RU2121201C1

RU2121201C1 - Satellite communications antenna assembly

Info

Publication number: RU2121201C1
Application number: RU96117621A
Authority: RU
Inventors: Михаил Михайлович Семенов; Борис Мордухович Шуб
Original assignee: Михаил Михайлович Семенов; Борис Мордухович Шуб
Priority date: 1996-09-03
Filing date: 1996-09-03
Publication date: 1998-10-27

Abstract

FIELD: receiving signals from communication satellites; individual receiving antennas for satellite television. SUBSTANCE: antenna assembly has spherical lens and set of feeds arranged in focal surface of spherical lens. Feeds are built up of matching member and exciters mounted in tandem. Newly introduced in antenna assembly are mixer and local oscillator which makes it possible to use one resonance box and one frequency changer for all ranges. Exciters are connected through switch, mixer, resonance box, and frequency changer to filter and low-noise amplifier. Feed is provided with matching device in the form of section of circular waveguide with conducting-material bush. EFFECT: provision for changing over channels from control console dispensing with mechanical readjustment of antenna. 3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к линзовым сканирующим антеннам, и может быть использовано для приема сигналов со спутников связи, в частности для приема спутникового телевидения. The invention relates to radio engineering, in particular to a scanning lens antenna, and can be used to receive signals from communication satellites, in particular for receiving satellite television.

В настоящее время для приема с геостационарных спутников связи используются в основном зеркальные антенные системы, недостатком которых является необходимость механического сканирования. Currently, for receiving from geostationary communication satellites, mainly mirror antenna systems are used, the disadvantage of which is the need for mechanical scanning.

Известны линзовые антенны, содержащие сферическую линзу с переменным коэффициентом преломления. Сканирование в них производится перемещением неподвижных облучателей, расположенных на этой поверхности. Переключение производится устройством органного типа [1 и 2]. Known lens antennas containing a spherical lens with a variable refractive index. Scanning in them is carried out by moving stationary irradiators located on this surface. Switching is performed by an organ type device [1 and 2].

Известна линзовая антенна, выбранная в качестве прототипа, содержащая сферическую линзу, ряд волноводов, облучателей, подключенных через возбудители и короткую питающую линию к переключателю каналов [3]. Known lens antenna, selected as a prototype, containing a spherical lens, a number of waveguides, irradiators connected through pathogens and a short supply line to the channel selector [3].

Недостатками указанных устройств являются узкий диапазон частот, определяемый преобразователем, необходимость иметь на каждый диапазон частот свой преобразователь, что усложняет конструкцию. Сплошное расположение облучателей приводит к провалам диаграммы направленности из-за сильной взаимосвязи близко расположенных облучателей. The disadvantages of these devices are the narrow frequency range determined by the converter, the need to have a converter for each frequency range, which complicates the design. The continuous arrangement of the irradiators leads to the failures of the radiation pattern due to the strong interconnection of closely located irradiators.

Целью изобретения является создание простой приемной антенны спутниковой связи, обеспечивающей прием сигналов с нескольких спутников, вещающих в разных диапазонах частот, без механического сканирования лучей различного частотного диапазона и на всех видах поляризации волн. The aim of the invention is to create a simple satellite-based receiving antenna, which provides reception of signals from several satellites broadcasting in different frequency ranges, without mechanical scanning of beams of different frequency ranges and on all types of wave polarization.

Указанная цель достигается тем, что антенная система спутниковой связи содержит сферическую линзу с переменным коэффициентом преломления, вдоль фокальной поверхности которой размещено N облучателей, где N = 2, 3 ... Антенная система снабжена последовательно соединенными коммутатором, смесителем, резонансной камерой и преобразователем частоты, а каждый облучатель выполнен в виде последовательно установленных согласующего элемента и возбудителей, выходы которых соединены с соответствующим входом коммутатора, при этом каждый согласующий элемент выполнен в виде отрезка круглого волновода, внутри которого установлена втулка из проводящего материала, имеющая форму эллиптического цилиндра. This goal is achieved by the fact that the satellite communication antenna system contains a spherical lens with a variable refractive index, along the focal surface of which there are N irradiators, where N = 2, 3 ... The antenna system is equipped with a commutator, mixer, resonance camera and a frequency converter, connected in series, and each irradiator is made in the form of sequentially installed matching element and pathogens, the outputs of which are connected to the corresponding input of the switch, each matching lement is designed as a circular waveguide segment, inside which a sleeve of conductive material, having an elliptical cylinder.

Резонансная камера выполнена с изменяемой длиной, кратной четверти длины волны. Выход коммутатора соединен с входом смесителя, на который подается стабильная несущая частота от гетеродина, к выходу преобразователя частоты подключены последовательно фильтр, усилитель и блок дистанционного управления коммутатором и гетеродином. The resonance chamber is made with a variable length that is a multiple of a quarter of the wavelength. The output of the switch is connected to the input of the mixer, to which a stable carrier frequency is supplied from the local oscillator, a filter, an amplifier, and a remote control unit for the switch and the local oscillator are connected in series to the output of the frequency converter.

