Способ управления диаграммой направленности параболической антенны

 

Изобретение предназначено для приема программ спутникового телевидения и позволяет расширить сектор обзора и увеличить количество одновременно принимаемых программ со спутников-ретрансляторов. Способ основан на смещении источника излучения из фокуса отражателя по дуге радиусом r=1,13f, где f -фокусное расстояние отражателя с центром, лежащим на фронтальной оси отражателя. Одновременно ширина диаграммы направленности источника излучения уменьшается через каждые γ градусов по закону арифметической прогрессии, а направление максимума диаграммы направленности источника излучения сохраняется параллельным фокальной оси. 1 ил.

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано для приема программ спутникового телевидения.

При приема с помощью параболической антенны программ с нескольких спутников возникают проблемы, связанные с управлением диаграммы направленности (ДН) антенны в широком секторе обзора.

Известен способ управления ДН параболической антенны путем вращения всей антенной системы с помощью электромеханических приводов с позиционерами, позволяющий вести поочередный обзор спутников [1] Этот способ требует больших затрат, обусловленных изготовлением сложных устройств для вращения всей системы, и неудобен.

Известен способ управления ДН параболической антенны путем смещения источника излучения из фокуса в направлении, перпендикулярном фокальной оси отражателя [2] При малых смещениях источника излучения форма ДН практически не искажается. Но с увеличением смещения появляются нелинейные фазовые ошибки, приводящие к не допустимому искажению формы ДН и росту боковых лепестков. Максимальный угол, на который смещается ДН, не превышает двух или трех ее ширин, поэтому с помощью данного способа возможен прием программ не более чем трех спутников.

Известен способ управления ДН в более широком секторе обзора, реализованный в широкоугольной многолучевой антенне [3] и принятый за прототип.

Согласно этому способу в фокальной области параболического отражателя размещают идентичные облучатели и вспомогательный отражатель, предназначенный для корректировки фазовых ошибок. Поочередно или одновременно возбуждают облучатели, имитируя тем самым смещение фазового центра источника излучения относительно фокуса отражателя. Это приводит к смещению ДН в рабочем секторе обзора.

В этом способе полный рабочий сектор равен 25^o (±12,5^o относительно фокуса), что позволяет вести одновременный прием программ восьми спутников в диапазоне 10,95 111,7 ГГц. Но это достигается за счет использования дополнительного отражателя, т.е. за счет дополнительных затрат.

Задачей изобретения является обеспечение возможности управления ДН однозеркальной параболической антенны в расширенном рабочем секторе обзора.

Задача решена тем, что в способе управления диаграммой направленности параболической антенны, основанном на смещении источника излучения относительно фокуса отражателя, источник излучения смещают по дуге радиусом r= 1,13f, где f фокусное расстояние отражателя с центром, лежащим на фокальной оси отражателя, и проходящей через его фокус, сохраняя параллельным фокальной оси отражателя направление максимума диаграммы направленности источника излучения и уменьшая ее ширину Θ_n через каждые γ градусов по закону арифметической прогрессии q_n= 2ϕ-[2+2(n-1)]γ где 2ϕ ширина диаграммы направленности источника излучения в фокусе отражателя; g дискрет смещения источника излучения; n=1, 2, 3 порядок дискрета.

Расширение сектора обзора достигается за счет выбора траектории смещения источника излучения, соответствующей квазифокальной дуге эквивалентного сферического отражателя, уменьшения ширины ДН источника и выбора направления максимума излучения, обеспечивающих минимальные фазовые ошибки при незначительном снижении коэффициента усиления антенны.

На чертеже приведена параболическая антенна, в которой реализуется предлагаемый способ управления, общий вид.

Антенна содержит параболический отражатель 1 и облучатели 2, размещенные на дуге 3, проходящей через фокус F отражателя 1. Облучатели 2 расположены на дуге 3 таким образом, что направления максимумов ДН параллельны фокальной оси отражателя 1. Радиус дуги 3 r=1,13f, где f фокусное расстояние отражателя 1.

