Облучатель следящей зеркальной антенны Российский патент 2024 года по МПК H01Q3/00 

Изобретение относится к антенной технике и предназначено для применения в зеркальных антеннах наземных станций спутниковой связи, устанавливаемых на подвижных платформах, когда необходимо осуществлять непрерывное наведение антенной системы на космический аппарат.

Из существующего уровня техники известна антенная система, включающая зеркальный отражатель и облучающую часть с вращающимся контррефлектором [патент US № 20070159405, МПК H01Q 3/00, опубл. 12.07.2007]. Антенная система установлена на механическом опорно-поворотном устройстве, обеспечивающем слежение за космическим аппаратом.

Наиболее близким аналогом по совокупности существенных признаков является облучатель компактной антенны для связи с космическими аппаратами, работающий в нескольких диапазонах частот с возможностью переключения между линейной и круговой поляризациями [патент US № 9966648, МПК H01Q 13/02, опубл. 08.05.2018 (прототип)]. Антенна включает зеркальный отражатель, облучающую часть, поляризатор, приемники и передатчики, работающие в двух диапазонах частот. Антенна установлена на механическом опорно-поворотном устройстве, что обеспечивает возможность непрерывного наведения устройства на космический аппарат.

Недостатком известных устройств является сложность механической части конструкции, обеспечивающей переключение между линейной и круговой поляризациями и слежение за космическим аппаратом при линейной поляризации.

Техническим результатом заявляемого изобретения является снижение сложности механической части конструкции, за счет которой обеспечиваются возможности переключения между линейной и круговой поляризациями устройства и осуществляется возможность поляризационного слежения за космическим аппаратом.

Заявляемый технический результат достигается за счет того, что в облучателе следящей зеркальной антенны, включающем облучающую часть, поляризатор, новым является то, что устройство содержит две ременные передачи, каждая из которых включает шаговый двигатель, ведущую и ведомую шестерни, при этом ведомая шестерня первой ременной передачи закреплена на первой вращающейся волноводной секции, установленной на подшипниках внутри крепежной секции, закрепленной на зеркальном отражателе, а ведомая шестерня второй ременной передачи установлена на второй вращающейся волноводной секции, установленной на подшипниках внутри первой вращающейся волноводной секции, одновременно с этим на второй вращающейся волноводной секции неподвижно закреплена секция двойного коаксиально-волноводного перехода с СВЧ-разъемами, а внутри первой вращающейся волноводной секции установлен пластинчатый диэлектрический поляризатор.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием двух ременных передач, каждая из которых состоит из шагового двигателя, ведущей и ведомой шестерен.

Существенным отличием является то, что ведомая шестерня первой ременной передачи установлена на первой вращающейся волноводной секции, которая закреплена на статичной крепежной секции устройства, устанавливаемой на зеркальном отражателе. Внутри этой вращающейся секции установлен пластинчатый диэлектрический поляризатор. Таким образом, при вращении ведомой шестерни первой ременной передачи осуществляется поворот плоскости поляризации электромагнитной волны, излучаемой (принимаемой) облучателем, за счет чего обеспечивается возможность поляризационного слежения за космическим аппаратом.

Другим существенным отличием является то, что внутри первой вращающейся волноводной секции установлена вторая вращающаяся волноводная секция с закрепленной неподвижно на ней секцией двойного коаксиально-волноводного перехода, на которой закреплены СВЧ-разъемы. За счет вращения второй волноводной секции относительно первой достигается возможность переключения между линейной и круговой поляризациями.

Данное изобретение поясняется чертежами. На фиг. 1 изображена зеркальная антенна с заявленным облучателем, а на фиг. 2 показан отдельно облучатель, без рефлектора. На фиг. 3 приведен разрез облучателя, а на фиг. 4 и фиг. 5 показаны элементы его электроприводов. На фиг. 6 приведены результаты теоретических расчетов и практических измерений: расчетное значение коэффициента усиления апертурной антенны диаметром 1,2 м при коэффициенте использования поверхности (КИП) равном 0,5 и измеренные на практике значения коэффициента усиления зеркальной антенны диаметром 1,2 м с облучателем заявленной конструкции для линейной и круговой поляризаций.

Облучатель следящей зеркальной антенны (фиг. 1) предназначен для установки на зеркальном отражателе (1) и условно может быть разделен на облучающую часть (2) и зазеркальную часть (3). Со стороны зазеркальной части (3) размещен (фиг. 2) двойной коаксиально-волноводный переход, включающий СВЧ-разъемы (4) и (5), размещенные ортогонально друг-другу. Между СВЧ-разъемами (4) и (5) расположена металлическая перемычка (6, фиг. 3), служащая короткозамыкателем для коаксиально-волноводного перехода, включающего разъем (5 на фиг. 2). Для вращения облучателя вокруг своей оси и для изменения вида поляризации в устройстве предусмотрены два шаговых двигателя (7) и (8). С передней части зеркального отражателя (1 на фиг. 1) закреплен (фиг. 2) круглый волновод (9) и ближнепольный контррефлектор (10). Рассмотрим электродинамические узлы устройства. Приемники и/или передатчики сигналов подключены к СВЧ-разъемам (4) и (5), закрепленным (фиг. 3) на секции (11) двойного коаксиально-волноводного перехода. Секция (11) соединена с вращающейся волноводной секцией (12), установленной на двух подшипниках (13). В свою очередь вращающаяся волноводная секция (12) соединена с зазором с вращающейся волноводной секцией (14), установленной на подшипниках (15). Внутри вращающейся волноводной секции (14) закреплен пластинчатый диэлектрический поляризатор (16). Секция (14) соединена с круглым волноводом (9), на конце которого закреплены трансформатор (17) и ближнепольный контррефлектор (10). Рассмотрим механические узлы устройства (фиг. 4). На валу шагового двигателя (7) закреплен ведущий шкив (18) ременной передачи, соединенный ремнем (19) с ведомым шкивом (20). Механическая передача позволяет вращать облучатель относительно крепежной секции (21) на угол более 200°. Для определения нулевого положения предусмотрен датчик (22), а для ограничения возможности перемещения за пределы заданного диапазона узлов предусмотрены механические упоры (23). На валу второго шагового двигателя (8) закреплен ведущий шкив (24), соединенный ремнем (25) с ведомым шкивом (26). Ведомый шкив (26) способен поворачиваться только на 45°, для ограничения допустимых углов поворота предназначены упоры (27). Ведомый шкив (26) закреплен на вращающейся секции (12), соединенной с секцией (11) двойного коаксиально-волноводного перехода.

