МНОГОЛУЧЕВАЯ ДИАПАЗОННАЯ ЗЕРКАЛЬНАЯ АНТЕННА
MULTIBEAM BAND DISH ANTENNA

Изобретение предназначено для использования в составе радиотехнических устройств для телевидения, радиовещания и радиосвязи через искусственные спутники Земли (ИСЗ), находящиеся на геостационарной орбите (ГСО) сантиметрового и миллиметрового диапазонов волн, работающие одновременно в нескольких диапазонах частот.
Известны многолучевые двухзеркальные тороидально-параболические антенны, состоящие из основного (большого) зеркала (рефлектора) в виде части параболического тора, вспомогательного (малого) зеркала (контррефлектора) в виде 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 ГСО. К недостаткам такой антенны относится пониженная ее эффективность при одновременном приеме нескольких диапазонов на один облучатель, вызванная потерями электромагнитной энергии в устройстве совмещения диапазонов частот.
Изобретение относится к области радиотехники и предназначено для использования в качестве земных антенн спутниковых систем связи с ретрансляторами СВЧ диапазонов на геостационарной орбите (ГСО) для одновременной работы с несколькими ИСЗ связи, каждый из которых работает одновременно в нескольких диапазонах частот.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является создание многолучевой диапазонной зеркальной антенны повышенной эффективности. Антенна состоит из системы облучателей, расположенных на дуге окружности, 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 представляет собой окружности, концентричные дуге облучателей и имеющие по сравнению с ней больший и меньший радиус соответственно, дуга окружностей облучателей проходит через фокус эллипса, приближенного к рефлектору, при этом дополнительно установлены один или более облучателей на дуге облучателей, проходящей через фокус эллипса, удаленный от рефлектора.
Изобретение предназначено для использования в составе радиотехнических комплексов земных станций спутниковой связи для ИСЗ на геостационарной орбите. Может быть использовано для передачи и приема телевидения, радиовещания и радиосвязи в ОВЧ, УВЧ и СВЧ диапазонах.
Известны двухзеркальные осесимметричные антенны с рефлектором в виде параболоида, контррефлетора в виде части эллипсоида, один из фокусов которого совпадает с фокусом параболоида, а во втором размещается облучатель (схема Грегори) [1]. Недостатком такой антенны является формирование одиночной диаграммы направленности.
Известны [2, 3] многолучевые двухзеркальные тороидально-параболические антенны для работы в широком секторе размещения ИСЗ на геостационарной орбите (ГСО), состоящие из рефлектора в виде параболического тора, контррефлектора и системы облучателей, расположенных на дуге окружности. Данные антенны позволяют формировать веерную диаграмму направленности (ДН) для одновременной радиосвязи с несколькими ИСЗ на геостационарной орбите. К недостаткам такой антенны относится существенное понижение ее эффективности, вызванное фазовыми искажениями поля в одной из плоскостей раскрыва основного зеркала, близкими к квадратичным, из-за отличия формы рефлектора в этой плоскости от параболической.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение эффективности зеркальной антенны при сохранении веерных диаграмм направленности в двух или нескольких диапазонах частот.
Для этого предлагается диапазонная многолучевая двухзеркальная антенна, состоящая из системы облучателей, расположенных на дуге окружности, 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 радиус соответственно, дуга окружностей облучателей проходит через фокус эллипса, приближенного к рефлектору, при этом дополнительно установлены один и более облучателей на дуге облучателей, проходящей через фокус контррефлектора, удаленный от рефлектора.
Изобретение поясняется чертежами, на которых:
Фиг. 1 - многолучевая диапазонная зеркальная антенна, вид сбоку;
Фиг. 2 - многолучевая диапазонная зеркальная антенна, вид со стороны рефлектора, где:
- рефлектор - 1;
- контррефлектор - 2;
- первичные облучатели - 3;
- дуга окружности размещения вторичных облучателей - 4;
- дополнительные вторичные облучатели - 5;
- направленное излучение - 6;
- фокальная ось параболы - 7;
- дуга окружности размещения первичных облучателей - 8;
- веер парциальных диаграмм направленности антенны - 9.
