спутниковой связи. Даже при существенной (> 1–5 градусов) ошибке наведения, обусловленной использованием механического привода, антенна в целом обеспечит требуемую точность и быстрое время отклика при сканировании за счет электронного сканирования, а также доступ ко всему диапазону углов φ за счет вращения, поддерживаемого приводом 107. Полнофункциональные антенные устройства 101, в конструкции которых используется этот модуль 121b, могут поддерживать несколько лучей, идущих к различным спутникам, так как механическое вращение антенной решетки 120, содержащей модули 121b, необходимо только лишь для того, чтобы направить центр области охвата к средней точке двух или большего количества спутников. Эта конфигурация может обеспечивать одновременное обращение к любым двум спутникам и многим комбинациям из трех или большего количества спутников (особенно геосинхронных спутников, которые всегда будут только к северу или только к югу от антенны).

Что касается ФИГ. 3(e), количество облучателей 205 может быть уменьшено еще более существенно, как показано на примере модуля 121c, использующего панель питания 321 лишь с одной линией облучателей, которая начинается у центра и идет до края фокальной области 303. Как показано на ФИГ. 3(F), в диапазоне охвата 323 эта конфигурация позволяет линзовому модулю 121c сканировать лишь в пределах узкого азимутального конуса (φ-ось) размером +/- 5–15 градусов (в зависимости от размера линзы относительно длины волны и других свойств), но по всему диапазону углов сканирования, обеспечиваемых линзой 201 и фокальной областью 303. В случае с этим линзовым модулем 121c наблюдается гораздо более сильная зависимость от азимута, чем в случае с модулем 121b, и разумно использовать лишь один луч для одной цели. Возможно формирование нескольких лучей, однако они должны находиться в +/- 5–15 градусах друг от друга в азимутальной плоскости, что было бы гораздо более ограничивающим условием.

Возможен видоизмененный вариант модуля 121c (ФИГ. 3(e)), при котором линзовый модуль наклонен таким образом, что электрическая ось самой линзы направлена под отличным от нуля углом сканирования θ в угломестной плоскости относительно оси вращения и электрической оси антенны в целом. Если линзовый модуль 121d (ФИГ. 3(g)) направлен вниз к горизонту (или под любым углом θ больше 0 градусов, но обычно от 45 до 70 градусов), тогда линия облучателей 205 под линзой может быть смещена к центру фокальной области 303 и по-прежнему охватывать тот же диапазон углов. Преимущество наклона линзы и соответствующего смещения облучателей состоит в том, что линза работает в среднем при меньших углах сканирования θ, а значит — с большим коэффициентом усиления. То есть, облучатели 205 на панели питания 331 при наклонном линзовом модуле 121d находятся рядом друг с другом в центре фокальной области, не доходя до края фокальной области 303, а не располагаются от центра до края фокальной области, как в модуле 121c. Это смещает положение в угломестной плоскости, где линзовый модуль 121d дает наибольший коэффициент усиления. Как показано на диаграмме диапазона охвата 333, наибольший коэффициент усиления (наиболее темная штриховка) наблюдается частично в промежутке между 0 и θ_max. Как будет более подробно обсуждаться далее применительно к ФИГ. 4–7, углом наклона линзы определяется угол структуры элементов, который дает максимальный коэффициент усиления.

Во всех этих случаях уменьшение количества облучателей 205 путем их выведения (к примеру) из линзовых модулей 121a для получения измененной конфигурации (такой как в линзах 121c) уменьшает диапазон сканирования линзового модуля 121, но напрямую не снижает и не влияет на коэффициент усиления линзового модуля в пределах оставшегося доступного диапазона сканирования. Поскольку облучатели активируются лишь тогда, когда антенна наведена в направлении, охватываемом облучателем, выведение облучателя просто означает невозможность активировать этот облучатель (то есть, антенна не может наводиться в направлениях, поддерживаемых этим облучателем), при этом остальные облучатели доступны для выбора и функционируют в нормальном режиме. Тогда в любом из случаев, где ограничивается диапазон сканирования в азимутальном направлении, требуется механическое вращение линзы, облучателей или всей антенной решетки (с помощью привода 107) для наведения лучей в любом направлении в пределах обычного диапазона сканирования линзы (например, чтобы сканировать в тех направлениях, для которых были выведены облучатели). Любое необходимое в этих случаях движение может осуществляться с помощью всего лишь одной оси вращательного движения с низким разрешением и относительно низкой точностью, приводимой в действие приводом вращения 107, а не с помощью многомерных высокоточных приводов, которые требуются для шарнирно закрепленной антенны с параболическим отражателем. В данном контексте низкое разрешение и низкая точность оцениваются в сравнении со значениями этих параметров, необходимыми для многоосной шарнирно закрепленной параболической антенны спутниковой связи, которая требует более высокой точности (выше, чем 0,2 градуса) по всем осям в любой момент времени, налагая при этом очень высокие требования по скорости слежения и ускорению, для обеспечения возможности следить за движением платформы 103 и потенциального спутника.

