Составная многолучевая зеркальная антенна Российский патент 2023 года по МПК H01Q19/10 

Область техники, к которой относится изобретение

В настоящее время широкое применение находят спутниковые системы связи, в особенности, использующие искусственные спутники Земли (ИСЗ), расположенные на геостационарной орбите (ГСО). Видимый участок такой орбиты содержит десятки ИСЗ.

Предлагаемое изобретение относится к области радиотехники и предназначено для использования в качестве антенн земных станций спутниковых систем связи с ретрансляторами СВЧ-КВЧ диапазонов, расположенными на ГСО, для одновременной работы с несколькими ИСЗ связи.

Уровень техники

Известны однозеркальные антенны [1], состоящие из основного зеркала (рефлектора) в виде проводящей поверхности, представляющей собой вырезку из параболоида вращения, и облучателя, обращенного к рефлектору и расположенного в фокусе параболоида.

Известны многолучевые однозеркальные тороидально-параболические антенны [2], которые состоят из рефлектора в виде проводящей поверхности и системы обращенных к нему облучателей, расположенных на дуге окружности. При этом поверхность рефлектора образована вращением участка параболы, фокус которой лежит на дуге расположения облучателей, вокруг оси, перпендикулярной фокальной оси данной параболы и проходящей через центр окружности дуги облучателей.

Недостатком многолучевых тороидально-параболических антенн является уменьшение эффективности парциального луча диаграммы направленности (ДН) по мере приближения облучателя к краю дуги облучателей. Причиной снижения эффективности являются увеличение перелива мощности, излучаемой облучателем, за края рефлектора, и соответствующее снижение коэффициента передачи энергии от облучателя к зеркалу (коэффициента полезного действия антенны), а также увеличение шумов, принимаемых антенной [3].

Раскрытие сущности изобретения

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении эффективности крайних парциальных лучей многолучевой зеркальной тороидально-параболической антенны. Для этого предлагается составная многолучевая зеркальная антенна, состоящая из основного зеркала (рефлектора) в виде проводящей поверхности и системы обращенных к рефлектору облучателей, расположенных на дуге окружности. При этом рефлектор состоит из трех частей: центральной части, форма поверхности которой образована вращением симметричного участка параболы, фокус которой лежит на дуге расположения облучателей, вокруг оси, перпендикулярной фокальной оси параболы и проходящей через центр окружности дуги облучателей, и двух примыкающих к центральной части дополнительных частей, поверхности которых представляют собой симметричные половины параболоида, полученного вращением участка параболы, идентичного участку, образующему центральную часть, вокруг фокальной оси данной параболы, причем фокальные оси дополнительных частей лежат в одной плоскости с фокальными осями центральной части.

Краткое описание чертежей

Изобретение поясняется чертежом фиг. 1, на котором обозначено:

1 - рефлектор;

2 - дуга облучателей;

3 - ось вращения параболы центральной части рефлектора;

4 - парабола, образующая центральную часть рефлектора;

5, 5', 5'' - фокальные оси парабол, образующих рефлектор;

6, 6' - дополнительные части рефлектора;

7, 8, 9 - облучатели.

Осуществление изобретения

При подключении к облучателям 7, 8, 9 и им подобным, расположенным на дуге окружности 2, генератора высокочастотных колебаний, указанные облучатели излучают в сторону рефлектора 1 сферическую волну. Данная волна при отражении от центральной части, форма поверхности которой образована вращением симметричного участка параболы, фокус которой лежит на дуге 2, вокруг оси 3, перпендикулярной фокальной оси 5 параболы, трансформируется в квазиплоскую волну, формирующую остронаправленное излучение парциального луча антенны с максимумом, лежащим в плоскости дуги облучателей 2, и направленным вдоль фокальной оси, проходящей через фазовый центр соответствующего облучателя и ось вращения 3. При этом в плоскости дуги облучателей после отражения волны от центральной части рефлектора 1 имеют место квадратичные фазовые ошибки [3], ухудшающие характеристики парциального луча ДН, в частности, снижающие апертурный коэффициент использования площади (КИП) раскрыва.

