Остронаправленная антенна связи с геостационарным искусственным спутником земли

 

Использование: антенны связи с геостационарными искусственными спутниками Земли. Сущность изобретения: неподвижная ось (2) опорно-поворотного устройства с полярной подвеской установлена в направлении, отклоненном в сторону экскаватора от полярной оси на угол, равный разности углов склонения при наведении антенны на точки геостационарной орбиты, лежащие в меридиональной плоскости и в перпендикулярной ей плоскости, проходящей черед полярную ось. 5 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области антенн связи с геостационарными искусственными спутниками Земли (ГСИС3), т.е. ИС3, находящимися на геостационарной орбите (ГСО), точнее к их опорно-поворотным устройствам (ОПУ).

Традиционные ОПУ являются двухосными, имеют две оси вращения антенны: неподвижную относительно Земли и подвижную, закрепленную на первой. Такая конструкция обеспечивает возможность наведения антенны в любую точку видимого неба.

Наиболее распространенными являются угломестно-азимутальные (альт-азимутальные) ОПУ, неподвижная (азимутальная) ось которых вертикальна, а закрепленная на ней подвижная (угломестная) ось горизонтальна (см.авт.свид. N 1612897, Н 01 Q 1/00, 1989 г).

Для наблюдения за небесными телами могут использоваться экваториальные ОПУ, неподвижная (полярная) ось которых направлена на видимый полюс мира (параллельна оси вращения Земли, т.е. направлена на север и отклонена от горизонтали на угол ϕ, равный географической широте точки дислокации антенны), а подвижная ось (ось склонений) перпендикулярна полярной. Такое расположение осей позволяет осуществлять наблюдение за небесными телами, "закрепленными" не небесной сфере, вращением антенны только вокруг полярной оси, используя вторую ось лишь для наведения антенны на небесное тело. (Н.Н. Михельсон "Оптические телескопы", Наука, М. 1976, стр. 337, 359).

Наиболее близким техническим решением является выполненная по этой схеме остронаправленная антенна связи с геостационарными искусственными спутниками Земли, содержащая опорно-поворотное устройство с неподвижной осью вращения, расположенной в меридиональной плоскости Земли (см. "Устройство антенны спутникового телевизионного вещания. Модели СТВ Луч-2,5 и СТВ Луч-3,5". Паспорт, 1991 г, стр. 4).

Для связи с ГСИСЗ могут использоваться антенны с любым типом ОПУ, т.к. в процессе связи антенна остается почти неподвижной; при необходимости производится лишь незначительная, порядка угловых минут, коррекция для отслеживания и дрейфа ГСИСЗ. Однако для переустановки антенны с одного ГСИСЗ на другой, находящийся в удаленной от первого точке ГСО, необходимо осуществить вращение антенны вокруг двух осей, причем угол вращения вокруг подвижной оси при альт-азимутальном ОПУ измеряется несколькими (до 30 - 40^o) градусами, а при экваториальном несколькими десятками угловых минут. И в том, и в другом случае обязательно наличие двух осей и механизмов антенны, т.к. требуемая точность наведения колеблется от долей до нескольких угловых минут в зависимости от диаметра антенны и длины рабочей волны.

Новым в конструкции остронаправленной антенны является то, что неподвижная ось установлена в направлении, отклоненном в сторону экватора от полярной оси на угол, равный разности углов склонения при наведении антенны на точки геостационарной орбиты, лежащие в меридиональной плоскости и в перпендикулярной ей плоскости, проходящей через полярную ось.

Техническим результатом изобретения является исключение из конструкции подвижной оси вращения антенны, что упрощает опорно-поворотное устройство антенны и тем самым ее эксплуатацию.

На фиг. 1 показана антенна в разрезе по плоскости угла наклона неподвижной оси; на фиг.2 разрез Земли меридиональной плоскостью в установленной в положение на юог антенной и ГСО; на фиг.3 вид по стрелке К фиг.2; на фиг.4 сечение А-А фиг.2, антенна показана в положении на восток; на фиг.5 сечение Б-Б (фиг.3, повернуто), антенна показана повернутой в плоскость сечения Б-Б.