Центры облучателей 2 расположены на расстоянии g3^o друг от друга, определяемом угловым расстоянием между спутниками. Максимальное количество облучателей при g3^o для диапазона 10,95 11,7 ГГц 11.

Ширина диаграмм направленности q_n облучателей 2 уменьшается от значения 2ϕ (центральный облучатель), равного углу раствора отражателя 1 (≈120^o), до значения q_k (крайние облучатели) по закону арифметической прогрессии и определяется по формуле Θ_n= 2ϕ-[2+2(n-1)]γ (1) где n=1, 2, 3.

К каждому облучателю 2 подключены каналы приемного устройства.

Управление ДН антенны осуществляется путем поочередного или одновременного возбуждения облучателей 2. При этом имитируется смещение фазового центра источника излучения и происходит смещение ДН антенны в пространстве.

Физический смысл предложенного способа управления ДН параболической антенны заключается в следующем.

Траектория 3 смещения фазового центра источника излучения 2 является квазифокальной дугой сферического отражателя 4 радиусом R, который в секторе α ±30^o эквивалентен с необходимой точностью реальному параболическому отражателю 1 с фокусным расстоянием f причем R=f+r а оптимальное отношение f/R находится в пределах 0,456 0,475 [4, c.89-90] Облучатель, установленный в фокусе отражателя 1 и имеющий ширину ДН на уровне минус 10 дБ, равную углу раствора отражателя 1, обеспечивает оптимальное формирование ДН антенны в направлении, совпадающем с фокальной осью 00. Другие облучатели, установленные по дуге 3 через угол g соответствующий размещению спутников на орбите, обеспечивает формирование ДН антенны в направлениях, параллельных соответствующим радиусам OP.

Ширина ДН каждого облучателя 2 от соответствующего радиального направления до внутреннего ската не должна превышать значения Эта ширина соответствует облучению на уровне не более минус 10 -12 дБ области отражателя 1, где радиус-векторы сферического ρ^c и параболического ρⁿ отражателей отличаются в заданных пределах, обеспечивая фазовую ошибку на краю области не более p/2 а внутри не более π/4 Чтобы при смещении излучателя на n·γ градусов (n=1, 2, 3.) от центра не возникало искажений формируемой ДН, связанных с переобучением, и незначительно уменьшался коэффициент усиления антенны, необходимо уменьшать ширину ДН облучателей, сохраняя при этом направление максимумов ДН, параллельным фокальной оси.

Предлагаемый способ позволяет с помощью обычной параболической антенны диаметром 2,5 м вести одновременный прием в диапазоне 10,95 11,7 ГГц программ 11 спутников-ретрансляторов в секторе до 30^o, при этом крайние ДН отличаются от центральной по усилению не более, чем на 1,5 дБ. Рабочий сектор обзора может быть увеличен до ±30^o, но за счет снижения усиления крайних лучей до 3дБ относительно центрального (на чертеже облучатель K).

Источники информации 1. Антенная система спутникового телевидения ГРАДИЕНТ: Инструкция по эксплуатации. -Ростов н/Д. ВНИИ "Градиент",1992.

2. Айзенберг Г.З. и др. Антенны УКВ, ч. 1. -М. Связь, 1977, с. 336.

3. Патент США N 4355314, кл. H 01 Q 19/19, 1982.

4. Айзенберг Г.З. и др. Антенны УКВ, ч. 2. М. Связь, 1977, с. 89-90.

Формула изобретения

Способ управления диаграммой направленности параболической антенны, основанный на смещении источника излучения относительно фокуса отражателя, отличающийся тем, что источник излучения смещают по дуге радиусом r 1,13f, где f фокусное расстояние отражателя, с центром, лежащим на фокальной оси отражателя, сохраняя параллельным фокальной оси отражателя направление максимума диаграммы направленности источника излучения и уменьшая ее ширину Θ_n через каждые γ градусов по закону арифметической прогрессии q_n= 2ϕ-[2+2(n-1)γ, где 2ϕ - ширина диаграммы направленности источника излучения в фокусе отражателя; γ - дискрет смещения источника излучения;
n 1, 2, 3 порядок дискрета.

РИСУНКИ

Рисунок 1