Антенная система
Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в системах радиосвязи для приема сигналов спутникового телевидения. Техническим результатом является повышение Ку и КПД, расширение рабочего диапазона частот. Антенная система содержит диэлектрические излучатели и фидерный блок, выполненный в виде N однотипных элементов, содержащих одно или несколько волноводных плечей, основной и дополнительные блоки распределения мощности. Диэлектрические излучатели установлены на прямолинейных участках волноводных плечей так, что их оси расположены перпендикулярно продольной оси плеча, при этом прямолинейные участки основного и дополнительных плечей расположены параллельно друг другу на расстоянии, кратном /2, - длина волны в свободном пространстве. Выходы основного и дополнительного плечей через соответствующие дополнительные блоки распределения мощности подключены к основному блоку распределения мощности, выход которого соединен c общим фидером. Каждый диэлектрический излучатель имеет устройство связи с волноводом, выполненное в виде металлической пластины, а на продольной оси волноводных плечей по числу излучателей установлены электропроводящие штыри. 3 з.п.ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в системах радиосвязи, в том числе для приема сигналов спутникового телевидения.
Известны антенны для приема ТВ сигналов со спутников (см., например, Корчагин Ю.А. "Индивидуальный прием спутникового ТВ" Воронеж, 1990, с. 67, 68. , пат. РФ N 2046472, МКИ H 01 Q 13/20, БИ N 29, 1995 г.) Из известных наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является антенная система, содержащая диэлектрические излучатели и фидерный блок, выполненный в виде отрезков волноводов, при этом в одних концах отрезков волноводов установлены подвижные короткозамыкатели, а их другие концы посредством блока распределения мощности присоединены к общему фидеру, диэлектрические излучатели включены в каждый отрезок волновода (см. пат. РФ N 2046472, МКИ H 01 Q 13/20). Антенна обеспечивает некоторое повышение Ку и КПД при простоте конструкции. Однако известная конструкция антенны имеет ограничения рабочего диапазона частот и недостаточно высокие Ку и КПД. Это обусловлено наличием короткозамыкающих поршней, установленных в отрезках волноводов фидерного блока, а также тем, что волноводные плечи антенны работают в режиме стоячей волны, что увеличивает потери сигнала в антенне. Задачей, на решение которой направлено предложенное устройство, является повышение Ку и КПД с одновременным расширением рабочего диапазона частот. Решение поставленной задачи достигается тем, что в антенной системе, содержащей диэлектрические излучатели и фидерный блок, включающий волноводные плечи и блок распределения мощности, соединенный с общим фидером, при этом излучатели установлены на каждом волноводном плече так, что их оси расположены перпендикулярно продольной оси плеча, фидерный блок выполнен в виде N однотипных элементов, где N - целое положительное число, каждый из которых содержит по крайней мере одно волноводное плечо и основной блок распределения мощности, при этом один выход волноводного плеча соединен с первым входом блока распределения мощности, другой выход - с вторым входом упомянутого блока, выход которого присоединен к общему фидеру, а диэлектрические излучатели размещены на прямолинейном участке волноводного плеча. Каждый из N элементов может содержать по крайней мере одно дополнительное волноводное плечо, первый и второй дополнительные блоки распределения мощности, при этом прямолинейные участки основного и дополнительного волноводных плечей расположены параллельно друг другу на расстоянии L = k/2, где - рабочая длина волны в свободном пространстве, k=2m, либо k=2m-1, где m=1, 2, ..., первые выходы основного и дополнительного волноводных плечей соединены с соответствующими входами первого дополнительного блока распределения мощности, а вторые выходы основного и дополнительного волноводных плечей - с соответствующими входами второго дополнительного блока распределения мощности, причем выходы дополнительных блоков распределения