RO121156B1 - Sistem de antenă - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la un sistem de antenă incluzând un reflector de antenă (10), un element deemisie-recepţie (11), o unitate de detecţie (12) semnal, având un convertor (121-122) de semnal şi o unitate de calcul (123) pentru generarea, carăspuns la semnalele de intrare, a unui semnal de comandă pentru controlul alimentatorului reflectorului de antenă (10), în raport cu un obiect ţintă. Convertorul (121-122) de semnal este adaptat pentru a-şi reduce lăţimea de bandă, automat şi incremental, de la o plajă de frecvenţă maximă necesară, la o plajă de frecvenţă îngustă. Schimbările de direcţie ale reflectorului de antenă sunt detectate prin intermediul unei unităţi de detectare a mişcării (13), care include senzori 3D (131, 132 şi 133). Comanda mecanică a direcţiei alimentatorului reflectorului de antenă (10) este efectuată cu ajutorul unei unităţi de antrenare (15).

Description

Prezenta invenție se referă la un sistem de antenă utilizat pentru echipamente staționare, echipamente terestre mobile sau echipamente maritime.

Sistemul de antenă include un reflector de antenă, o unitate de susținere a antenei, un element de emisie-recepție, o unitate de senzori și o unitate de detectare a semnalului pentru procesarea semnalelor ce provin de la o țintă și pentru generarea, pe baza acestor semnale, a unor semnale pentru ghidarea reflectorului de antenă pe aliniamentul țintei.

Unitatea de detectare a semnalului include un convertor de semnal și o unitate de calcul, înseriate.

Este cunoscută utilizarea în instalații de antenă de acest gen, de sisteme separate de orientare (pointing) și urmărire utilizate în scopul de a optimiza susținerea (relevmentul) dintre, de exemplu, aranjamente de antenă terestre și sateliți, în vederea obținerii unei alinieri corecte între ele. Costurile de investiții în vederea obținerii unei acurateți de focalizare optice dinamice cu aranjamentul antenă, în astfel de sisteme, sunt foarte mari. Această acuratețe de focalizare a antenei poate fi influențată de forțe cu acțiune externă, cum ar, fi de exemplu, deplasarea suprafeței suportului antenei, vântul și mișcarea ondulatorie a valurilor.

Datorită faptului că problema privește o instalație de antenă și o țintă care se află în mișcare una față de cealaltă, sistemul de orientare este cel asupra căruia se pune un accent deosebit. Aceasta determină însă limitarea posibilităților de alegere a echipamentului pentru detectarea semnalelor primite de la țintă, exclusiv la echipamente extrem de scumpe.

Datorită cerințelor determinate de necesitatea unei acurateți de orientare dinamice este folosită tehnologia mono-puls. Totuși, această tehnologie necesită investiții mari în echipamentul de detectare a semnalului, cum ar fi analizatoare de spectru de bandă largă și altele asemănătoare, în vederea obținerii efectului dorit.

Unora din sistemele cunoscute le lipsește posibilitatea corectării deviației și instabilității componentelor primare neliniare, folosite pentru a furniza informații referitoare la date de referință și, în consecință, aceste sisteme deviază continuu în timp funcție de temperatură și curent.

Problema tehnică pe care o rezolvă invenția este de a realiza un sistem de antenă mobilă, montată pe un obiect deplasabil, care să poată urmări continuu o sursă mobilă de semnal, situată în aer, deasupra orizontului, la un cost rezonabil, de exemplu, la un cost care este substanțial mai mic decât cel la care poate fi realizat în prezent.

Sistemul conform invenției înlătură dezavantajele de mai sus prin aceea că are în compunere un convertor de semnal adaptat pentru a-și reduce lățimea de bandă automat și incremental, de la o plajă de frecvență maximă necesară, la o plajă de frecvență îngustă, la care lățimea de bandă este activată și păstrată până când un semnal de intrare dorit poate fi detectat în respectiva lățime de bând, astfel asigurându-se cea mai mare sensibilitate de detecție a semnalului de intrare menționat.