Что касается ФИГ. 4, еще один пример осуществления антенного устройства 401 (вид сбоку на ФИГ. 4 (a), вид сверху на ФИГ. 4 (b)) демонстрирует эффект разделения линзовых модулей 121 антенной решетки 120 на первичную антенную решетку 421, состоящую из множества линзовых модулей 121c (ФИГ. 3(e), хотя она также может быть использована с конфигурацией линз 121, показанной на ФИГ. 3(a), (c) и (g)), и вторичную антенную решетку или юбку 423, состоящую из множества наклонных линзовых модулей 121d. Платформа вращения 409 состоит из первичной секции 409a и вторичной секции 409b. Вторичная секция 409b размещена под углом или наклонена под углом места по отношению к первичной секции 409a, при этом, в частности, вторичная секция 409b наклонена вниз по отношению к первичной секции 409a. Первичная секция может представлять собой тонкую ровную плоскую панель, на которой закреплена первичная антенная решетка 421, состоящая из первичных линзовых модулей 121e. Первичная секция 409a находится в первичной плоскости, которая в целом параллельна плоскости нижней стороны корпуса 105 и плоскости опорной платформы 103. Вторичная секция 409b представляет собой тонкую ровную плоскую панель, на которой закреплена вторичная антенная решетка 423, состоящая из вторичных линзовых модулей 121d. Вторичная секция 409b находится во вторичной плоскости, которая размещена под углом или наклонена по отношению к первичной плоскости, образуя юбку вокруг левой стороны (в показанном примере осуществления) антенной решетки.

Таким образом, в примере осуществления, показанном на ФИГ. 4, вторичная секция 409b проходит частично по внешней окружности или части периметра первичной секции 409a платформы вращения 409. Вторичная секция 409b может быть изогнутой формы, например частично C-образной, или иметь серповидную или другую подходящую форму. Первичная секция 409a и вторичная секция 409b вместе образуют полный круг, хотя могут использоваться любые подходящие размеры и формы, независимо от того, совпадают ли и совмещаются ли друг с другом формы и размеры секций 409a и 409b. При этом первичная секция 409a может составлять одно целое со вторичной секцией 409b или быть отдельной прикрепленной к ней частью. Кроме того, вторичная секция 409b может двигаться, переходя из первого положения, когда она совмещена и находится в одной плоскости с первичной секцией 409a, во второе положение, когда она расположена под углом или наклонена по отношению к первичной секции 409b, например, за счет шарнира, или может быть зафиксирована в нужном положении.

Как далее показано в примере осуществления на ФИГ. 4, вторичная секция 409b может быть расположена так, что облучатели и диапазон сканирования, определенные пластиной питания 331 во вторичных линзовых модулях 121d, приводятся в соответствие с осью сканирования линии облучателей 205 на панели питания 321 первичных линзовых модулей 121c первичной антенной решетки 421. Таким образом, вторичная секция 409b располагается сбоку и ниже первичной секции 409a. Обе антенных решетки 421 и 423 по-прежнему располагаются на опорной платформе 409 и вращаются вместе с нею. Сигналы от элементов первичной и вторичной антенных решеток 121e и 121f объединяются, формируя единый луч, во время операции передачи или приема. Несмотря на то, что показана лишь одна вторичная антенная решетка 423, располагающаяся по периметру первичной решетки 421, возможно наличие любого количества вторичных антенных решеток 423, либо располагающихся неразрывно и смежных (т. е. прилегающих как можно ближе и/или касающихся) с первичной антенной решеткой 421 (как показано), либо отделенных от первичной антенной решетки 421 зазором или расстоянием, которые могут идти вдоль всего внешнего периметра первичной антенной решетки 421 или вдоль меньшего участка первичной антенной решетки 421, чем показано.

