CS276437B6

CS276437B6 - Parabolic antenna axial feeder adapted by means of dielectric to compensated plane subreflector

Info

Publication number: CS276437B6
Application number: CS95790A
Authority: CS
Inventors: Miroslav Ing Csc Vesely
Original assignee: Miroslav Ing Csc Vesely
Priority date: 1990-02-28
Filing date: 1990-02-28
Publication date: 1992-05-13
Also published as: CS9000957A2

Abstract

Axiální napaječ parabolické antény přizpůsobený dielektrikem na kompenzovaný rovinný subreflektor sestává ze subreflektoru. tvořeného rovinnou reflexní destičkou (4) a zkratovaným kompenzačním úsekem kruhového vlnovodu (3), subreflektor je připojen pomocí laděné nízkoztrátové dielektrlcké vložky (2) o nízké permitivitě k napájecímu kruhovému vlnovodu (1).The axial feeder of the parabolic antenna adapted by the dielectric to the compensated planar sub-reflector consists of a sub-reflector. formed by a flat reflective plate (4) and a short-circuited compensating section of the circular waveguide (3), the sub-reflector is connected by means of a tuned low-loss dielectric insert (2) of low permittivity to the feed circular waveguide (1).

Description

Vynález se týká konstrukce axiálního napáječe se zpětným vyzařováním, vhodného pro rotačně symetrickou parabolickou anténu.The invention relates to the construction of an axial recoil feeder suitable for a rotationally symmetric parabolic antenna.

V oboru družicových spojů používá většina anténních systémů s parabolickými reflektory primárních zářičů, umístěných fázovým středem v ohnisku parabolické plochy. Nevýhodou tohoto uspořádání je uložení vstupních obvodů vnější jednotky, spojené s primárním zářičem, v klimaticky namáhaném prostoru. Řeší ji anténní systémy s napájením zezadu tvarovanou vlnovodnou trasou, nebo s vyšší účinností dvouzrcadlové anténní systémy. Starší klasické řešení axiálně symetrického napáječe s pomocnou reflexní destičkou, vytvářející plošně rozložené ohnisko ve tvaru mezikruží, je charakterizováno nízkou účinností a úzkopásmovým impedančním přizpůsobením. Modifikace tohoto uspořádání kloboukovým¹’ napáječem buzeným radiální obvodovou štěrbinou je z elektrodynamického hlediska dalším zlepšením, nevýhodou je robustní konstrukce a velmi úzkopásmové impedanční přizpůsobení.In the field of satellite communications, most antenna systems with parabolic reflectors use primary emitters located at the phase center in the focus of the parabolic surface. The disadvantage of this arrangement is the placement of the input circuits of the outdoor unit, connected to the primary radiator, in a climatically stressed space. It is solved by antenna systems with power supply from behind by a shaped waveguide path, or with higher efficiency by two-mirror antenna systems. The older classical solution of an axially symmetrical power supply with an auxiliary reflective plate, creating a planar focus in the shape of an annulus, is characterized by low efficiency and narrowband impedance matching. Modification of this arrangement by a cap ¹ 'feeder excited by a radial circumferential slot is a further improvement from an electrodynamic point of view, the disadvantage being the robust construction and the very narrow-band impedance matching.

Výše uvedený nedostatek odstraňuje axiální napaječ parabolické antény přizpůsobený dielektrikem na kompenzovaný rovinný subreflektor. Subreflektor vytváří kruhová reflexní rovinná destička, doplněná zkratovaným kompenzačním úsekem kruhového vlnovodu. Prostřednictvím laděné nízkoztrátové dielektrické vložky je subreflektor připojen k napájecímu vlnovodu kruhového průřezu. Volba materiálu a geometrie uspořádání určují vyzařovací charakteristiku a impedanční vlastnosti anténního napáječe.The above drawback is eliminated by an axial feeder of a parabolic antenna adapted by a dielectric to a compensated planar subreflector. The sub-reflector is formed by a circular reflective plane plate, supplemented by a short-circuited compensation section of a circular waveguide. By means of a tuned low-loss dielectric insert, the sub-reflector is connected to a supply waveguide of circular cross-section. The choice of material and geometry of the arrangement determine the radiation characteristics and impedance properties of the antenna power supply.