Сферические волны крайних облучателей 8 и 9 попадают на крайние области центральной части рефлектора 1, а также на соответствующие этим облучателям и примыкающие к рефлектору 1 дополнительные части 6 и 6', поверхности которых представляют собой симметричные половины параболоида, полученного вращением участка параболы, идентичного участку, образующему центральную часть, вокруг фокальной оси данной параболы. Фокальные оси 5' и 5'' дополнительных частей 6 и 6' лежат в одной плоскости с фокальными осями центральной части рефлектора 1. Сферические волны, отразившись от дополнительных частей 6 и 6', трансформируются в плоские волны без фазовых ошибок, формирующие остронаправленное излучение парциальных лучей антенны с максимумами, направленными вдоль осей 5' и 5''.

Таким образом, излучение крайних облучателей 8 и 9, которое в обычной тороидально-параболической антенне проходит частично мимо рефлектора 1, теперь отражается его дополнительными частями 6 и 6'. Благодаря этому достигается повышение коэффициента полезного действия (КПД) антенны для соответствующих лучей. За счет отсутствия фазовых ошибок после отражения волн от дополнительных частей 6 и 6' достигается повышение апертурного КИП раскрыва. Поскольку обобщенный КИП (эффективность) парциального луча антенны определяется произведением апертурного КИП раскрыва и КПД парциального луча [4], то для крайних облучателей 8 и 9 достигается заявленный технический результат, то есть повышение эффективности парциальных лучей по сравнению с обычной тороидально-параболической антенной.

ЛИТЕРАТУРА

1. Фролов О.П., Вальд В.П. Зеркальные антенны для земных станций спутниковой связи. - М.: Горячая линия - Телеком, 2008. - 496 с.: ил.

2. Boswell A.G.P. The Parabolic Torus Reflector Antenna. // Marconi Review, Rev. 41, 1978. - pp. 237-248.

3. Сомов A.M. Метод фрагментации для расчета шумовой температуры антенн. - М.: Горячая линия - Телеком, 2008. - 208 с.: ил.

4. Сомов A.M., Кабетов Р.В. Проектирование антенно-фидерных устройств: Учебное пособие для вузов. / Под ред. профессора A.M. Сомова. - М.: Горячая линия - Телеком, 2015. - 500 с.: ил.

Использование: изобретение относится к области радиотехники и предназначено для использования в качестве антенн земных станций спутниковых систем связи со спутниками-ретрансляторами СВЧ-КВЧ диапазонов, расположенными на геостационарной орбите, для одновременной работы с несколькими ретрансляторами. Технический результат: повышение эффективности крайних парциальных лучей многолучевой зеркальной тороидально-параболической антенны. Сущность: предлагается составная многолучевая зеркальная антенна, состоящая из основного зеркала (рефлектора) в виде проводящей поверхности и системы обращенных к рефлектору облучателей, расположенных на дуге окружности. При этом рефлектор состоит из трех частей: центральной части, форма поверхности которой образована вращением симметричного участка параболы, фокус которой лежит на дуге расположения облучателей, вокруг оси, перпендикулярной фокальной оси параболы и проходящей через центр окружности дуги облучателей, и двух примыкающих к центральной части дополнительных частей, поверхности которых представляют собой симметричные половины параболоида, полученного вращением участка параболы, идентичного участку, образующему центральную часть, вокруг фокальной оси данной параболы, причем фокальные оси дополнительных частей лежат в одной плоскости с фокальными осями центральной части. 1 ил.

Многолучевая зеркальная тороидально-параболическая антенна, состоящая из рефлектора - зеркала в виде проводящей поверхности и системы обращенных к рефлектору облучателей, расположенных на дуге окружности, отличающаяся тем, что рефлектор состоит из трех частей: центральной части, форма поверхности которой образована вращением симметричного участка параболы, фокус которой лежит на дуге расположения облучателей, вокруг оси, перпендикулярной фокальной оси параболы и проходящей через центр окружности дуги облучателей, и двух примыкающих к центральной части дополнительных частей, поверхности которых представляют собой симметричные половины параболоида, полученного вращением участка параболы, идентичного участку, образующему центральную часть, вокруг фокальной оси данной параболы, причем фокальные оси дополнительных частей лежат в одной плоскости с фокальными осями центральной части.