Диапазонная многолучевая зеркальная антенна по схеме Грегори с рефлекторм 1 в виде параболического тора с контррефлектором 2 в виде эллиптического тора (фиг. 1) с совпадающими фокальными осями образующих параболы и эллипса содержит первичный облучатель 3 и ему подобные в фокусах эллипса, наиболее близких к вершине рефлектора 1.
При подключении к первичному облучателю 3 и ему подобным, размещаемым на дуге окружности размещения первичных облучателей 8, высокочастотного генератора первичный облучатель 3 излучает электромагнитное поле, в том числе в сторону верхнего и нижнего краев контррефлектора 2, которые в геометрооптическом смысле можно рассматривать в виде лучей. Отразившись от верхнего и нижнего краев контррефлектора 2, оба луча, как и все другие, пересекаются в фокусе эллипса, удаленном от рефлектора, совпадающем с местоположения фокуса параболы.
Благодаря свойству сечения в виде эллипса расстояния от фокуса размещения первичного облучателя 3 до любой точки на поверхности эллипса и далее после отражения поля первичного облучателя 3 до второго фокуса, совпадающего с фокусом параболы, лучи поля первичного облучателя 3 после прохождения второго фокуса формируют сферическую волну.
Первичные облучатели 3 располагаются в фокусе эллипса, поэтому благодаря прохождению через фокус параболы после отражения от контррефлектора 2 формируют в плоскости чертежа фиг. 1 направленное излучение 6, параллельное фокальной оси параболы 7.
В то же время в плоскости чертежа фиг. 2 они формируют веер парциальных диаграмм направленности антенны 9.
Из-за размещения дополнительных вторичных облучателей 5 на дуге окружности размещения вторичных облучателей 4, проходящей через фокус эллипса контррефлектора 2, формируется в плоскости дуги окружности размещения вторичных облучателей 4 такой же веер парциальных диаграмм направленности антенны 9, как и от первичных облучателей 3, и каждая парциальная диаграмма направлена на свой ИСЗ. Поскольку первичные облучатели 3 являются основными и дополнительные вторичные облучатели 5 могут лежать на радиусах, общих для окружностей размещения вторичных облучателей 4 и окружности размещения первичных облучателей 8, лучи веера парциальных диаграмм направленности антенны 9 от первичных облучателей 3 и дополнительных вторичных облучателей 5 совпадают по направлению.
Дополнительные вторичные облучатели 5 расположены на половине радиуса дуги окружности размещения вторичных облучателей 4, равного удвоенному фокусному расстоянию параболы рефлектора 1, а кроме этого расположены в фокусе параболы. Это приводит к созданию веера парциальных диаграмм направленности антенны 9 в плоскости дуги окружности размещения вторичных облучателей 4, концентрической с дугой окружности размещения первичных облучателей 8 и окружностями, образующим парболический и эллиптический торы. При размещении первичных облучателей 3 и дополнительных вторичных облучателей 5 на одном радиусе дуги окружности размещения вторичных облучателей 4 и дуги окружности размещения первичных облучателей 8 направления парциальных диаграмм от таких облучателей совпадают и направлены на один и тот же спутник. Это может быть использовано для одновременного приема от этого спутника двух различающихся диапазонов частот - одни диапазоны на первичные облучатели 3, а другие диапазоны на дополнительные вторичные облучатели 5.
Для одновременной работы в двух диапазонах в известных антеннах используют общий для этих диапазонов облучатель в совокупности с устройством разделения диапазонов частот, вносящим дополнительные высокочастотные потери и снижающим коэффициент усиления и шумовую температуру антенны.
В предлагаемой антенне разделение диапазонов частот осуществляется методом пространственного разделения на два облучателя, один из которых первичный 3, другой дополнительный вторичный 5, что повышает ее эффективность.
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. Метод фрагментации для расчета шумовой температуры антенн. - М., Горячая линия - Телеком, 2009 г., с. 168-170.
3. Фролов О.П., Вальд В.П. Зеркальные антенны для земных станций спутниковой связи. - М.: Горячая линия - Телеком, 2008. - 496 с.