RU2291527C2 - Линзовое антенное устройство (варианты) и координатная карта для линзового антенного устройства (варианты) - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к антенной технике. Техническим результатом является свобода выбора точки установки, компактность, малый вес. Полусферическая линза Люнеберга установлена на отражательной пластине, антенные элементы закреплены на держателе и монтажный участок установочной детали сформирован для установки отражательной пластины, например, на поверхности стены, на которой отражательную пластину располагают, по существу, вертикально. Отражательная пластина может иметь форму предпочтительно в виде веера, полученную в результате удаления всех участков, кроме участков, используемых для отражения радиоволн, поступающих с направлений в заранее заданном диапазоне. Полусферическая линза Люнеберга может быть установлена на отражательной пластине со смещением в направлении, противоположном направлению, в котором линза передает и принимает радиоволны. Кроме того, имеется опорный кронштейн, огибающий линзу, и антенные элементы установлены на дугообразном участке опорного кронштейна вдоль сферической поверхности линзы с регулятором угла, предназначенным для установки угла возвышения на интервалах, соответствующих расстояниям между спутниками на геостационарной орбите с помощью средства установки. Опорный кронштейн с помощью шарниров устанавливается в требуемое угловое положение так, что антенные элементы настроены на соответствующие объекты. 8 н. и 10 з.п. ф-лы, 25 ил.

Description

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к линзовому антенному устройству, используемому для передачи данных со спутника и между антеннами. Более конкретно настоящее изобретение относится к антенному устройству, построенному на основе радиолинзы, в котором используют линзы Люнеберга и которое используют, например, для приема радиоволн от множества геостационарных спутников или для передачи радиоволн в направлении геостационарных спутников, а также к указательной карте (то есть к чертежу, используемому в качестве указателя для установки заданного положения), которая позволяет обеспечить точную и простую установку антенных элементов такого устройства для передачи и приема радиоволн.

Уровень техники

Линзы Люнеберга известны как одна из разновидностей радиолинз, которые изготавливают из диэлектрических материалов и которые в основном имеют форму сферы. Значение относительной диэлектрической проницаемости ∈ r каждого из элементов такой линзы, по существу, соответствует формуле (1).

где а - радиус сферы,

r - расстояние от центра сферы.

Антенное устройство, в котором используют такую линзу Люнеберга, может улавливать радиоволны, поступающие с любого направления, и передавать их в любом требуемом направлении, при этом точка фокусировки радиоволн может быть установлена в любом требуемом положении.

С учетом этого преимущества было создано антенное устройство, которое позволяет отслеживать спутник, находящийся на орбите. Антенное устройство такого типа, позволяющее отслеживать спутник, включает полусферическую линзу Люнеберга, установленную в центре расположенной горизонтально (параллельно поверхности земли) круглой отражательной пластины, дугообразный опорный кронштейн, охватывающий сферическую поверхность линзы, механизм, предназначенный для шарнирного поворота опорного кронштейна, в котором на обоих концах кронштейна установлены горизонтальные шарниры, выполненные в форме осей шарнира, и механизм, предназначенный для шарнирного поворота линзы и отражательной пластины, причем такой механизм, предназначенный для шарнирного поворота линзы и отражательной пластины, содержит механизм шарнирного поворота кронштейна, в котором ось шарнира проходит через вертикальную центральную ось, и антенный элемент (первичный излучатель) установлен на опорном кронштейне и содержит механизм регулирования продольного положения.

Такое антенное устройство позволяет перемещать первичный излучатель в точку фокусирования радиоволн, приходящих со спутника, и его расположение изменяют при движении спутника с использованием механизма шарнирного поворота кронштейна, механизма шарнирного поворота и механизма регулирования продольного положения кронштейна. Благодаря этому обеспечиваются компактные размеры и малый вес по сравнению с параболической антенной, предназначенной для отслеживания спутника.