соединены с соответствующими входами основного блока распределения мощности. Диэлектрический излучатель может содержать устройство связи с волноводом, выполненное в виде металлической пластины, один конец которой закреплен в теле излучателя, а другой конец через окно связи введен в волновод и имеет Т- образную форму. На продольной оси узкой стенки каждого волноводного плеча установлены электропроводящие штыри по числу диэлектрических излучателей, при этом конец штыря, размещенный внутри волновода, имеет Г-образный выступ, продольная ось которого расположена под углом к боковой поверхности соответствующего излучателя. Предусмотрена возможность подстройки параметров антенны для достижения оптимизированных характеристик, например, за счет возвратно-поступательного перемещения электропроводящего штыря. Технический результат выражается в повышении Kу и КПД с одновременным расширением рабочего диапазона частот за счет того, что в предложенной конструкции антенны волноводные плечи работают в режиме бегущей волны, и, кроме того, исключается использование короткозамыкающих устройств в волноводных плечах фидерного блока. На фиг. 1 изображена предлагаемая антенная система, на фиг. 2 - вариант исполнения антенны, на фиг. 3 - конструкция волноводного плеча, где а) - участок волноводного плеча с установленными на нем элементами; б) - разрез плеча по А-А; в) - разрез плеча по Б-Б (продольный разрез диэлектрического излучателя). Антенная система содержит диэлектрические излучатели 1 и фидерный блок, выполненный в виде N однотипных элементов 2, каждый из которых имеет волноводное плечо 3 (см. фиг. 1)/ На прямолинейном участке волноводного плеча 3 на расстоянии S = pв друг от друга, где в - длина волны в волноводе, p = 1, 2, ..., установлены диэлектрические излучатели 1, оси которых перпендикулярны продольной оси волноводного плеча, представляющего собой металлический волновод. Один выход 4 волноводного плеча 3 соединен с первым входом 5 основного блока 6 распределителя мощности, а другой выход 7 - с вторым входом 8 блока 6. Выход 9 блока 6 распределения мощности подключен к общему фидеру (не показан). Каждый элемент 2 может содержать по крайней мере одно дополнительное волноводное плечо 10 (см. фиг.2), установленное параллельно основному плечу 3 на расстоянии L = k/2, где - рабочая длина волны в свободном пространстве, k=2m, либо k=2m-1, где m=1, 2, ... В этом случае выходы 4 и 11 соответственно волноводного плеча 3 и дополнительного плеча 10 подключены к соответствующим входам 12, 13 первого дополнительного блока 14 распределения мощности, а выход 7 плеча 3 и выход 15 плеча 10 - к соответствующим входам 16, 17 второго дополнительного блока 18 распределения мощности. Выходы 19, 20 дополнительных блоков 14, 18 распределения мощности соединены соответственно с входами 5, 8 основного блока 6 распределения мощности, выход 9 которого подключен к общему фидеру (не показан). На продольной оси узкой стенки волноводных плечей 3, 10 установлены электропроводящие штыри 21 у каждого диэлектрического излучателя 1 соответственно. Конец штыря 21, размещенный внутри волновода, имеет Г-образный выступ 22 (см. фиг. 3), продольная ось которого расположена под углом к боковой поверхности соответствующего излучателя 1. Диэлектрические излучатели 1 имеют устройство связи с волноводом (волноводным плечом), выполненное в виде металлической пластины 23, один конец которой закреплен в теле излучателя 1, а другой - через окно связи 24 введен в волновод и имеет Т-образную форму. Блоки распределения мощности как основной 6, так и дополнительные 14, 18, могут быть выполнены, например, в виде направленного ответвителя или щелевого моста, согласованного тройника, и выполняют роль волноводного сумматора. Диэлектрические излучатели 1 представляют собой сплошные или трубчатые диэлектрические стержни, форма, размеры и электрические параметры которых рассчитываются по известной методике (см., например, Власов В.И., Берман В. И. "Проектирование узлов РЛС". Л., Судпромгиз, 1961 г., с.150-159; Драбкин А. Л. и др. "Антенно-фидерные устройства". М., Сов. радио, 1974 г., с.393-398; Сергеев В.