НЕНАКЛОННАЯ МНОГОЛУЧЕВАЯ ДВУХЗЕРКАЛЬНАЯ АНТЕННА ВЫНЕСЕННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
NON-INCLINED MULTIBEAM TWO-MIRROR ANTENNA OF IRRADIATED RADIATION

Изобретение относится к радиотехнической области и предназначено к использованию в качестве земных антенн с ретрансляторами СВЧ диапазонов на геостационарной орбите (ГСО) для одновременной работы с несколькими искусственными спутниками Земли (ИСЗ), расположенными на наклонной части геостационарной орбиты.
Изобретение предназначено для использования в составе радиотехнических комплексов земных станций спутниковой связи для ИСЗ на наклонной части ГСО. Может быть использовано для передачи и приема телевидения, радиовещания и радиосвязи в ОВЧ, УВЧ и СВЧ диапазонах. Известны ненаклонные многолучевые двухзеркальные тороидально-параболические антенны, состоящие из основного зеркала-рефлектора в виде части наклоненных параболического тора и вспомогательного зеркала-контррефлектора в виде части эллиптического тора, соосного рефлектору, и системы облучателей, расположенных на дуге окружности. Такие антенны позволяют формировать веерную диаграмму направленности (ДН) для одновременной радиосвязи с несколькими ИСЗ на наклонной части ГСО. К недостаткам такой антенны относится пониженная эффективность из-за экранирования части поверхности рефлектора контррефлектором и реакцией контррефлектора на облучатель, вызывающие потери электромагнитной энергии.
Предлагается ненаклонная многолучевая двухзеркальная антенна вынесенного облучения повышенной эффективности. Антенна состоит из системы облучателей, расположенных на дуге окружности, наклоненной под углом, равным углу наклона обслуживаемого сектора ГСО, основного зеркала-рефлектора, имеющего в плоскости, ортогональной плоскости дуги окружности, форму параболы и вспомогательного зеркала-контррефлектора в виде соосного параболе эллипса, вогнутого в сторону рефлектора, сечения которых в плоскости дуги облучателей представляют собой окружности, концентричные дуге облучателей и имеющие по сравнению с ней больший и меньший радиусы соответственно, а дуга окружности облучателей проходит через фокус эллипса, приближенный к рефлектору. Сечения рефлектора и контррефлектора при этом асимметричны относительно плоскости дуги размещения облучателей, наклоненных к фокальной оси общей для рефлектора и контррефлектора.
Известны двухзеркальные осесимметричные антенны с параболоидным рефлектором, контррефлектором в виде части эллипсоида, один из фокусов которого совпадает с фокусом параболоида, а во втором фокусе размещается слабонаправленный облучатель (схема Грегори) [1]. Недостатком такой антенны является одиночная диаграмма направленности.
Известны ненаклонные многолучевые двухзеркальные тороидально-параболические антенны для работы с ИСЗ связи, находящимися на наклонной части геостационарной орбиты (ГСО) [2]. Эти антенны формируют веерную диаграмму направленности (ДН) для одновременной работы с несколькими ИСЗ связи на наклонной части ГСО. К недостаткам такой антенны относится существенное понижение эффективности из-за затенения части рефлектора контррефлектором и реакцией поля, отраженного контррефлектором, на режим работы облучателя.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение эффективности ненаклонной двухзеркальной антенны при сохранении веерных диаграмм направленности.
Для этого предлагается ненаклонная многолучевая двухзеркальная антенна вынесенного облучения повышенной эффективности, состоящая из системы облучателей, расположенных на дуге окружности, наклоненной под углом, равным углу наклона обслуживаемого сектора ГСО, основного зеркала-рефлектора, имеющего в плоскости, ортогональной плоскости дуги окружности, форму параболы и вспомогательного зеркала-контррефлектора в виде соосного параболе отрезка эллипса, вогнутого в сторону рефлектора, сечения которых в плоскости дуги облучателей представляют собой окружности, концентричные дуге облучателей и имеющие по сравнению с этой дугой больший и меньший радиусы соответственно, а дуга окружности облучателей проходит через фокус эллипса, приближенный к рефлектору, при этом сечения рефлектора и контррефлектора асимметричны относительно плоскости дуги размещения облучателей, наклоненных к фокальной оси рефлектора и контррефлектора.