Эффект разделения на две антенные решетки 421 и 423 и размещения вторичной антенной решетки 423 в виде юбки по части периметра антенной решетки проявляется в том, что при углах сканирования, близких к углу наклона юбки (обычно от 45 до 70 градусов по отношению к электрической оси антенны), линзовые модули 121d вторичной антенной решетки (юбки) 423 практически совмещаются с желаемым лучом, поэтому для них не характерны потери при сканировании, как для линзовых модулей первичной антенной решетки 421. Таким образом, первичная секция находится в первичной плоскости, а вторичная секция — во вторичной плоскости, при этом сами плоскости располагаются под острым углом примерно 45–70 градусов друг к другу. То есть, плоскости расположены под углом, смещаясь друг относительно друга. Как показано на ФИГ. 4 (c), коэффициент усиления 425 по электрической оси первичной решетки 421 немного ниже в сравнении с этим же показателем 125 (показан пунктирной линией) исходной плоской эталонной антенной решетки 101 из-за уменьшения количества линз, наведенных по направлению электрической оси. Вместе с тем, коэффициент усиления при сканировании значительно увеличивается. Даже при том, что количество вторичных линз 121d на юбке может быть относительно небольшим по сравнению с количеством первичных линз 121c, больших потерь при сканировании, наблюдаемых при углах (к примеру) от 0 до 70 градусов, достаточно, чтобы позволить меньшему количеству линз существенно увеличить производительность при дальних углах сканирования. Это приводит к сглаживанию кривой спада коэффициента усиления и увеличению углов сканирования, для которых коэффициент усиления достаточно высок, чтобы соответствовать заданному пороговому значению (например, 3 дБ, 4,5 дБ, 7 дБ и т.д.).

Интересен тот факт, что чем сильнее исходный спад (разница между значениями коэффициента усиления по электрической оси и при сканировании) в линзовом модуле, тем лучший эффект и коррекцию коэффициента усиления при сканировании обеспечивает вторичная антенная решетка в форме юбки 423. Это означает, что антенную решетку в форме юбки 423 следует нацеливать на край сканирования θ_max или близко к нему (в 333), чтобы обеспечить в первичной решетке 421 максимальную коррекцию при минимальной потере усиления по электрической оси. То есть, юбка, нацеленная на низкий угол сканирования, например 30 градусов, даст очень незначительный очевидный эффект, так как потери при сканировании до 30 градусов обычно малы или умеренны, а в случае нацеливания юбки на углы за пределами диапазона сканирования первичной антенной решетки 421 (например, более 70 градусов или даже 75–85 градусов) юбка должна быть очень большой, чтобы обеспечивать производительность, так как она уже не будет дополнять первичную антенную решетку. В силу этих причин лучшими для юбки будут углы в диапазоне от 45 до 70 градусов, поскольку меньшие углы дают менее заметный эффект, а большие углы выходят за пределы поддерживаемого диапазона для первичной антенной решетки.

Следует также отметить, что относительный размер первичной антенной решетки 421 и вторичной антенной решетки 423 (определяемый по количеству линзовых модулей, а также площади апертуры) подвержен некоторым ограничениям. Юбка имеет наибольшее влияние, когда количество линз в ней составляет порядка 3–9 дБ (от 1/2 до 1/8) от количества линз в первичной решетке. В зависимости от количества модулей в первичной решетке 421 это требование может быть выполнено за счет одного или нескольких расположенных друг над другом слоев юбки; единичные слои наиболее удобны, так как наличие нескольких слоев (хотя и возможно) увеличивает высоту антенны и, следовательно, менее желательно. Это накладывает ограничения по максимальной высоте антенной решетки, которая может практично включать эффективную однослойную юбку, как показано на ФИГ. 4. Количество линз увеличивается прямо пропорционально квадрату диаметра апертуры, а доступное количество линз в юбке (пропорциональное окружности) увеличивается лишь линейно по мере увеличения диаметра апертуры — в более крупных антенных решетках юбка имеет так мало элементов в сравнении с первичной антенной решеткой, что ее влияние практически отсутствует, поэтому она бесполезна. В одном примере осуществления, не имеющем ограничительного характера, доля линзовых модулей вторичной антенной решетки 423 составляет 12–35% от количества модулей первичной антенной решетки 421. Например, 12 из 50 линз или 8 из 38 (как показано на ФИГ. 4b) — это приемлемое соотношение.