Облучатель следящей зеркальной антенны работает следующим образом. Рассмотрим работу устройства на передачу, например, через СВЧ-разъем (4). Сигнал от генератора через двойной коаксиально-волноводный переход попадает в волноводную секцию (11) и распространяется (фиг. 3) сначала по второй вращающейся волноводной секции (12), а затем по первой вращающейся волноводной секции (14), внутри которой установлен пластинчатый диэлектрический поляризатор (16). В зависимости от взаимного положения секции (11) и секции (14) возможны следующие варианты. В случае, когда ось разъема (4) параллельна плоскости пластины поляризатора (16), электромагнитная волна в круглом волноводе (9) будет иметь линейную поляризацию, а когда ось разъема (4) повернута на 45° относительно плоскости пластины поляризатора (16) - поляризация электромагнитной волны в круглом волноводе (9) будет круговой. При работе устройства через разъем (5) поляризации в обоих случаях изменятся на ортогональные. Распространяясь по круглому волноводу (9), электромагнитная волна проходит через согласующий трансформатор (17), излучается в направлении ближнепольного контррефлектора (10), а затем переизлучается им в направлении зеркального отражателя (1 на фиг. 1). При вращении шагового двигателя (7) происходит совместное вращение вращающейся волноводной секции (14) с пластинчатым диэлектрическим поляризатором (16) и секций (11), (12), за счет чего достигается возможность поляризационного слежения за космическим аппаратом (при работе на линейной поляризации). При вращении второго шагового двигателя (8) происходит вращение второй вращающейся волноводной секции (12) вместе с секцией (11) относительно первой вращающейся волноводной секции (14), за счет чего осуществляется переключение режима работы устройства с линейной поляризации на круговую или наоборот.

Исследовательские испытания заявленного облучателя следящей зеркальной антенны показали, что заявленный технический результат достигнут. Для иллюстрации работоспособности устройства проведен расчет его электродинамических характеристик и изготовлен действующий макет. На фиг. 6 показаны: измеренные зависимости коэффициента усиления зеркальной антенны диаметром 1,2 м с облучателем заявленной конструкции для линейной поляризации (28) и круговой поляризации (29); расчетное значение коэффициента усиления апертурной антенны диаметром 1,2 м при КИП = 0,5 (30).

Использование: изобретение относится к антенной технике и предназначено для применения в зеркальных антеннах наземных станций спутниковой связи, устанавливаемых на подвижных объектах, когда необходимо осуществлять непрерывное наведение антенной системы на космический аппарат. Сущность: облучатель следящей зеркальной антенны включает облучающую часть и устройства, предназначенные для поляризационного слежения за космическим аппаратом и переключения вида поляризации между круговой и линейной. Устройство содержит две ременные передачи, каждая из которых включает шаговый двигатель, ведущую и ведомую шестерни. Ведомая шестерня первой ременной передачи закреплена на первой вращающейся волноводной секции, установленной на подшипниках внутри крепежной секции, закрепленной на зеркальном отражателе. Ведомая шестерня второй ременной передачи установлена на второй вращающейся волноводной секции, установленной на подшипниках внутри первой вращающейся волноводной секции. На второй вращающейся волноводной секции неподвижно закреплена секция двойного коаксиально-волноводного перехода с СВЧ-разъемами, а внутри первой вращающейся волноводной секции установлен пластинчатый диэлектрический поляризатор. Технический результат: упрощение механической части конструкции за счет которой обеспечиваются возможности переключения между линейной и круговой поляризациями устройства и осуществляется возможность слежения по поляризации за космическим аппаратом. 6 ил.

Облучатель следящей зеркальной антенны, включающий облучающую часть, поляризатор, отличающийся тем, что содержит две ременные передачи, каждая из которых включает шаговый двигатель, ведущую и ведомую шестерни, при этом ведомая шестерня первой ременной передачи закреплена на первой вращающейся волноводной секции, установленной на подшипниках внутри крепежной секции, закрепленной на зеркальном отражателе, а ведомая шестерня второй ременной передачи установлена на второй вращающейся волноводной секции, установленной на подшипниках внутри первой вращающейся волноводной секции, одновременно с этим на второй вращающейся волноводной секции неподвижно закреплена секция двойного коаксиально-волноводного перехода с СВЧ-разъемами, а внутри первой вращающейся волноводной секции установлен пластинчатый диэлектрический поляризатор.