Hlavní výhody axiálního napáječe v anténním systému spočívají v možnosti umístění vstupních obvodů (nízkošumového konvertoru) za reflektorem a jejich lepší ochraně vůči vlivům prostředí, připojení doplňkových elementů (polarizátoru, filtru, kabeláže aj.) nezhoršuje zastínění-ústí antény ani mechanické namáhání, úspoře materiálu a pracnosti při výrobě nosného ústrojí napáječe, jednoduché montáži a ustavení.The main advantages of the axial power supply in the antenna system are the possibility of placing input circuits (low noise converter) behind the reflector and their better protection against environmental influences, connection of additional elements (polarizer, filter, cabling, etc.) does not worsen shielding-antenna mouth or mechanical stress, material savings and laboriousness in the production of the power supply of the power supply, simple assembly and adjustment.

Axiální napaječ parabolické antény přizpůsobený dielektrikem na kompenzovaný rovinný subreflektor je znázorněn na připojeném obrázku. Axiální napaječ je rotačně symetrický, jeho osa se shoduje s osou parabolického reflektoru. Tvoří jej vlnovod 1 kruhového průřezu, umožňující optimální přenos elektromagnetické vlny v dominantním vidu je zakončen nízkoztrátovou dielektrickou vložkou 2, na kterou navazuje kompenzační úsek zkratovaného kruhového vlnovodu 3, jehož vstup je;opatřen kruhovou rovinnou reflexní destičkou 4· Nízkoztrátovou dielektrickou vložkou 2 se vytváří optimální obvodová štěrbina, která určuje podíl odražené a přímo vyzářené elektromagnetické energie. V závislosti na šířce štěrbiny, materiálových vlastnostech nízkoztrátové dielektrické vložky 2 a délce kompenzačního úseku zkratovaného kruhového vlnovodu 3 lze stanovit kmitočtový rozsah i stupeň impedančního přizpůsobení. Vyzařovací charakteristika napáječe je ovlivněna geometrií subreflektoru, tvořeného kruhovou rovinnou reflexní destičkou 4 a centrálním kompenzačním úsekem zkratováného vlnovodu 3·An axial power supply of the parabolic antenna adapted by a dielectric to the compensated planar sub-reflector is shown in the attached figure. The axial feeder is rotationally symmetrical, its axis coincides with the axis of the parabolic reflector. It consists of a waveguide 1 of circular cross-section, enabling optimal transmission of the electromagnetic wave in the dominant mode. a circumferential slit that determines the proportion of reflected and directly radiated electromagnetic energy. Depending on the width of the slit, the material properties of the low-loss dielectric insert 2 and the length of the compensation section of the short-circuited circular waveguide 3, the frequency range and the degree of impedance matching can be determined. The radiation characteristic of the power supply is influenced by the geometry of the subreflector, consisting of a circular planar reflective plate 4 and a central compensation section of the short-circuited waveguide 3 ·

Na rozdíl od klasického uspořádání, kdy rovinná reflexní destička (splashplate) s kuželovým nebo případně válcovým difrakčním prvkem leží ve vzdálenosti několika půlvlnných délek od ústí napájecího vlnovodu, umožňuje dle tohoto návrhu nízkoztrátové dielektrická vložka 2 realizovat mezi napájecím vlnovodem £ kruhového průřezu a subreflektorem štěrbinu o šířce d = 0,65 ~ ΥεIn contrast to the classical arrangement, where a planar splashplate with a conical or possibly cylindrical diffraction element lies at a distance of several half-wavelengths from the mouth of the supply waveguide, according to this design the low-loss dielectric insert 2 allows to create a slit of circular cross-section width d = 0.65 ~ Υε

Ao je vlnová délka odpovídající střednímu kmitočtu pracovního pásma (ve volném prostoru) g je relativní permitivita homogenní nízkoztrátové dielektrické vložky 2.Ao is the wavelength corresponding to the mean frequency of the operating band (in free space) g is the relative permittivity of the homogeneous low-loss dielectric insert 2.

Hloubka zasunutí konců nízkoztrátové dielektrické vložky 2 do spojovaných vlnovodů 3 a průměr její střední části jsou určeny použitým materiálem s ohledem na optimální impedanční přizpůsobení. Rázový střed axiálního napáječe, zjištěný experimentálně, se nachází přibližně ve vzdálenosti 0,15A₀ za rovinou zkratu kompenzačního úseku kruhového vlnovodu 3. Praktická realizace byla ověřena návrhem axiálního napáječe pro pásmo přímého družicového vysílání, příjem signálu v kmitočtovém pásmu 11,7 až 12,5 GHz s kruhovou polarizací.The depth of insertion of the ends of the low-loss dielectric insert 2 into the connected waveguides 3 and the diameter of its middle part are determined by the material used with regard to the optimal impedance matching. The shock center of the axial feeder, determined experimentally, is located at a distance of approximately 0.15A ₀ behind the short-circuit plane of the compensation section of the circular waveguide 3. The practical implementation was verified by designing an axial feeder for direct satellite transmission, 5 GHz with circular polarization.