Чтобы расширить имеющийся у антенны диапазон сканирования по высоте за пределы диапазона отдельной линзы 201 и линзового модуля 121, необходимо дополнительно видоизменить первичную антенную решетку. Что касается ФИГ. 5, здесь показан ряд примерных вариантов, увеличивающих диапазон сканирования антенного входа. В случае когда отдельные линзовые модули предусматривают сканирование под углом до 60 или 70 градусов, эти подходы обеспечат хорошую сканирующую способность антенн в угломестной плоскости до 80 или 90 градусов.

В одном из вариантов антенного устройства 500 (вид сбоку на ФИГ. 5 (a), вид сверху на ФИГ. 5 (b)) используется первичная антенная решетка 521 и вторичная антенная решетка 523, но предусмотрен небольшой наклон всех линз 121c (ФИГ. 3(e), хотя и в этом случае также может быть использована конфигурация линз 121, показанная на ФИГ. 3(a), (c) и (g)) первичной антенной решетки 521 к горизонту за счет использования видоизмененной платформы вращения 509. Как показано, линзы 121c расположены под углом или наклоном по отношению к нижней стороне корпуса 103 и опорной платформы 103. Как показано, верхняя сторона платформы 509 имеет угловые выступы или полочки, расположенные пилообразно, при этом линзы 121c закреплены на наклонной поверхности верхней стороны. Безусловно, может быть использована любая другая подходящая методика позиционирования одной или всех линз 121c под углом по отношению к центральной плоскости платформы 509 или плоскости нижней стороны корпуса 105 или опорной платформы 103. Например, верхняя сторона платформы вращения 509 может быть плоской, и полочки могут крепиться к верхней стороне платформы вращения 509, либо линзовые модули 121c могут иметь основание, обеспечивающее наклон линз 201.

Наклонные линзы 121c смещают область охвата к горизонту на величину наклона. Это иллюстрирует диапазон охвата 525 на ФИГ. 5 (c). Чтобы не допустить блокирования одной линзой соседней линзы, в отношении угла наклона, который может быть применен к отдельным линзам, действует ограничение по величине, к тому же при таком способе трудно добиться улучшения общей производительности при наклоне более 75 градусов по причине геометрической формы линз. Как и в антенном устройстве 401, вторичная антенная решетка 523 устройства 500 продолжает поддерживать отклик при сканировании по дальним углам сканирования. Существенный эффект этого варианта заключается в том, что коэффициент усиления по электрической оси перестает быть самым высоким.

На примере варианта антенного устройства 530 (вид сбоку на ФИГ. 5 (d), вид сверху на ФИГ. 5 (e)) показан эффект наклона всей первичной антенной решетки 531 с помощью платформы вращения 539 при сохранении положения вторичной антенной решетки 533. То есть, в одном примере осуществления, не имеющем ограничительного характера, платформа 539 жестко прикреплена к приводу 107 под углом. В другом примере осуществления привод 107 может наклонять или вращать платформу вращения 539 так, чтобы один край платформы вращения был выше другого. Наклон всей антенной решетки значительно увеличивает высоту системы, но не приводит к взаимному блокированию смежных линзовых модулей 121c первичной антенной решетки. Коэффициент усиления 535 (ФИГ. 5 (f)) немного выше, чем при наклоне отдельных линз 525, но демонстрирует подобную динамику.

Оба описанных выше подхода можно объединить; на примере варианта антенного устройства 540 (вид сбоку на ФИГ. 5 (g), вид сверху на ФИГ. 5 (g)) показан эффект наклона всей первичной антенной решетки 541, а также отдельных линз 121c решетки, в дополнение ко вторичной антенной решетке в форме юбки 543. И первичная 541, и вторичная 543 антенные решетки удерживаются в нужном положении с помощью платформы вращения 549. Этот подход обеспечивает расширение диапазона сканирования антенны без взаимного блокирования смежных линз 121c первичной антенной решетки 541, а также удерживает сканирующую способность в середине диапазона сканирования. При увеличенном диапазоне сканирования положение и высота корпуса 105 и диаграмма направленности обтекателя 111 при передаче могут стать ограничивающими факторами. Эта конфигурация дает возможность максимально увеличить производительность при сканировании в обмен на существенное снижение производительности по электрической оси, как показано на репрезентативной диаграмме охвата 545 (ФИГ. 5 (i)).