Instalația de antenă include un sistem de senzori pentru detectarea schimbărilor nedorite pe aliniamentul reflectorului de antenă precum și pentru fixarea și menținerea poziției dorite a antenei relativ la un obiect țintă: un grup de senzori plasat pe partea din spate a reflectorului și un alt grup de senzori plasat pe axele respective de rotație. Ambele grupuri de senzori sunt adaptate a fi fixate pe zero în momentul obținerii semnalului optim de detecție, astfel că intervalul de frecvență al convertorului de semnal este supus unei reduceri incrementale de la o anume lățime de bandă dată la următoarea lățime de bandă mai mică până este obținută cea mai bună valoare posibilă a semnalului.

Sistemul de senzori asigură informații referitoare la schimbările de poziție ale instalației de antenă cauzate de forțe externe. Această schimbare de poziție este definită pe bază de date de viteză (Vx, Vy, Vz) care sunt integrate într-o unitate de calcul pentru

RO 121156 Β1 obținerea datelor relative de poziție. Știind datele referitoare la schimbările de viteză apărute 1 pe parcursul unei perioade de timp stabilite, determinate de timpul de raport al sistemului de senzori, informațiiile mai sus menționate pot fi folosite ca valori de intrare pentru o unitate de 3 reglare de sistem, computerizată de nivel superior care transmite aceste valori unei unități de acționare (antrenare) pentru compensarea schimbărilor de poziție a instalației de antenă 5 cauzate de respectivele forțe externe.

în acest sens, sistemul de senzori poate fi folosit în cel puțin două scopuri diferite, 7 cum arfi compensarea forțelor externe ce acționează asupra instalației de antenă, ca rezultat al mișcării suprafeței pe care este montată instalația de antenă și, de asemenea, pentru 9 detectarea unui model de mișcare predeterminat dorit și alocat, a reflectorului de antenă și detectarea unui semnal țintă care are o orbită cunoscută și/sau un model de mișcare calculat 11 cu ajutorul unității de calcul pe parcursul unei perioade de timp în desfășurare.

Sistemul de senzori are astfel întreaga responsabilitate în ceea ce privește capa- 13 citatea instalației de antenă de a compensa continuu influența tutu rar forțelor externe asupra respectivei instalații. 15 în mod corespunzător este important a se obține date corecte de compensare pentru dependența de temperatură, îmbătrânire etc., a componentelor electronice incluse într-o 17 astfel de instalație, care, altfel, pot genera deviații de sistem referitoare la datele de ieșire de la toate componentele electronice incluse în sistem. 19

Sistemul de antenă prezintă următoarele avantaje:

- cost redus de realizare;21

- stabilitate în funcționare față de diferiți parametrii perturbatori (temperatură, îmbătrânire etc.)23

Invenția va fi descrisă detaliat și în legătură cu fig. 1-2 care reprezintă:

- fig. 1 reprezintă o instalație de antenă; și25

-fig. 2 este o schemă bloc reprezentând o unitate de detectare a semnalului și unități de detectare sistem senzori pentru compensarea mișcării, incluse în instalația de antenă. 27

Instalația de antenă reprezentată în fig. 1, include un reflector de antenă 10, un cornet emițător-receptor 11, atașat părții din spate a reflectorului prin intermediul unui braț 110,29 o unitate de detecție 12, a semnalului și o unitate de senzori 13 având niște senzori 131, 132,133 (vezi fig. 2) pentru detectarea tridimensională a mișcării reflectorului, aceste două 31 unități fiind atașate, ca și unitatea combinată, părții din spate a reflectorului 10. Senzorii sunt adaptați să detecteze mișcarea în jurul respectivelor axe de rotație cauzate de influența 33 forțelor externe.

Cornetul emițător-receptor este de preferință cel conform descrierii (specificației) 35 brevetului SE 9402587-1 Cornet radiant folosit în special la echipamentul de comunicații bidirecționale prin sateliți. Reflectorul de antenă 10 este fixat (ancorat) mecanic pe un ele- 37 ment de bază 16, care, de exemplu, este fixat pe o navă sau vehicul și care include o unitate de acționare sau de putere 15 având motoarele 151,152,153,154 pentru controlul mecanic 39 al aliniamentului reflectorului de antenă 10 în raport cu ținta vizată, de exemplu un satelit, ca răspuns la semnalele de control generate de o unitate de calcul 123, inclusă în unitatea de 41 detecție 12, a semnalului. Reflectorul de antenă 10 și cornetul emițător-receptor 11 sunt combinate pentru a forma o unitate compactă de antenă construită conform descrierii 43 brevetului SE 9702268-5 Dispozitiv conținând reflector de antenă și cornet emițător-receptor combinate într-o unitate compactă”. 45

