Многолучевая диапазонная двухзеркальная антенна с вынесенным облучением
MULTI-BEAM RANGE TWO-MIRROR ANTENNA WITH IRRADIATED RADIATION

Известны многолучевые двухзеркальные тороидально-параболические антенны, состоящие из системы облучателей, расположенных на дуге окружности, основного зеркала-рефлектора, имеющего в плоскости, ортогональной плоскости дуги окружности, форму параболы, и вспомогательного зеркала-контррефлектора, симметричных относительно фокальной оси, 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 радиусысоответственно. Дуга окружностей облучателей проходит через фокус эллипса, приближенный к рефлектору, а дополнительно на дуге облучателей, проходящей через фокус эллипса, удаленный от рефлектора, установлены один или более дополнительных облучателей.
Такие антенны формируют веерную диаграмму направленности (ДН) для одновременной радиосвязи с несколькими ИСЗ на геостационарной орбите при работе в нескольких диапазонах частот. К недостаткам такой антенны относится пониженная эффективность, вызванная потерями электромагнитной энергии за счет затенения рефлектора контррефлектором и реакцией рефлектора на облучатель.
Изобретение относится к области радиотехники и предназначено для применения в качестве антенн спутниковых систем связи с ретрансляторами СВЧ на геостационарной орбите (ГСО) для одновременной работы с несколькими ИСЗ связи, каждый из которых одновременно работает в нескольких диапазонах частот.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является создание многолучевой диапазонной двухзеркальной антенны с вынесенным облучением 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 представляют собой окружности, концентричные дуге облучателей и имеющие по сравнению с ней больший и меньший радиусы соответственно, дуга окружностей облучателей проходит через фокус эллипса, приближенный к рефлектору, дополнительно на дуге облучателей, проходящей через фокус эллипса, удаленный от рефлектора установлены один или более дополнительных облучателей. Согласно изобретению сечения рефлектора и контррефлектора антенны в плоскости, ортогональной плоскости дуги размещения облучателей, несимметричны относительно фокальной оси, расположены относительно ее по разные стороны, а облучатели, включая дополнительные, в фокусах эллипса наклонены относительно этой фокальной оси.
Изобретение предназначено для применения в составе радиотехнических комплексов земных станций спутниковой связи с ИСЗ на геостационарной орбите, работающих одновременно в нескольких диапазонах частот для передачи и приема телевидения, радиовещания и радиосвязи в ОВЧ, УВЧ и СВЧ диапазонах.
Известны многолучевые диапазонные зеркальные антенны осесимметричного типа [1]. Недостатком такой антенны является снижение эффективности за счет затенения рефлектора контррефлектором.
Известны также многолучевые антенны с общим контррефлектором, в которых рефлектор и контррефлектор с несимметричной относительно общей фокальной оси имеют форму тороида [2]. В таких антеннах облучатели расположены только на дугах окружностей, проходящих через один из фокусов эллипсоида сечения контррефлектора. Это снижает эффективность антенны при одновременном приеме на один облучатель нескольких диапазонов частот, поскольку требует применения устройства разделения диапазонов частот, вносящих дополнительное затухание в тракт приема.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение эффективности многолучевой зеркальной антенны при сохранении веерных диаграмм направленности в двух или нескольких диапазонах частот.
Для этого предлагается многолучевая диапазонная двухзеркальная антенна с вынесенным облучением, состоящая из системы облучателей, расположенных на дуге окружности, основного зеркала-рефлектора, имеющего в плоскости, ортогональной плоскости дуги окружности, форму параболы, и вспомогательного зеркала-контррефлектора, симметричных относительно фокальной оси, 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, дуга окружностей облучателей проходит через фокус эллипса, приближенный к рефлектору, дополнительно на дуге облучателей, проходящей через фокус эллипса, удаленный от рефлектора, установлены один или более дополнительных облучателей, согласно изобретению сечения рефлектора и контррефлектора в плоскости, ортогональной плоскости дуги размещения облучателей, несимметричны относительно фокальной оси, расположены относительно ее по разные стороны, а облучатели, включая дополнительные, в фокусах эллипса наклонены относительно этой фокальной оси.
Изобретение поясняется чертежами, на которых:
- фиг. 1 - многолучевая диапазонная двухзеркальная антенна с вынесенным облучением - вид сбоку;
- фиг. 2 - многолучевая диапазонная двухзеркальная антенна с вынесенным облучением, вид со стороны рефлектора.