В еще одном примере осуществления антенного устройства 550 (вид сбоку на ФИГ. 5 (j), вид сверху на ФИГ. 5 (k)) показано сочетание двух первичных антенных решеток 551 и 552, где 551 наведена в сторону одного угла, а 552 наклонена под другим углом, с применением вторичной решетки в форме юбки 553. Это сочетание (и другие подобные ему) можно настроить для получения определенного профиля сканирования; на диаграмме диапазона охвата 555 (ФИГ. 5 (l)) показан пример практически равномерного усиления в промежутке между 20 и 70 градусами. Изменение относительного количества линзовых модулей 121c и 121d в каждой из антенных решеток 551, 552 и 553, а также угла наклона или другого предусмотренного параметра можно использовать для формирования и контроля спада коэффициента усиления по антенне 550 в целом. Таким образом, как показано, линзы 121 одной антенной решетки (например, первичной решетки или вторичной решетки) не обязательно должны быть наведены или расположены под углом в одном направлении, но могут наводиться или располагаться под углом или с наклоном в различных направлениях. То есть, и линзы 551, расположенные под углом в одном направлении, и линзы 552, расположенные под углом в другом направлении, установлены на платформе вращения 559. Более того, линзы 551 могут быть расположены под углом в противоположном направлении (например, вправо в показанном варианте осуществления) относительно линз 552.

Что касается ФИГ. 6, конструкция антенны 601 может предполагать наличие одной первичной антенной решетки 621 линзовых модулей 121 и двух вторичных антенных решеток 622 и 623, наведенных в различных азимутальных направлениях, а в показанном здесь примере (вид сбоку на ФИГ. 6 (a), вид сверху на ФИГ. 6 (b)) — в противоположных направлениях (φ=0 градусов, а φ=180 градусов). В этом случае юбка 622 может состоять из линзовых модулей, настроенных только на прием, а юбка 623 может состоять из линзовых модулей, настроенных только на передачу. Эти ограничительные условия могут устанавливаться для снижения стоимости или упрощения либо по причине фундаментальных ограничений в электрической схеме. За счет юбок, настроенных на прием и передачу и расположенных на противоположных краях антенной решетки, конечный пользователь антенны получает возможность увеличить производительность (как показано на ФИГ. 6 (c)) в режиме приема 625 (навести антенну с помощью привода вращения 107 в сторону юбки приема 622) или в режиме передачи 626 (навести антенну с помощью привода вращения 107 в сторону юбки передачи 623). Эта конфигурация представляет наибольший интерес в случаях применения с ограничениями по высоте, когда увеличивать высоту добавлением второго слоя юбки, который обеспечивал бы производительность передачи и приема одновременно, нежелательно, но при этом нужна эксплуатационная гибкость.

В каждом из описанных выше случаев платформа вращения 107 показана единым элементом, объединяющим первичные и вторичные решетки. Во всех случаях могут использоваться отдельные платформы вращения для первичных и вторичных антенных решеток (например, первичная антенная решетка устанавливается на первичной платформе вращения, а вторичная антенная решетка устанавливается на вторичной платформе вращения, которая вращается независимо (в том же или в противоположном направлении) от первичной платформы вращения), поддерживающая все линзовые модули в целом или каждый в отдельности. Отдельные платформы вращения (если они используются) могут составлять единое целое с первой платформой или быть отделенными и обособленными от первой платформы и жестко, cъемно и/или динамически (с возможностью вращения) прикрепленными к первой платформе. Например, одна платформа вращения может быть размещена концентрически внутри другой платформы вращения или сверху нее. Таким образом, каждый элемент может быть расположен под фиксированным наклоном или динамически регулируемым наклоном синхронно со всеми другими элементами или отдельно от них. Линзовые элементы вторичной антенной решетки наклонены под углом, который может быть таким же, как и угол наклона первичных линз, или отличным от него. И первичная, и вторичная решетки механически вращаются, обеспечивая сканирование по азимуту.