На чертеже изображена схема изобретения. The drawing shows a diagram of the invention.

Антенная система содержит сферическую линзу 1, ряд облучателей 2 с установленными согласующими элементами 3 для приема волн круговой поляризации. Облучатели 2 выполнены в виде отрезков круглых волноводов и снабжены двумя возбудителями 5 и 6, расположенными вертикально и горизонтально на расстоянии четверти длины волны друг от друга. The antenna system contains a spherical lens 1, a number of irradiators 2 with installed matching elements 3 for receiving circularly polarized waves. Irradiators 2 are made in the form of segments of circular waveguides and are equipped with two pathogens 5 and 6 located vertically and horizontally at a quarter wavelength from each other.

Согласующее устройство 3 выполнено в виде отрезка круглого волновода, внутри которого установлена втулка 4 из проводящего материала, имеющая форму эллиптического цилиндра. К возбудителю 5 и 6 через коммутатор 7 подключен смеситель частоты 8, на выходе которого установлена резонансная камера 9 с преобразователем частоты 10. Второй вход смесителя 8 соединен с гетеродином 11. К выходу преобразователя частоты 10 подсоединен фильтр 12 с малошумящим усилителем 13, который компенсирует потери сигнала в кабелях соединения блоков. После усилителя сигнал поступает на блок 14 дистанционного управления коммутатором и гетеродином, затем через тюнер 15 в телеприемник 16. Matching device 3 is made in the form of a segment of a circular waveguide, inside of which a sleeve 4 of conductive material is installed, having the shape of an elliptical cylinder. A frequency mixer 8 is connected to the exciter 5 and 6 through the switch 7, at the output of which there is a resonant chamber 9 with a frequency converter 10. The second input of the mixer 8 is connected to the local oscillator 11. A filter 12 with a low-noise amplifier 13 is connected to the output of the frequency converter 10, which compensates for the loss signal in cables connecting blocks. After the amplifier, the signal enters the remote control unit 14 of the switch and the local oscillator, then through the tuner 15 to the television receiver 16.

Коаксиальные кабели, соединяющие блоки, выбирают длиной кратной четверти длины волны. Усилитель 13 выполнен апериодическим, малошумящим, коммутатор 7 и блок дистанционного управления 14 выполнены на транзисторных ключах. Количество облучателей 2 определяется количеством спутников связи, находящихся в рабочей зоне линзы 1. Смеситель 8 выполнен апериодическим, а гетеродин вырабатывает частоты, стабильность которых не менее 10^-6.Coaxial cables connecting the blocks are selected to be a multiple of a quarter of the wavelength. The amplifier 13 is made aperiodic, low noise, the switch 7 and the remote control unit 14 are made on transistor switches. The number of irradiators 2 is determined by the number of communication satellites located in the working area of the lens 1. The mixer 8 is aperiodic, and the local oscillator generates frequencies whose stability is at least 10 ^-6 .

Антенная система работает следующим образом. The antenna system works as follows.

Линза 1 фокусирует идущие от спутников связи сигналы в точках фокальной плоскости сферической линзы, диаметрально противоположных нахождению спутника. В этих точках размещают облучатели 2. Сфокусированный сигнал возбуждает в волноводе облучателя 2 соответствующие поляризации передаваемые спутником волны. Сигналы спутника в соответствии с их поляризацией могут сниматься с вертикального или горизонтального возбудителя 5 или 6. Для приема волн круговой поляризации используется согласующий элемент 3, установленный в волноводе облучателя 2, который позволяет совместить электрическую составляющую волны с магнитной, так как в круговой поляризации эти волны идут под углом 90^o друг к другу, и поэтому волны переводятся или на горизонтальную, или на вертикальную поляризацию и соответственно снимаются с возбудителей 5 или 6. Принятый сигнал с возбудителя передается через коммутатор 7 в смеситель частоты 8. На второй вход смесителя подается частота с гетеродина 11. В смесителе частоты смешиваются и результирующая частота попадает с выхода смесителя в резонансную камеру 9, на выходе которой установлен преобразователь частоты 10, в зависимости от частоты, принимаемой со спутника через облучатели 2 и попадающей через коммутатор 7 в смеситель 8. Одновременно в смеситель 8 от гетеродина 11 по команде с блока 14 подается опорная частота, эта частота выбирается из условия, чтобы после смесителя в резонатор 9 поступила частота, которую воспринимает преобразователь частоты 10. И независимо, какая частота поступает с коммутатора в смеситель 8, преобразователь 10 выполняется в виде набора стандартных блоков (смеситель, гетеродин и блок питания).Lens 1 focuses the signals coming from the communication satellites at the points of the focal plane of the spherical lens that are diametrically opposite to the location of the satellite. The irradiators 2 are placed at these points. The focused signal excites the corresponding polarizations transmitted by the satellite in the waveguide of the irradiator 2. Satellite signals in accordance with their polarization can be taken from a vertical or horizontal exciter 5 or 6. To receive circular polarized waves, a matching element 3 is used, which is installed in the irradiator waveguide 2, which allows you to combine the electric component of the wave with the magnetic one, since these waves are in circular polarization go at an angle of 90 ^{o to} each other, and therefore the waves are translated either horizontal or vertical polarization and, accordingly, are removed from pathogens 5 or 6. The received signal with excites spruce is transmitted through switch 7 to the frequency mixer 8. The frequency from the local oscillator 11 is fed to the second input of the mixer. The frequency is mixed in the mixer and the resulting frequency passes from the output of the mixer into the resonance chamber 9, the output of which is the frequency converter 10, depending on the frequency received from the satellite through the irradiators 2 and entering through the switch 7 into the mixer 8. At the same time, the reference frequency is supplied to the mixer 8 from the local oscillator 11 by a command from block 14, this frequency is selected so that after the mixer nator 9 Received frequency, which receives the frequency converter 10. And regardless which frequency is supplied from the switch to the mixer 8, the inverter 10 is performed in a set of building blocks (mixer, oscillator and power supply).