CS 276 437 B6 2CS 276 437 B6 2

Konstrukce využívá nízkoztrátové dielektrické vložky, vyrobené z tuhé polyuretanové pěny s průměrnou permit!vitou € = 1,18 a ztrátovým činitelem tgcí = 0,0004. Jako napájecí vlnovod byla použita hliníková trubka, odpovídající vnitřním průměrem požadovanému kmitočtovému pásmu. Z napájecí strany vlnovodu byl připojen jednostupňový impedanční přechod na obdélníkový vlnovod. Transformace kruhové na lineární polarizaci byla zprostředkována PTFE polarizační destičkou, instalovanou v kruhovém vlnovodu.The construction uses low-loss dielectric inserts made of rigid polyurethane foam with an average permittivity of € = 1.18 and a loss factor tgc = 0.0004. An aluminum tube corresponding to the inner diameter of the required frequency band was used as the supply waveguide. A single-stage impedance junction to a rectangular waveguide was connected from the supply side of the waveguide. The transformation of circular to linear polarization was mediated by a PTFE polarizing plate installed in a circular waveguide.

Průběhu vyzařovací charakteristiky napáječe je podřízen výběr vhodného parabolického reflektoru. Optimální poměr ohniskové vzdálenosti P vůči průměru ústí paraboloidu D činíThe selection of a suitable parabolic reflector is subject to the course of the radiation characteristics of the power supply. The optimal ratio of the focal length P to the diameter of the mouth of the paraboloid D is

F/D = 0,27 až 0,30.F / D = 0.27 to 0.30.

Impedanční přizpůsobení anténního systému s reflektorem 0,5 m a navrženým axiálním napáječem charakterizuje vstupní PSV nižší než 1,25.The impedance matching of the antenna system with a 0.5 m reflector and a designed axial power supply characterizes the input PSV lower than 1.25.

V následující tabulce je uvedena závislost maximálního zisku G na kmitočtu f;The following table shows the dependence of the maximum gain G on the frequency f;

f (GHz) 11,6 11,8 12,0 12,2f (GHz) 11.6 11.8 12.0 12.2

G (dBi) 32,5 32,9 32,8 32,3G (dBi) 32.5 32.9 32.8 32.3

Dosažitelné polarizační oddělení ortogonálních složek kruhové polarizace neklesá v elektrické ose pod 24 dB. Elektrodynamická účinnost anténního systému s axiálním napáječem, zahrnující účinnost využití plochy (průběh ozáření a zastínění apertury, náhodné fázové odchylky, systémové fázové chyby, ztráty přezářením a polarizačním nepřizpůsobením), impedanční nepřizpůsobení, útlum vlnovodu a dielektrické vložky dosahuje 50 %»The achievable polarization separation of the orthogonal components of the circular polarization does not fall below 24 dB in the electrical axis. Electrodynamic efficiency of the antenna system with axial feeder, including efficiency of surface use (course of irradiation and shading of aperture, random phase deviations, system phase errors, losses by overexposure and polarization mismatch), impedance mismatch, attenuation of waveguide and dielectric insert reaches 50% »

Popsaný anténní systém s navrženým axiálním napáječem (v modifikacích pro lineární nebo kruhovou polarizaci) lze využít zejména v pozemních soupravách pro individuální nebo skupinový příjem signálu TV družicového vysílání.The described antenna system with a designed axial power supply (in modifications for linear or circular polarization) can be used especially in terrestrial sets for individual or group reception of a TV satellite broadcast signal.

PATENTOVÉ NÁBORYPATENT RECRUITMENTS

Claims

PATENT RECRUITMENTS

Axial parabolic antenna feeder adapted by dielectric to a compensated planar sub-reflector, characterized in that the circular planar reflective plate (4) together with the short-circuited compensating section of the circular waveguide (3) form a sub-reflector connected to the circular supply section waveguide (1) dielectric inserts (2).