В качестве расширения концепции юбки, вторичная антенная решетка в форме юбки может быть применена в неподвижно закрепленной или невращающейся антенне 701 (как иллюстрирует вид сбоку на ФИГ. 7 (a) и вид сверху на ФИГ. 7 (b)) с первичной решеткой 721, состоящей из линзовых модулей 121a, в которых вся фокальная плоскость 303 заполнена облучателями 205. В таком случае радиально по периметру первичной антенной решетки 721 добавляется вторичная антенная решетка в форме юбки 723, поддерживаемая конструкцией 709 и состоящая из линзовых модулей 121d с диапазоном сканирования по высоте, скорректированным с учетом угла юбки. Эффект (как показано на ФИГ. 7 (c)) такой компоновки линзовых модулей, проиллюстрированный диаграммой спада 725, состоит в значительном уменьшении коэффициента усиления по электрической оси, но также в сглаживании спада усиления, что дает чрезвычайно плоскую амплитудно-частотную характеристику при углах сканирования по высоте θ, близких к электрической оси. Добавление дополнительных слоев юбки или радиальных углов наклона линзовых модулей 121 первичной решетки 721 преобразует антенную решетку в форме юбки в куполообразную антенную решетку, что дает дополнительную возможность контролировать профиль спада в обмен на снижение пикового усиления и увеличение высоты антенны.

В каждом из описанных выше вариантов осуществления первичные и вторичные антенные решетки имеют стандартные электрические схемы и возможности управления, необходимые для индивидуального наведения луча или лучей по заданному углу места и азимуту относительно положения платформы вращения 109. Кроме того, предусмотрено наличие общего устройства управления и электрической схемы для объединения сигналов от отдельных первичных и вторичных антенных решеток с целью формирования единого луча от объединенных антенных решеток.

В каждом из описанных выше вариантов осуществления монтажные платформы и опорные ступени являются в целом ровными плоскими элементами с ровной верхней стороной, при этом один или большее количество элементов антенной решетки закреплены на соответствующей платформе или опорной ступени или соединены с ней. Вместе с тем, в других вариантах осуществления платформы и опоры не обязательно должны быть плоскими.

Также следует отметить со ссылкой на ФИГ. 1-7, что привод 107 поворачивает линзы 121 и платформу 109, 409, 509, 539 и 549 из первого положения с первым азимутом во второе положение со вторым азимутом. Первый азимут может отличаться от второго азимута либо совмещаться со вторым азимутом или частью второго азимута, как того требует конкретное применение. Различные положения дают пользователю возможность получить нужный охват сканирования вплоть до полных 360 градусов. При этом платформа 109, 409, 509, 539 и 549 может быть прикреплена к приводу 107 под первым углом или под вторым углом, отличным от первого угла. Первый угол или положение могут иметь первый угол места, а второй угол или положение могут иметь второй угол места — такой же, как и первый, или отличный от него. К примеру, как показано на ФИГ. 3(c), привод 107 может поворачивать линзы 121b из первого положения, показанного на ФИГ. 3(C), когда линзы находятся в верхней половине, во второе положение, когда линзы находятся в нижней половине, чтобы обеспечить охват сканирования на все 360 градусов.

Кроме того, в одном из вариантов осуществления привод 107 можно поворачивать и фиксировать в нужном положении вручную. При этом вторичная секция платформы вращения 409 может располагаться под фиксированным углом к первичной секции платформы вращения 409. Однако в другом варианте осуществления может быть предусмотрено обрабатывающее устройство (например, устройство управления, процессор, компьютер и т.п.) для управления вращением привода 107 либо под контролем пользователя, либо автоматически. При этом вторичная секция 409b платформы вращения 409 может быть присоединена с возможностью вращения или поворота к первичной секции 409a платформы вращения 409, например с помощью шарнира, и пользователь может вручную поворачивать вторичную секцию 409b по отношению к первичной секции 409a из первого угла во второй, выбирая подходящий угол, или чтобы установить ее в горизонтальное положение, либо таким движением может автоматически или под контролем пользователя управлять обрабатывающее устройство. Точно так же верхняя сторона платформы 509 может быть единым целым с фиксированными углами или может поворачиваться относительно платформы 509 с возможностью регулировки вручную или с помощью обрабатывающего устройства.

Приведенные выше варианты осуществления описывают и иллюстрируют антенные решетки и апертуры как круглые или имеющие приблизительно такую форму. Круговые антенные решетки удобны в случае использования вращения, так как круглые апертуры эффективны в плане коэффициента усиления из-за размера области, по которой проходит вращающаяся конструкция (по сравнению с квадратными, к примеру). Однако описанные выше детали могут использоваться применительно к антенным решеткам и антеннам любой формы и любых очертаний.

