Многофокусная офсетная зеркальная антенна

Авторы патента:

H01Q5/00 - Устройства, обеспечивающие одновременную работу антенн в двух или более различных диапазонах волн (при регулируемой длине элементов H01Q 9/14; комбинированные конструкции из отдельных активных антенных узлов, работающих в различных диапазонах волн и соединенных с общей фидерной системой, H01Q 21/30)

Владельцы патента RU 2664753:

Кабетов Роман Владимирович (RU)
Сомов Анатолий Михайлович (RU)

Изобретение предназначено для использования в составе радиотехнических устройств телевидения, радиовещания и радиосвязи через искусственные спутники Земли на геостационарной орбите, в дециметровом, сантиметровом и миллиметровом диапазоне волн. Антенна состоит из системы облучателей, работающих в различающихся диапазонах частот, и зеркала (рефлектора). При этом сам рефлектор состоит из нескольких слоев в виде несимметричных вырезок из параболоидов вращения, вершины и фокальные оси которых совпадают, но фокусные расстояния параболоидов различны и в фокусе каждого слоя расположен фазовый центр одного из облучателей системы. Слой с наибольшим фокусным расстоянием является хорошо проводящей поверхностью, остальные слои являются частотно-селективными поверхностями, которые с минимальными потерями пропускают электромагнитные волны слоев с большим фокусным расстоянием и отражают волны других диапазонов. Технический результат изобретения - снижение электромагнитных потерь в антенне из-за исключения устройств разделения диапазонов частот при сохранении характеристик направленности. 1 ил.

Изобретение предназначено для использования в составе радиотехнических устройств телевидения, радиовещания и радиосвязи через искусственные спутники Земли (ИСЗ) на геостационарной орбите (ГСО) в дециметровом, сантиметровом и миллиметровом диапазонах волн.

Известны [1] зеркальные антенны, состоящие из зеркала (рефлектора) в виде проводящей поверхности, имеющей форму осесимметричной либо несимметричной вырезки из параболоида вращения, и облучателя в виде слабонаправленной антенны в фокусе параболоида вращения. Диапазонные свойства такой антенны определяются облучателем. Для приема/передачи радиоволн одновременно в нескольких диапазонах частот используются многодиапазонные облучатели с устройствами разделения диапазонов частот [2], обладающие большими размерами и невысоким коэффициентом полезного действия.

Известны гибридные зеркальные антенны [1], состоящие из рефлектора и системы (кластера) облучателей, и зеркальные антенны с дополнительными облучателями [3], в которых помимо основного облучателя, расположенного в фокусе зеркала, имеются дополнительные облучатели, смещенные относительно фокуса. Такое смещение облучателей, как известно [1], приводит к появлению фазовых ошибок в раскрыве антенны: искажению ее диаграммы направленности, увеличению уровня боковых лепестков, снижению коэффициента усиления.

Известны совмещенные конструкции зеркальных антенн [2], содержащие основное зеркало (рефлектор), два и более облучателей, работающих в различающихся диапазонах частот, и один и более вспомогательных зеркал (контррефлекторов) в виде частотно-селективных поверхностей, которые без потерь пропускают радиоволны на одних частотах и практически полностью отражают на других. На одной частоте такие антенны работают по схеме с одним рефлектором, на других частотах - по схеме с рефлектором и контррефлектором. Наличие контррефлекторов в таких антеннах существенно увеличивает их общий размер.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является снижение потерь в антенне за счет исключения устройства разделения диапазонов частот при сохранении характеристик направленности.

Для этого предлагается многофокусная офсетная зеркальная антенна. Она состоит из системы облучателей, работающих в различающихся диапазонах частот, и зеркала (рефлектора). При этом сам рефлектор состоит из нескольких слоев в виде несимметричных вырезок из параболоидов вращения, вершины и фокальные оси которых совпадают, но фокусные расстояния параболоидов различны и в фокусе каждого слоя расположен фазовый центр одного из облучателей системы. Слой с наибольшим фокусным расстоянием является хорошо проводящей поверхностью, остальные слои являются частотно-селективными поверхностями, которые с минимальными потерями пропускают электромагнитные волны для слоев с большим фокусным расстоянием и отражают электромагнитные волны других диапазонов.

Изобретение поясняется чертежом фиг. 1, на котором изображено сечение многофокусной офсетной зеркальной антенны с тремя слоями плоскостью, содержащей фокальную ось параболоидов.