RO 121156 Β1

Schema bloc din fig. 2 prezintă unitatea de detecție 12 a semnalului cu un convertor 121 de semnal de frecvență înaltă, cuplat în serie cu un convertor 122 de semnal de frecvență intermediară, și o unitatea de calcul 123. Este de asemenea prezentată și unitatea 13 de detectare a mișcării a sistemului de senzori pentru reflectorul de antenă, incluzând senzorii de viteză și senzorii de accelerație pentru detectarea tridimensională (Vx, Vy, vz) și (ax, ay, az) funcționând cu fibre optice și respectiv elemente semiconductoare. Tot echipamentul electronic este supus în timp deviației și instabilității. Aceasta necesită o corecție mai mult sau mai puțin continuuă, în vederea eliminării erorilor de date de ieșire. Unitatea de detecție 12 de semnal propusă, permite producerea, pentru toți senzorii sistemului de senzori, a datelor de corecție necesare. Partea de ieșire a convertorului 121 de înaltă frecvență este conectată la partea 122 de frecvență intermediară, unde este prevăzut a avea loc respectiva reducere automată de lățime de bandă.

Cornetul emițător-receptor 11 are ieșirile de semnal conectate la intrările de semnal ale convertorului 121 de semnal de înaltă frecvență, iar unitatea 13 de detectare a mișcării respectivului sistem de senzori pentru detectarea mișcării reflectorului de antenă, are ieșirile de semnal conectate la intrările de semnal ale unității 123 de calcul, prin intermediul conductorilor 130. Unitatea de calcul are ieșirile conectate la o unitate de control sistem 14, care este conectat la partea de ieșire a unității 15 de acționare. Astfel, în principiu, unitatea 123 de calcul este conectată pe partea sa de ieșire, la intrarea unității 15 de acționare care include motoare de control 151 -154 pentru transferul mișcării de rotație la părțile mobile ale instalației de antenă.

Semnalul de ieșire 170 al unei a doua unități 17 de detectare a mișcării având niște senzori 171 -174, este conectat la o intrare 1240 de semnal a unei a două unități 124, de calcul, având o ieșire 1241, de semnal conectată la intrarea 140 de semnal, a unității de control sistem 14. Unitatea de control sistem are o intrare 141, de semnal, conectată la o ieșire 1231, de semnal, de pe unitatea de calcul 123, și o ieșire 142 de semnal conectată la o intrare 150, de semnal, de pe unitatea de acționare 15.

O a treia unitate 18, de detectare a mișcării, având senzorii 181 -184 pentru detectarea compensației reale de mișcare efectuate în raport cu fiecare axă de rotație y, x, z, p în cadrul instalației, ca rezultat al datelor de compensație inițiate prin intermediul unității de control sistem 14, are o ieșire 180, de semnal, conectată la o intrare 1250, de semnal, de pe o a treia unitate de calcul 125, care are o ieșire 1251, de semnal, conectată la o intrare 143, de semnal, de pe unitatea de control sistem 14.

Reflectorul de antenă 10 este inițial aliniat în mod aproximativ cu ținta, cu ajutorul senzorilor care funcționează pentru determinarea latitudinii și longitudinii poziției în discuție (GSP), un compas și un înclinometru. în același timp, efectul forțelor externe acționând asupra antenei când reflectorul de antenă este aliniat în mod aproximativ cu ținta, este compensat continuu. Această mișcare de compensație este efectuată de către unitatea de detectare a mișcării, a sistemului de senzori pentru diferite axe de rotație a unității compacte de antenă (azimut z, elevație y, elevație x, pol de polarizare).