Могут использоваться любые частотные диапазоны, причем система будет максимально гибкой, если антенна и система могут работать и принимать сигналы в разных частотных диапазонах. Однако антенны с электрическим управлением, работающие на разных частотах, имеют сложную конструкцию и являются дорогостоящими. Поэтому большинство практически используемых систем работает в одном диапазоне, при этом наиболее распространенными частотными диапазонами для систем связи являются Ka и Ku, используемые для работы терминалов с очень малой апертурой.

Настоящее изобретение, хотя и описанное, главным образом, как используемое в системах спутниковой связи, может иметь различное применение в области связи и дистанционного зондирования, например в сквозных каналах микроволновой связи с перестраиваемой конфигурацией или мобильным доступом, радарах, технологиях 5G и т.д.

Термины, употребленные в настоящем описании изобретения и прилагаемой формуле изобретения в единственном числе, подразумевают множественное число, если иное явно не следует из контекста. Подобным образом, прилагательное «другой», используемое для ввода элемента, подразумевает один элемент или большее количество элементов. Термины «состоящий», «включающий», «имеющий» и подобные им носят включающий характер, то есть подразумевают возможное наличие дополнительных элементов помимо перечисленных.

Кроме того, если описанный выше способ или приведенный ниже пункт формулы изобретения на способ явно не предполагает последовательности выполнения его этапов или такая последовательность не является обязательной исходя из описания или формулировки пункта, предполагается, что не принято никакой определенной последовательности выполнения. Точно так же, если в приведенном ниже пункте формулы изобретения на способ явно не указан этап, упомянутый выше в описании изобретения, не следует предполагать, что такой этап предусмотрен таким пунктом формулы изобретения.

Следует отметить, что в описании изобретения и в формуле изобретения могут употребляться геометрические термины или термины, обозначающие отношение, например правый, левый, верхний, нижний, прямолинейный, изогнутый, параллельный, перпендикулярный, концентрический, серповидный, ровный, плоский, лежащий в одной плоскости и т.д. Эти термины не ограничивают изобретение и, как правило, употребляются для удобства в целях упрощения описания на основе примеров, показанных на иллюстрациях. К тому же геометрические термины или термины, обозначающие отношение, могут быть неточными. К примеру, стены могут не быть точно параллельными друг другу, например, из-за шероховатости поверхностей, разрешенных производственных допусков и т.п., но все же могут считаться перпендикулярными или параллельными.

Специалисты в данной области техники легко найдут множество вариантов применения данной системы и способа. Поэтому нежелательно ограничивать изобретение конкретными раскрытыми примерами или точными иллюстрациями и описанием конструкции и механизма действия. Напротив, можно использовать все подходящие модификации и эквиваленты, попадающие в объем данного изобретения.

Изобретение относится к антенной технике, в частности к антенным системам (решеткам) с линзовыми элементами для коррекции спада коэффициента усиления при сканировании. Технический результат - снижение коэффициента усиления по электрической оси и увеличение коэффициента усиления при сканировании. Результат достигается тем, что гибридная линзовая антенная система с механическим приводом с возможностью настройки различных вариантов ориентации и компоновки множества линз, составляющих антенную решетку, с целью контроля и улучшения характеристик антенны в различных областях сканирования характеризуется добавлением вторичной антенной решетки (юбки) под большим углом наклона, наклоном первичной антенной решетки, наклоном отдельных линз первичной антенной решетки или любым сочетанием этих способов. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Антенная система, включающая в себя:

a) по существу плоскую фазированную антенную решетку, состоящую из радиочастотных линзовых модулей, причем каждый из упомянутых линзовых модулей выполнен с возможностью осуществлять сканирование в электронном режиме по первому азимуту; и

b) механический привод, причем упомянутые линзовые модули установлены на упомянутом механическом приводе, при этом упомянутый механический привод выполнен с возможностью механически поворачивать упомянутые линзовые модули, чтобы осуществлять сканирование по второму азимуту;

причем плоская антенная решетка имеет одинаковый профиль сканирования для каждого азимутального угла.

2. Антенная система по п. 1, в которой второй азимут перекрывается с первым азимутом или отличается от него для осуществления сканирования по всем 360 градусам.