Многофокусная офсетная зеркальная антенна (фиг. 1) содержит систему облучателей 1, 2 и 3, расположенных на общей фокальной оси 4 параболоидов вращения с общей вершиной 5, а также рефлектор, состоящий из слоев 6, 7 и 8. Фазовые центры облучателей, работающих на различающихся частотах, совмещены с фокусами параболоидов, которые находятся на различных фокусных расстояниях относительно вершины 5. Поверхности слоев рефлектора 6, 7 и 8 являются несимметричными вырезками из соответствующих параболоидов вращения. При этом слой рефлектора 6, соответствующий параболоиду с наибольшим фокусным расстоянием, выполнен из проводящего материала. Слой рефлектора 7 выполнен из частотно-селективных материалов, которые с минимальными потерями пропускают электромагнитные волны с частотой облучателя 1, установленного в фокусе слоя 6, и практически полностью отражают электромагнитные волны остальных облучателей. Слой рефлектора 8, соответствующий параболоиду с наименьшим фокусным расстоянием, выполнен из частотно-селективного материала, который с минимальными потерями пропускает электромагнитные волны с частотой всех облучателей, кроме облучателя 3, установленного в фокусе слоя 8, и отражает электромагнитные волны облучателя 3.

Принцип работы многофокусной офсетной зеркальной антенны в приближении геометрической оптики иллюстрируется лучами 9, 10 и 11. В силу описанных выше свойств слоев рефлектора лучи 9, исходящие из облучателя 1, практически без затухания и искривления пройдут через слои 8, 7 и после этого отразятся от слоя 6. Поскольку фазовый центр облучателя 2 совмещен с фокусом параболоида, описывающего поверхность слоя 6, то после отражения луч 9 окажется параллелен фокальной оси 4. Лучи 10, исходящие из облучателя 2, фазовый центр которого совмещен с фокусом параболоида, описывающего поверхность слоя 7, практически без затухания и искривления пройдут через слой 8 и, отразившись от слоя 7, окажутся параллельным фокальной оси 4. Лучи 11, исходящие из облучателя 3, фазовый центр которого совмещен с фокусом параболоида, описывающего поверхность слоя 8, отразятся от этого слоя и также станут параллелен фокальной оси 4. Отраженные рефлекторами 6, 7, и 8 лучи формируют остронаправленное излучение антенны в каждом из диапазонов частот.

Таким образом, относительно каждого из облучателей (и, соответственно, каждой рабочей частоты) многофокусная зеркальная офсетная антенна работает аналогично известной офсетной зеркальной антенне. При этом, так как каждый облучатель расположен в фокусе соответствующего параболоида, фазовых ошибок в раскрыве зеркала и соответствующего им ухудшения направленных свойств антенны не возникнет.

Поскольку каждому диапазону частот в многофокусной офсетной зеркальной антенне соответствует отдельный облучатель, потребность в громоздком устройстве разделения диапазонов частот отпадает. Кроме того, появляется возможность использовать облучатели существенно различных, в том числе по питанию, типов.

Размеры многофокусной офсетной зеркальной антенны определяются параболоидом с наибольшим фокусным расстоянием и от числа слоев практически не зависят.

Таким образом, в предложенной многофокусной офсетной зеркальной антенне за счет исключения устройства разделения диапазонов частот потери в антенне снижаются, а характеристики направленности сохраняются прежними.

Источники информации

1. Сомов A.M., Кабетов Р.В. Проектирование антенно-фидерных устройств: Учебное пособие для вузов. / Под ред. профессора A.M. Сомова. - М.: Горячая линия-Телеком, 2015. - 500 с.: ил.

2. Фролов О.П., Вальд В.П. Зеркальные антенны для земных станций спутниковой связи. - М.: Горячая линия-Телеком, 2008. - 496 с.: ил.

3. Многолучевая гибридная зеркальная антенна: Патент RU 2556466: МПК H01Q 05/00. / Сомов A.M.; Заявка RU 2013141948 от 13.09.2013 г.; опубл. 10.07.2015 г.

Многофокусная офсетная зеркальная антенна, состоящая из системы облучателей различающихся диапазонов частот, и зеркала (рефлектора), отличающаяся тем, что рефлектор состоит из нескольких отражающих слоев в виде несимметричных вырезок из параболоидов вращения, вершины и фокальные оси которых совпадают, фокусные расстояния параболоидов различны, в фокусе каждого слоя расположен один из облучателей системы, слой с наибольшим фокусным расстоянием является проводящей поверхностью, другие слои - частотно-селективные поверхности пропускают электромагнитные волны слоев с большим фокусным расстоянием и отражают все остальные электромагнитные волны.

Изобретение относится к антенной технике. Антенна портативного терминала содержит проводящий слой, расположенный на печатной плате портативного терминала; выемку, сформированную частично в проводящем слое; линию подачи питания, сформированную по выемке; первый излучатель, присоединенный к блоку подачи питания портативного терминала через линию подачи питания и включающий в себя часть проводящего слоя; и второй излучатель, присоединенный к каждому из блока подачи питания через линию подачи питания и заземляющей части портативного терминала и включающий в себя другую часть проводящего слоя.

Антенна мобильного терминала // 2650370

Изобретение относится к антенной технике. Антенна содержит блок излучения и соединительную ветвь.

Компенсация неидеальной поверхности рефлектора в системе спутниковой связи // 2647559

Изобретение относится к области спутниковой связи и может быть использовано для компенсации неидеальной поверхности рефлектора в системе спутниковой связи. Предложен способ, который включает измерение амплитуды и фазы сигналов, отраженных от рефлектора спутника, причем эти амплитуды и фазы формируют первую совокупность результатов измерения.