И., Сосунов В.А. "Приемные антенны сантиметрового диапазона". СГТИ, Саратов, 1977 г., с.28-44). Антенная система работает следующим образом. Электромагнитное поле падающей волны в каждом диэлектрическом излучателе 1 наводит поверхностную волну, которая распространяется вдоль диэлектрического стержня излучателя в направлении к волноводу, и через окно связи 24 в узкой стенке волноводного плеча 3(10) возбуждает в нем доминантные волны типа H10, равные по амплитуде и распространяющиеся в волноводном плече в противоположных направлениях. При выбранном расположении диэлектрических излучателей 1 относительно друг друга (кратном длине волны в волноводе), на выходах каждого волноводного плеча (3, 10) будут иметь место сигналы, равные сумме сигналов от каждого диэлектрического излучателя 1. Для антенной системы, в которой каждый элемент 2 содержит одно волноводное плечо (фиг.1), эти сигналы с выходов 4, 7 волноводного плеча 3 поступают на соответствующие входы 5, 8 блока 6 распределения мощности, где они суммируются, и на выходе 9 блока 6 сигнал равен сумме сигналов с выходов волноводного плеча 3. Для случая, когда элемент 2 содержит несколько волноводных плечей (фиг. 2), сигналы с выходов плечей 3 и 10 поступают на соответствующие входы дополнительных блоков 14 и 18 распределителей мощности, выходы 19, 20 которых соединены с входами 5, 8 основного блока 6 распределения мощности, на выходе 9 которого сигнал равен уже сумме суммарных сигналов соответствующих выходов волноводных плечей 3, 10. Предложенная конструкция антенной системы позволяет осуществить работу волноводных плечей в режиме бегущей волны и повысить Ку и КПД, расширить рабочий диапазон частот. Действительно, сигнал, возбуждаемый диэлектрическим излучателем 1 в металлическом волноводе (волноводные плечи 3, 10), делится на два равных сигнала, которые распространяются в каждом волноводном плече в противоположные стороны к соответствующим выходам плеча. Проходя через окна связи 24 (места соединения), сигнал частично ответвляется в диэлектрический излучатель 1 и частично отражается от этого соединения. С учетом отражения сигнала и его частичного ответвления в излучатели величина сигналов на выходах волноводного плеча в режиме бегущей волны может быть записана в виде где E0 - амплитуда сигнала на выходе диэлектрического волновода (излучателя); - коэффициент передачи по мощности из металлического волновода в диэлектрический; - коэффициент отражения соединения по мощности в металлическом волноводе; n - число соединений. Эти сигналы поступают на входы основного блока 6 распределения мощности, и в идеальном случае на его выходе в режиме бегущей волны величина сигнала Eв составляет Eв= 2Eсум. В известном же устройстве (прототипе) к одному из выходов волноводного плеча подключен короткозамыкатель, и на его открытом выходе в режиме стоячей волны величина сигнала ECB в лучшем случае будетУровень сигнала Eбв в случае режима бегущей волны больше уровня сигнала ECB т.к.
Кроме того, увеличение КПД достигается за счет более эффективной связи волны HE11, распространяющейся в диэлектрическом излучателе, с волной H10 металлического волновода. Это обеспечивается за счет более эффективного возбуждения поля в области окна связи 24 с помощью штыря 21, расположенного на узкой стенке волноводного плеча (3, 10). Г-образный выступ на конце штыря 21, расположенный внутри волновода, обращен к окну связи под углом, изменяя который можно обеспечить оптимальное распределение поля в области окна связи, увеличив тем самым КПД. Влияние высших типов волн, возбуждаемых штырем, на поле соседнего окна связи незначительно в силу их экспоненциального затухания вдоль оси металлического волновода. Конструкция устройства связи диэлектрического излучателя с волноводным плечом также обеспечивает более сильную связь поля H10 с волной HE11. Режим "бегущей волны" в волноводных плечах 3, 10 антенной системы расширяет диапазон рабочих частот по сравнению с прототипом, где волноводные плечи работают в режиме "стоячей волны".
Формула изобретения
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3