Ținta este presupusă a furniza o frecvență pilot, de ex. 12,541 GHz cu o anume deviație cuprinsă în intervalul de +/- 40 kHz. Convertorul 122, de semnal de frecvență intermediară, este fixat (reglat) pentru un interval maxim de frecvență de +/- 8kHz. Unitatea de detecție 12 semnal este adaptată să opereze la valoarea maximă a semnalului ce intră (vârf, semnalul curbei țintă =0) imediat ce această valoare maximă este întâlnită (Vx, Vy, vz) și (ax, ay, az) sunt citite pentru noile valori corectate de intrare și trimise către unitatea de control sistem 14 în timp ce, în același timp, convertorul 122 de semnal frecvență intermediară

RO 121156 Β1 reduce automat intervalul său de frecvență la următorul nivel mai mic de ex. 3,75 kHz. între 1 timp, frecvența pilot s-ar putea să fi deviat ușor și suprafața suport a antenei să se mute în aceeași direcție (de exemplu, ca rezultat a forțelor externe acționând pe respectiva suprafață 3 suport și astfel și pe instalația de antenă), dar în acest moment are loc baleierea într-o lățime de bandă mai apropiată și astfel cu un zgomot de semnal de intrare redus, astfel încât sem- 5 naiul este detectat cu mai mare acuratețe.

Intervalul de frecvență poate fi în continuare, opțional, redus la un nivel mai mic, de 7 exemplu 1,9 kHz. în același mod se obține la fiecare valoare maximă o nouă valoare de ieșire de la unitatea 13 de detectare a mișcării, a sistemului de senzori. 9

Avantajul acestei scalari automate la cea mai apropiată lățime de bandă mai mică, controlată pe baza frecvenței pilot obținută și detectată, este faptul că zgomotul de semnal 11 este masiv eliminat, datorită faptului că este permis din ce în ce mai puțin zgomot de semnal relativ la amplitudinea (valoarea de vârf) frecvenței pilot care să deranjeze detectarea 13 frecvenței pilot.

în cazul în care frecvența pilot ar fi pierdută în intervalul de scalare, baleierea s-ar 15 întoarce la cea mai mare și cea mai apropiată lățime de bandă.

Datorită faptului că procedura propusă de detectare a semnalului necesită timp 17 pentru obținerea unui rezultat de măsurare stabil, este necesar ca deviația internă și instabilitatea sistemului de senzori de nivel superor și unitatea sa de detectare a mișcării să fie 19 mică în timp, astfel ca sistemul să aibă timp să furnizeze un bun rezultat de detectare și astfel să faciliteze corectarea deviației și instabilității tuturor componentelor sistemului. Un 21 element esențial al eficienței de cost care caracterizează performanța instalației de antenă și a cerinței limitate de componente costisitoare constă în acordarea sistemului de senzori 23 de a avea un rol de nivel superior (superordonare) în relație cu unitatea de detectare a semnalului, al cărui principal scop este de a corecta datele de ieșire a unității de detectare a 25 mișcării în raport cu deviația și instabilitatea componentelor.

Au fost incluse în descriere numai acele unități necesare explicării conceptului 27 invenției. Instalația de antenă va include, de asemenea, acele unități care sunt incluse în mod normal și care sunt necesare echipamentului comercial de comunicare via satelit, de 29 exemplu. Senzorii-3D 131 -133 ai unității de detectare a mișcării superordonate, care sunt montați în aceeași carcasă de instrumente ca și unitatea de detecție 12 a mișcării pe reflec- 31 torul de antenă 10, împreună cu senzorii 171 -174 și senzorii 181 -184, montați pe respectivele axe de rotație transmit în mod continuu datele de corecție la unitatea 15, de antrenare 33 prin unitatea de control sistem 14, cu o periodicitate mai mică de 15ms.

Pentru anumite aplicații, echipamentul poate fi suplimentat cu o a treia unitate senzor- 35 3D, această a treia unitate fiind apoi montată pe baza suport. Aceasta asigură o rezoluție mai mare a datelor de ieșire (Vx, Vy, vz) și (ax, ay, az) și permite ca flexibilitatea mecanică a 37 instalației de antenă să fie măsurată continuu și dinamic și ca mișcările nedorite în interiorul acestei instalații să fie corectate. 39 în momentul în care unitatea 12, de detecție a semnalului, a detectat un semnal pilot relevant de la cometele 11, de măsurare individuală, și astfel a calculat datele de corecție 41 și a transmis aceste date cu o periodicitate mai mică de 92 ms, poate fi inițiată o corecție suficient de bună a poziției actuale a instalației de antenă. Aceasta implică faptul că datele 43 de ieșire a unității 12, de detecție a semnalului, sunt folosite ca așa zisă valoare adevărată prin care sunt notate valorile datelor de ieșire a unității 13 de detectare a mișcării. în acest 45 sens unitatea 13 de detectare a mișcării își asumă din nou funcția de nivel superior (superordonare) în ceea ce privește datele de compensare pentru forțele acționând extern pe 47 instalația de antenă.