Изобретение поясняется чертежами, на которых:
Фиг. 1 - ненаклонная многолучевая двухзеркальная антенна вынесенного облучения, вид со стороны контррефлектора, где:
- рефлектор - 1;
- контррефлектор - 2;
- облучатели - 3;
- вертикальная плоскость - 4;
- горизонтальная плоскость - 5;
- наклонная ось - 6. Наклонная ось 6 ортогональна направлению на наклонный обслуживаемый участок ГСО и касательная к параболе в ее вершине в центре рефлектора 1;
- наклонная ось - 7. Наклонная ось 7 ортогональна оси 6;
- наклонная ось - 8. Наклонная ось 8 касательная параболе в ее вершине, параллельная оси 6, расположенная по оси 7 левее оси 6;
- наклонная ось - 9. Наклонная ось 9 касательная параболе в ее вершине, параллельная оси 6, расположенная по оси 7 правее оси 6;
- дуга размещения облучателей - 10;
- направления парциальных лучей антенны - 11;
- направление фокальной оси – 12;
- Фиг. 2 - сечение антенны плоскостью, проходящей через наклонную ось - 6 и центр окружности размещения облучателей 3, где
- 12 - фокальная ось сечения;
- Фиг. 3 - сечение антенны плоскостью, проходящей через наклонную ось - 9 и центр окружности размещения облучателей 3;
- Фиг. 4 - сечение антенны плоскостью, проходящей через наклонную ось - 8 и центр окружности размещения облучателей 3;
- Фиг. 5 - многолучевая ненаклонная двухзеркальная антенна вынесенного облучения, вид сечения плоскостью, ортогональной наклонной оси - 6, проходящей через наклонную ось - 7 и точку на фокальной оси параболоида, удаленную от его вершины на два фокусных расстояния.
Ненаклонная многолучевая двузеркальная антенна вынесенного облучения по схеме Грегори с рефлектором 1 в виде наклоненного параболического тора с контррефлектором 2 в виде наклоненного эллиптического тора (фиг. 1) с совпадающими фокальными осями с образующими в виде несимметричных параболы и эллипса, содержит облучатель 3 и ему подобные в фокусах эллипса, наиболее близких к вершине рефлектора 1 и наклоненных к фокальной оси.
При подключении к облучателю 3 и ему подобным, наклоненным к фокальной оси и размещаемым на дуге размещения облучателей 10 высокочастотного генератора, облучатель 3 излучает электромагнитное поле в направлении центра контррефлектора 2 и в сторону его верхнего и нижнего краев, которое в геометрооптическом смысле можно рассматривать в виде лучей. После отражения от верхнего и нижнего краев контррефлектора 2 эти лучи, как и все другие, пересекаются в фокусе эллипса, удаленном от рефлектора 1, совпадающем с фокусом параболы (фиг. 2 и 5).
Благодаря свойствам двухзеркальной схемы Грегори при этом формируется направленное излучение в виде сферической волны вдоль фокальной оси системы в этом сечении. В плоскости дуги размещения эта парциальная диаграмма направленности несколько расширена из-за фазовых искажений, вызванных отличием сечения рефлектора в этой плоскости от параболической.
Аналогичное направленное излучение вдоль фокальных осей сечения - 12 формируется и в других поперечных сечениях (фиг. 3 и 4). Поскольку плоскость дуги окружности размещения облучателей - 10 наклонена, то и веер парциальных диаграмм направленности 11 антенны оказывается наклоненным в соответствии с наклоном участка ГСО. Предлагаемая антенна (фиг. 2, 3, 4) относится к антеннам с вынесенным облучением. Ценным свойством таких антенн является малая шумовая температура под малыми углами к горизонту [3, стр. 355], что имеет место при работе на наклонной части ГСО.
В связи с тем, что сечение рефлектора и контррефлектора асимметричны относительно плоскости дуги размещения облучателей, наклоненных к фокальной оси, контррефлектор 2 и облучатели 3 вынесены из поля, отраженного рефлектором 1 в область его пониженной интенсивности, уменьшается затенение рефлектора, а также реакция зеркала на облучатель. Это повышает результирующий коэффициент использования поверхности, а также понижает ее шумовую температуру и повышает тем самым эффективность антенны при сохранении веерных диаграмм направленности.
Литература
1. Айзенберг Г.З., Ямпольский В.Г., Терешин О.Н. Антенны УКВ. Под ред. Г.З. Айзенберга в 2-х ч., ч. 2, - М.: Связь, 1977, - 288 с.: ил.
2. Сомов A.M. Распространение радиоволн и антенны спутниковых систем связи. - М.: Горячая линия - Телеком, 2015. - 456 с.: с ил.
3. A.M. Сомов, Р.В. Кабетов. Проектирование антенно-фидерных устройств. Под ред. профессора A.M. Сомова - М.: Горячая линия - Телеком, 2015. - 500 с., с ил.