Переключаемая антенна с п-образной формой // 2646945

Изобретение относится к антенной технике. Мобильное устройство, содержащее: корпус, имеющий дистальный конец; электронику, расположенную в корпусе и выполненную с возможностью управления мобильным устройством, при этом электроника выполнена с возможностью обмена беспроводными сигналами, включающими в себя голосовые вызовы и текстовые сообщения; разъем, присоединенный к электронике с помощью соединения; П-образная антенна, расположенная на дистальном конце корпуса, при этом П-образная антенна имеет соединение с разъемом и выполнена с возможностью создания резонанса с использованием разъема, причем П-образная антенна и разъем выполнены с возможностью беспроводного обмена беспроводными сигналами; сеть согласования полного сопротивления, соединенная между электроникой и П-образной антенной, причем сеть согласования полного сопротивления выполнена с возможностью согласования полного сопротивления электроники с П-образной антенной.

Сверхширокополосная двухпортовая антенна // 2634801

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к антеннам приемопередающих устройств. Антенна образована электрически раздельными излучающими элементами для каждого из двух поддиапазонов.

Двухдиапазонная антенна // 2634799

Изобретение относится к антеннам приемопередающих устройств и может использоваться в качестве навигационной и приемопередающей антенны. Устройство содержит диэлектрический корпус (ДК), первый излучающий элемент (ИЭ) и второй излучающий элемент, расположенные на продольной оси, ориентированной вертикально.

Двухпортовая двухдиапазонная антенна для диапазонов дкмв и дмв2 // 2634796

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к антеннам приемопередающих устройств. Антенна содержит два раздельных излучателя.

Полнодуплексная антенна и мобильный терминал // 2628015

Изобретение относится к области радиосвязи, в частности к полнодуплексной антенне и мобильному терминалу. Техническим результатом является сохранение расстояния, устанавливаемого между антеннами, при изменении используемой частоты.

Многолучевая комбинированная зеркальная антенна // 2627284

Изобретение относится к радиотехнике, к области антенной техники в диапазоне СВЧ-КВЧ, и предназначено для использования в системах радиосвязи, радиопеленга, радионаблюдения и радиомониторинга.

Резонансная антенна // 2620195

Изобретение относится к антенной технике, может быть использовано в качестве самостоятельной приемной, передающей или приемопередающей глобальной навигационной спутниковой системы (ГНСС) антенны или элемента фазированной антенной решетки и позволяет улучшить стабильность положения фазового центра и уменьшить габариты антенны.

Многолучевая комбинированная неосесимметричная зеркальная антенна // 2664792

Изобретение относится к радиотехнике, к области антенной техники в диапазоне СВЧ-КВЧ и предназначено для использования в системах радиосвязи, радиопеленга, радионаблюдения и радиомониторинга. Изобретение предназначено для использования в составе радиотехнических комплексов спутников связи, работающих с ИСЗ на геостационарной орбите, и может быть использовано для передачи и приема телевидения, радиовещания и радиосвязи в ОВЧ, УВЧ и СВЧ диапазонах. Техническим результатом является создание многолучевой комбинированной неосесимметричной зеркальной антенны, состоящей из основного зеркала (рефлектора), имеющего форму неосесимметричной вырезки из параболоида, и вспомогательного зеркала (контррефлектора) в виде неосесимметричной вырезки из соосного эллипсоида, вогнутого в сторону рефлектора и облучателей, наклоненных к фокальной оси в плоскости, ортогональной этой оси, проходящей через фокус контррефлектора, приближенный к рефлектору. В ней установлен дополнительный облучатель в плоскости, ортогональной фокальной оси и проходящей через фокус контррефлектора, удаленный от рефлектора. 2 ил.

Ненаклонная многолучевая диапазонная двухзеркальная антенна // 2664870

Изобретение относится к радиотехнике, к области антенной техники в диапазоне СВЧ-КВЧ и предназначено для использования в системах радиосвязи, радиопеленга, радионаблюдения и радиомониторинга. Изобретение предназначено для использования в составе радиотехнических устройств для телевидения, радиовещания и радиосвязи через искусственные спутники земли (ИСЗ), расположенные на краю видимого сектора геостационарной орбиты (ГСО) сантиметрового и миллиметрового диапазонов волн, работающих одновременно и в нескольких диапазонах частот каждый. Ненаклонная многолучевая диапазонная двухзеркальная антенна, состоящая из системы облучателей, расположенных на дуге окружности, основного зеркала-рефлектора, имеющего форму параболы в плоскости, ортогональной дуге окружности расположения облучателей и наклоненной относительно горизонта, вспомогательного зеркала-контррефлектора в виде соосного параболе эллипса, вогнутого в сторону рефлектора, в той же наклоненной плоскости, 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 на дуге облучателей, проходящей через фокус эллипса, удаленный от рефлектора, размещен дополнительный облучатель. Технический результат заключается в повышении эффективности антенны при одновременном приеме двух диапазонов частот. 5 ил.