RO 121156 Β1

Mai sus amintita interacțiune are loc continuu și permite utilizarea unei unități de detectare semnal care are o bandă de lățime variabilă, permițând astfel folosirea unei benzi de lățime foarte îngustă pentru corecția optimă a direcției, pe baza unui semnal pilot relativ slab dar stabil. Banda de lățime îngustă permite detectarea semnalelor pilot foarte slabe care, în mod normal, la benzi de lățime mai mari, ar fi pierdute în zgomotul de semnal ambient. Acest lucru este posibil datorită funcției de superordonare stabilă a sistemului senzor, în timp.

Sistemul de senzori al instalației de antenă înclude de asemenea un număr de senzori, și anume un înclinometru asociat cu un compas (busolă) digital, care este montat în directă legătură cu suportul de bază al instalației, deasupra interfeței amortizoarelor de șocuri și de vibrații, care separă celelalte părți ale instalației de baza suport și de legăturile la baza de montare. Instalația include de asemenea o unitate de senzori externă constând dintr-o unitate GPS (sistem global de poziționare) cu busolă digitală asociată. împreună cu datele de stocare de control sistem pentru datele de poziționare programate ale obiectului țintă, poate fi obținută o valoare de direcționare calculată teoretic în raport cu obiectul țintă respectiv, pe baza poziției geografice actuale, deși nu cu un grad de acuratețe mai mare ca cel care poate fi obținut cu sistemul de senzori și senzorii săi individuali. Cele două busole digitale pereche permit senzorilor, aici figurați separat, să fie calibrați, ceea ce înseamnă că eroarea compasului va fi mai mică decât în alt caz. Ca rezultat, se poate spune că metoda de calculare a valorii direcționale la un obiect țintă, constituie o ajustare grosieră. în cazul în care este disponibil un girocompas, compasul este conectat la sistemul de control, mărind astfel acuratețea cursei compasului. Această ajustare brută este suficientă pentru ca unitatea de detectare a semnalului să găsească un semnal pilot pentru un aliniament optim în raport cu obiectul țintă.

în cazul în care nu poate fi folosit un girocompas, datorită condițiilor ambientale, poate fi obținută o poziție cu ajutorul înclinometrului și a creșterii cunoscute la emițătorul țintei. Pe măsură ce antena se rotește și datele de semnal sunt analizate de un analizator spectrum bandă largă, o combinație unică de emițător este capabilă de a stabili identitatea și astfel poziția respectivă.

Unitatea 13 de detectare a mișcării și senzorii de mișcare montați pe respectivele axe transmit continuu datele de compensare pentru acele forțe ce acționează extern asupra instalației de antenă pe parcursul întregii faze introductive și continuă să transmită respectivele date pentru a menține planul orizontal indicat de înclinometre, care constituie în mod natural o condiție obligatorie pentru fixarea înălțimii dorite a creșterii la obiectul țintă. (Dacă acesta nu este obținut în mod adecvat, nu se poate presupune cu siguranță că unitatea de detecție 12 a semnalului a atins intervalul său de detectare de +/- 2 grade unghi).

în același timp, se primesc, prin intermediul senzorilor 181 -184, în mod continuu informații referitoare la diferența dintre datele de compensare calculate inițiate, așa-numitele puncte fixate de valoare” și valorile efectiv efectuate, așa-numitele valori adevărate.

După cum se va vedea din cele ce urmează, investiția în calitate în ceea ce privește unitățile individuale de senzori și apoi, în principal în senzorii-3D (Vx; Vy; Vz) și (ax; ay; az) și Înclinometre-2D (x; z), de care depinde instalația de antenă, este de o mare importanță.

Alegerea componentelor digitale minimizează riscul ca sursa de semnal perturbant a semnalului extern să aibă un efect negativ asupra funcționării instalației de antenă. Cu tehnologia CAN-Bus se poate executa un aranjament mai puțin sensibil la perturbații și interferențe și mai ieftin, deși trebuie menționat că această tehnologie nu constituie o condiție obligatorie a invenției.