На чертежах обозначены: 1 - рефлектор, 2 - контррефлектор, 2 - первичные облучатели, 4 - дуга окружности размещения дополнительных облучателей, 5 - дополнительные облучатели, 6 - направление излучения антенны, 7 - фокальная ось параболы и эллипса, 8 - дуга размещения первичных облучателей, 9 - веер парциальных диаграмм направленности антенны.
Многолучевая диапазонная двухзеркальная антенна с вынесенным облучением по схеме Грегори с рефлектором 1 в виде параболического полутора, образованного вращением полупараболы с контррефлектором в виде эллиптического полутора 2, образованного вращением полуэллипса (фиг. 1), сечения которых находятся по разные стороны от общей для них фокальной оси 7, содержит облучатель 3 и ему подобные в фокусах эллипса, наиболее близких к вершине рефлектора 1 и наклоненных относительно фокальной оси.
При подключении к облучателю 3 и ему подобным, размещаемым на дуге размещения облучателей 8 и наклоненным к фокальной оси 7, высокочастотный генератор облучателя 3 излучает электромагнитное поле, в том числе и в сторону нижнего и верхнего краев контррефлектора примерно равной интенсивности. В геометрооптическом смысле поле можно рассматривать в виде лучей, которые отражаются от верхнего и нижнего краев контррефлектора 2, так же, как и все другие лучи, попадающие на него. Эти лучи пересекаются в фокусе эллипса, удаленном от рефлектора 1, совпадающем по положению с фокусом параболы.
Благодаря геометрическим свойствам сечения контррефлектора в виде части эллипса расстояния от фокуса размещения первичного облучателя 3 до любой точки на поверхности эллипса и далее после отражения от него до второго фокуса, совмещенного с фокусом параболы, лучи поля облучателя 3 после прохождения второго фокуса формируют сферическую волну.
Лучи первичных облучателей 3 располагаются в фокусе эллипса, совпадающем с фокусом параболы отражателя 1, формируют сферическую волну и после отражения отражателем 1 трансформируют ее в направленное излучение 7 вдоль фокальной оси в плоскости чертежа фиг. 1.
В то же время в плоскости чертежа фиг. 2 формируется веер парциальных диаграмм направленности антенны 9.
Дополнительные облучатели 5, как и облучатели 3, для повышения эффективности антенны [3] наклонены к фокальной оси. Дополнительные облучатели 5 размещаются на дуге окружности 4, проходящей через фокус эллипса контррефлектора 2, поэтому в плоскости дуги окружности 4 формируется такой же веер парциальных диаграмм 9, как и от первичных облучателей 3, с направлением каждой парциальной диаграммы на свой ИСЗ. Поскольку облучатели основные 3 и дополнительные 5 могут лежать на радиусах, общих для окружностей 4 и 8, лучи 9 парциальных диаграмм облучателей 3 и 5 могут совпадать по направлению.
Облучатели типа 5 расположены на половине радиуса окружности 4, равного удвоенному фокусному расстоянию параболы рефлектора 1, а кроме этого расположены в фокусе параболы. Это приводит к созданию веерной диаграммы направленности в плоскости дуги окружности 5, концентрической с окружностью 8 и окружностями, образующими параболический и эллиптический полу-торы. При размещении облучателей типа 3 и типа 5 на одном радиусе окружностей 4 и 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 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 облучатели вынесены из центра рефлектора и контррефлектора и наклонены к фокальной оси, тем самым уменьшая влияние (реакцию) отраженного поля. Кроме этого исключено затенение рефлектора контррефлектором, при этом разделение диапазонов частот осуществляется методом пространственного разделения на два облучателя одного направления. Все вместе это увеличивает коэффициент усиления и снижает шумовую температуру, тем самым повышает эффективность антенны.
ЛИТЕРАТУРА
1. Многолучевая диапазонная зеркальная антенна: Патент RU 2620875: МПК H01Q 19/19. / Сомов A.M.; Заявка RU 2016129028 от 15.07.2016 г.; опубл. 30.05.2017 г.
2. Сомов A.M. Распространение радиоволн и антенны спутниковых систем связи. - М.: Горячая линия-Телеком, 2015. - 456 с.: ил.
3. Сомов A.M., Покрас A.M. К определению угла наклона облучателя антенн в виде неосесимметричной параболической вырезки. / Радиотехника, №3, 1968 г.