Остронаправленная антенна связи с геостационарными искусственными спутниками Земли содержит зеркало 1, смонтированное на опорно-поворотном устройстве (ОПУ), включающем неподвижную ось 2 (с геометрической осью Е), установленную на горизонтальную платформу 3. Неподвижная ось 2 антенны располагается в меридиональной плоскости Земли (в вертикальной плоскости север-юг), совмещенной на фиг.1 с плоскостью чертежа, под углом D в сторону экватора (в северном полушарии на юг) от направления Т на видимый полюс мира или, что то же самое, в сторону географического полюса (в северном полушарии на север) под углом F=ϕ+Δ от горизонта, где v географическая широта точки O дислокации антенны, а D разность углов склонения при наведении антенны на геостационарную орбиту (ГСО) в восточном и южном направлениях.

ОПУ включает также привод или механизм 4 вращения антенны вокруг неподвижной оси 2; шарнир 5, соединяющий ось 2 и платформу 3 и устройство (например, подкос 6 переменной длины) для установки оси 2 под углом F_к к горизонту; шарнир 7 и устройство 8 для установки фокальной оси F антенны под требуемым углом γ к оси Е.

Из геометрических построений, показанных на фиг.2,3,4, видно, что угол склонения (угол между фокальной осью F антенны и экваториальной плоскостью - плоскостью ГСО) при направлении антенны на точку ГСО, расположенную на юге, т.е. в меридиональной плоскости Земли (точка Ю на фиг.2,3), равен , а при направлении антенны на точку В (фиг.3,4) ГСО, расположенную на востоке (или западе) в плоскости, проходящей через полярную ось в точке дислокации антенны и перпендикулярной меридиональной плоскости Земли, где r радиус Земли в точке дислокации антенны, а R радиус геостационарной орбиты.

Ось Е (ось 2) антенны установлена под углом Δ к полярной оси Т, равным D=δ_ю-δ_в; зеркало 1 антенны закреплено на оси 2 жестко под углом γ=90°+δ_в.. При таких фиксированных углах Δ и g точное наведение антенны на ГСИСЗ, расположенные строго на юге, востоке и западе, осуществляется вращением антенны только вокруг оси Е (оси 2).

При этом в промежуточных положениях ГСИС3 будет иметь место некоторое рассогласование между углом склонения d_c соответствующей точки С ГСО (см. фиг.3,5) и фактическим углом наведения , имеющим максимальное значение при ϕ 45^o. Оценим величину этого рассогласования при принятых значениях r 6364 км, R 42160 км, v 45^o и текущей угловой координате j точки С. Из построений на фиг.5: угол склонения Из треугольника АСО При принятых значениях r, R, ϕ Фактический угол наведения при предлагаемой геометрии инструмента
При принятых значениях r, R, ϕ d_ю 6,8043^o, δ_в 6,1193^o, Δ 0,685^o; .

Вычисленные по приведенным формулам значения сведены в таблицу.

Из таблицы видно, что максимальное рассогласование равно 0,0084^o 0,5 угл. мин, что вполне приемлемо для большинства небольших связевых антенн. Заметим, что при необходимости, максимальное рассогласование может быть уменьшено вдвое за счет уменьшения на величины установочного угла γ: при этом такая же погрешность (c обратным знаком) появится в точках Ю и В (Ψ 0 и j 90^o).

При монтаже в заданной точке дислокации антенна устанавливается так, что ее неподвижная ось Е располагается строго в меридиональной плоскости Земли (в направлении север-юг) под расчетным для заданной широты v углом F к горизонту. Зеркало антенны фиксируется под расчетным углом g между осями E и F. При такой установке наведение антенны на любую точку ГСО (на любой ГСИСЗ), находящуюся в пределах видимости антенны, осуществляется вращением зеркала антенны вокруг оси Е (оси 2) без изменения углов F и g: ось F антенны в этом случае "cкользит" по ГСО.

Формула изобретения

Остронаправленная антенна связи с геостационарными искусственными спутниками Земли, содержащая опорно-поворотное устройство с неподвижной осью вращения, расположенной в меридиональной плоскости Земли, отличающаяся тем, что неподвижная ось установлена в направлении, отклоненном в сторону экватора от полярной оси на угол, равный разности углов склонения при наведении антенны на точки геостационарной орбиты, лежащие в меридиональной плоскости и в перпендикулярной ей плоскости, проходящей через полярную ось.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5