3. Антенная система по п. 1 или 2, в которой каждый линзовый модуль индивидуально наклонен под углом места по отношению к приводу в сторону первого азимута.

4. Антенная система по любому из пп. 1–3, дополнительно содержащая платформу вращения, соединенную с упомянутым приводом, при этом упомянутая антенная решетка закреплена на упомянутой платформе вращения, а упомянутая платформа вращения наклонена по отношению к приводу в сторону первого азимута.

5. Антенная система по п. 4, в которой каждый линзовый модуль индивидуально наклонен под углом места по отношению к платформе вращения в сторону первого азимута.

6. Антенная система по любому из пп. 1–5, в которой линзовые модули выполнены с возможностью сканирования в электронном режиме по высоте.

7. Антенная система, включающая в себя:

c) первичную фазированную антенную решетку, состоящую из радиочастотных линзовых модулей, при этом каждый из указанных линзовых модулей выполнен с возможностью сканирования в электронном режиме по первому азимуту, и

d) вторичную фазированную антенную решетку, состоящую из радиочастотных линзовых модулей, в которой каждый линзовый модуль наклонен по высоте с фиксированным углом по отношению к первичной фазированной антенной решетке в сторону первого азимута.

8. Антенная система по п. 7, дополнительно содержащая механический привод, при этом упомянутые линзовые модули в упомянутых первичной и вторичной антенных решетках закреплены на упомянутом механическом приводе, а упомянутый механический привод выполнен с возможностью осуществления механического поворота упомянутых линзовых модулей, направленных в сторону первого азимута, так, чтобы они обеспечивали сканирование во втором азимуте.

9. Антенная система по любому из пп. 7, 8, в которой элементы вторичной антенной решетки установлены по периметру первичной антенной решетки.

10. Антенная система по п. 7, дополнительно содержащая механический привод, при этом упомянутые линзовые модули только во вторичной антенной решетке закреплены на упомянутом механическом приводе, а упомянутый механический привод выполнен с возможностью осуществления механического поворота упомянутых линзовых модулей, направленных в сторону первого азимута, так, чтобы они обеспечивали сканирование во втором азимуте.

11. Антенная система по п. 8, в которой второй азимут перекрывается с первым азимутом для осуществления сканирования по всем 360 градусам.

12. Антенная система по любому из пп. 8 и 11, в которой каждый линзовый модуль индивидуально наклонен под углом места по отношению к приводу в сторону первого азимута.

13. Антенная система по любому из пп. 8 и 11, 12, дополнительно содержащая платформу вращения, соединенную с упомянутым приводом, при этом упомянутая антенная решетка закреплена на упомянутой платформе вращения, а упомянутая платформа вращения наклонена по отношению к приводу в сторону первого азимута.

14. Антенная система по п. 13, в которой каждый линзовый модуль индивидуально наклонен под углом места по отношению к платформе вращения в сторону первого азимута.

15. Антенная система по любому из пп. 7–14, в которой линзовые модули выполнены с возможностью осуществления сканирования в электронном режиме по высоте.

16. Антенное устройство, содержащее:

e) платформу, имеющую первичную секцию и вторичную секцию, при этом упомянутая вторичная секция расположена под углом со смещением относительно упомянутой первичной секции;

f) первичную фазированную линзовую антенную решетку, установленную на первичной секции упомянутой платформы, при этом упомянутая первичная линзовая антенная решетка содержит множество первичных антенных линзовых модулей; и

g) вторичную фазированную линзовую антенную решетку, установленную на вторичной секции упомянутой платформы, при этом упомянутая вторичная линзовая антенная решетка содержит множество вторичных антенных линзовых модулей, при этом упомянутая вторичная линзовая антенная решетка расположена под углом со смещением относительно упомянутой первичной линзовой антенной решетки.

17. Антенное устройство по п. 16, дополнительно содержащее привод, соединенный с упомянутой платформой для осуществления поворота упомянутой платформы, чтобы обеспечить управление упомянутой первичной и вторичной линзовыми антенными решетками в азимутальной плоскости.

18. Устройство по любому из пп. 16 или 17, при этом упомянутая первичная секция имеет первичную плоскость, а упомянутая вторичная секция имеет вторичную плоскость и вторичная плоскость расположена под углом 30–70 градусов к первичной плоскости, при этом упомянутая вторичная секция расположена ниже упомянутой первичной секции и в сторону от нее.