Далее, через фильтр 12 и малошумящий усилитель 13 сигнал поступает в блок 14 дистанционного управления коммутатором и гетеродином и через тюнер 15 поступает в телеприемник 16. Further, through the filter 12 and low-noise amplifier 13, the signal enters the remote control unit 14 of the switch and the local oscillator and through the tuner 15 enters the television receiver 16.

Коэффициент усиления линзы 1 обеспечивает усиление сигнала, достаточное для чувствительности простого усилителя. Так, например, линза с диаметром 300 мм обеспечивает усиление сигнала до 30 дБ. Принимаемый сигнал со спутника телевидения достаточен для нормальной работы простого апериодического малошумящего усилителя на одном - двух транзисторах. The gain of the lens 1 provides a signal gain sufficient for the sensitivity of a simple amplifier. So, for example, a lens with a diameter of 300 mm provides a signal gain of up to 30 dB. The received signal from the television satellite is sufficient for the normal operation of a simple aperiodic low-noise amplifier on one or two transistors.

Использование гибких коаксиальных кабелей для связи облучателей 2 с основными блоками обработки принимаемого сигнала позволяет разместить облучатели 2 вдоль всей фокальной поверхности линзы 1 и устанавливать их в точках диаметрально противоположных расположению принимаемых спутников, а основные блоки обработки сигнала: смеситель, гетеродин, резонансную камеру, преобразователь частоты и т.д. удалить от облучателей, что значительно снижает уровень помех. Для приема сигналов спутникового телевидения с линзой 300 мм достаточно путем применения предлагаемых устройств на выходе тюнера иметь чувствительность порядка 120 дБ, что будет соответствовать параболической антенне с диаметром зеркала 180 - 200 см. Все это и позволяет создать многоканальную малогабаритную антенну спутникового телевидения с минимальными размерами 500 x 500 x 600 мм. The use of flexible coaxial cables for connecting the irradiators 2 with the main processing units of the received signal allows you to place the irradiators 2 along the entire focal surface of the lens 1 and install them at points diametrically opposite to the location of the received satellites, and the main signal processing units: mixer, local oscillator, resonant chamber, frequency converter etc. remove from irradiators, which significantly reduces interference. To receive satellite television signals with a 300 mm lens, it is enough to use a sensitivity of about 120 dB at the tuner output using the proposed devices, which will correspond to a parabolic antenna with a mirror diameter of 180 - 200 cm. All this allows you to create a multi-channel small-sized satellite television antenna with a minimum size of 500 x 500 x 600 mm.

Источники информации
1. Белоцерковский Г.Б. Основы радиотехники и антенны. Антенны, ч. 2. -М. : Советское радио, 1969, с. 235, 312.Sources of information
1. Belotserkovsky G. B. Fundamentals of radio engineering and antennas. Antennas, Part 2. -M. : Soviet Radio, 1969, p. 235, 312.

2. Антенны (современное состояние и проблемы). Сб. статей. Вып. 16. -М., 1979. 2. Antennas (current status and problems). Sat articles. Vol. 16. -M., 1979.

3. Патент США N 3404405, кл. 343 - 754, 1968. 3. US patent N 3404405, CL. 343 - 754, 1968.

Claims

1. Antenna satellite communication system containing a spherical lens, along the focal surface of which there are N irradiators, where N = 2, 3, 4. . . characterized in that the commutator, mixer, resonance chamber and frequency converter are connected in series, each irradiator made in the form of sequentially installed matching element and pathogens, the outputs of which are connected to the corresponding inputs of the switch, each matching element is made in the form of a segment of a circular waveguide, inside of which a sleeve of conductive material is installed, having the shape of an elliptical cylinder, and the second input of the mixer is connected to the output of the local oscillator.

2. Antenna satellite communication system according to claim 1, characterized in that the resonant chamber is made with a variable length that is a multiple of a quarter of the wavelength.

3. The satellite communications antenna system according to claim 1 or 2, characterized in that a filter, an amplifier and a remote control unit are connected to the output of the frequency converter, the control output of which is connected to the corresponding inputs of the switch and local oscillators.