RO 121156 Β1

Exemplul de realizare ilustrat și descris, al instalației de antenă, include un cornet 1 emițător-receptorde un anume tip. Se va înțelege, totuși, că invenția nu este limitată la acest tip de cornet emițător-receptor. De exemplu, elementul antenă poate cuprinde o așa-numită 3 antenă patch cu linii de microbenzi plasate în planul focal al unui reflector și acoperind atât focarul absolut al reflectorului, cât și zonele imediat înconjurătoare. 5

Claims (4)

1. Revendicări 7

   1. Sistem de antenă cuprinzând un reflector de antenă (10), un element de emisie- 9 recepție (11), o unitate de detecție (12) pentru procesarea semnalelor de intrare venite de la țintă și pentru generarea, pe baza semnalelor de intrare menționate, de semnale de co- 11 mandă pentru controlul aliniamentului reflectorului de antenă (10) în raport cu o țintă, în care unitatea de detecție (12) include un convertor (121-122) de semnal și o unitate de calcul 13 (123), sistemul de antenă incluzând o unitate de detectare a mișcării (13) care include niște senzori 3D (131,132,133), care este adaptată să detecteze schimbările de aliniament ale 15 reflectorului de antenă (10), senzorii 3D menționați (131,132,133) sunt amplasați pe partea din spate a reflectorului de antenă (10) având o ieșire (130) de semnal conectată la o intrare 17 (1230) de semnal de pe unitatea de calcul (123), și o unitate de antrenare (15) pentru reglarea mecanică a aliniamentului reflectorului de antenă (10), corespunzător semnalelor 19 de comandă provenite de la reflectorul de antenă (10), pe de o parte, și de semnalele de comandă provenite de la unitatea de detectare a mișcării (13), pe de altă parte, caracterizat 21 prin aceea că respectivul convertor (121-122) de semnal este adaptat pentru a-și reduce lățimea de bandă automat și incremental, de la o plajă de frecvență maximă necesară, la o 23 plajă de frecvență îngustă, la care lățimea de bandă este activată și păstrată până când un semnal de intrare dorit poate fi detectat în respectiva lățime de bandă, astfel asigurându-se 25 cea mai mare sensibilitate de detecție a semnalului de intrare menționat.
2. 2. Sistem de antenă conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că o a doua 27 unitate de detectare a mișcării (17) având niște senzori (171-174) este destinată să sesizeze schimbările de poziție ale fiecărei axe de rotație (y, x, z, p) a instalației menționate, ca 29 rezultat al forțelor externe acționând pe și în instalația menționată, și având o ieșire de semnal (170) conectată la o intrare (1240) de semnal al unei a doua unități (124) de calcul, 31 aceasta având o ieșire (1241) de semnal conectată la o intrare de semnal al unei unități de control sistem (14) care, la rândul ei, are o intrare de semnal conectată la o ieșire (1231) de 33 semnal de pe prima unitate de calcul (123) și o ieșire (142) de semnal conectată la o intrare (150) de semnal de pe unitatea de antrenare (15). 35
3. 3. Sistem de antenă conform revendicării 2, caracterizat prin aceea că o a treia unitate de detectare a mișcării (18) având niște senzori (181 -184) pentru detectarea compen- 37 sației reale de mișcare efectuate în raport cu fiecare axă de rotație (y, x, z, p) în cadrul instalației, ca rezultat al datelor de compensație inițiate prin intermediul unității de control 39 sistem (14), și având o ieșire (180) de semnal conectată la o intrare (1250) de semnal de pe o a treia unitate de calcul (125) care are o ieșire (1251) de semnal conectată la o intrare 41 (143) de semnal de pe unitatea de control sistem (14).
4. 4. Sistem de antenă conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că menționatul 43 convertor de semnal (121-122) include o parte de frecvență înaltă (121) a cărei parte de intrare este conectată la o parte de receptor a emițător-receptorului (11) și a cărui parte de 45 ieșire este conectată la o parte de frecvență intermediară (122), unde este prevăzută a avea loc reducerea automată de lățime de bandă, menționată. 47