Антенное устройство, построенное на основе комбинации полусферической линзы Люнеберга с отражательной пластиной, позволяет улавливать радиоволны, поступающие с любого направления, благодаря перемещению антенного элемента в любое требуемое положение на сферической поверхности линзы. Для получения возможности улавливать радиоволны со всех направлений в пределах 360° требуется обеспечить горизонтальное положение отражательной поверхности. В результате этого до настоящего времени подразумевалось, как само собой разумеющееся, что необходимо обеспечить горизонтальное расположение отражательной пластины.

Среди таких антенных устройств, построенных с использованием линзы Люнеберга, существует устройство, в котором полусферическая линза скомбинирована с отражательной пластиной так, что оно функционально эквивалентно сферической линзе. Такое устройство схематично показано на фиг.24. На ней представлена отражательная пластина 1, полусферическая линза 2 Люнеберга и антенный элемент 4.

При использовании антенного устройства такого типа для обеспечения стабильных рабочих характеристик при приеме/передаче сигнала требуется, чтобы расстояние от центра линзы до внешней кромки отражательной пластины 1 (то есть радиус R отражательной пластины) было больше, чем радиус а линзы 2. Радиус R отражательной пластины определяется по формуле R=a/cosθ, где θ - угол падения радиоволн. Радиус R может превышать удвоенное значение а в зависимости от угла падения радиоволн.

При использовании антенного устройства с полусферической линзой Люнеберга и с отражательной пластиной для обеспечения стабильности рабочих характеристик при передаче/приеме радиосигналов требуется, чтобы расстояние от центра линзы до внешней кромки отражательной пластины 1 (радиус R отражательной пластины) было больше, чем радиус а линзы 2. Радиус R может в два раза превышать радиус а. Таким образом такая отражательная пластина представляет собой самую большую деталь из всех компонентов антенного устройства.

Если при обычном подходе к установке такую большую отражательную пластину установить горизонтально, потребуется много места, что является нежелательным в условиях ограниченного пространства для установки. Кроме того, из-за ограничения пространства может возникнуть ситуация, при которой будет вообще невозможно установить такое антенное устройство.

Была рассмотрена возможность использования такого антенного устройства с полусферической линзой Люнеберга в качестве телевизионной антенны для спутникового телевидения в обычном доме. Но в обычном доме в особенности проявляется тенденция ограничения пространства для установки.

Кроме того, при горизонтальной установке за пределами помещения возникают проблемы, связанные с выпадением снега и попаданием капелек дождя, которые скапливаются на отражательной пластине. Таким образом, также требуется применять меры, направленные на борьбу с этими явлениями. Настоящее изобретение, прежде всего, направлено на решение этих проблем.

Антенное устройство с линзой Люнеберга имеет преимущество, состоящее в том, что такое устройство позволяет принимать радиоволны с любого направления при перемещении антенного элемента в требуемое положение на сферической поверхности линзы. Таким образом, в обычном устройстве этого типа предусматривается возможность использования этого преимущества благодаря формированию отражательной пластины в форме диска, установленного горизонтально (параллельно земле), концентрично с линзой.

Но поскольку в этой структуре отражательная пластина выходит за пределы общего контура линзы, возникают такие проблемы, как: увеличенный размер, вес, повышенная стоимость и пространство, необходимое для установки устройства, а также увеличиваются трудности в обслуживании устройства.

До настоящего времени вообще не предпринималось попыток решения этих проблем.

Поэтому второй целью настоящего изобретения является обеспечение компактности, малого веса и снижения стоимости антенного устройства с линзой Люнеберга, в котором используют отражательную пластину, без ухудшения требуемых электрических параметров линзового антенного устройства, предназначенного для приема радиоволн.

Например, в Японии существует множество спутников на геостационарных орбитах, обеспечивающих спутниковую передачу телевизионных программ. Для приема радиоволн с таких спутников, расположенных на геостационарных орбитах, используют параболические антенны. Однако параболические антенны или вышеописанные антенные устройства с линзой, позволяющей отслеживать положения спутника, могут работать только с одним спутником или спутниками, находящимися в одной точке.

Кроме того, параболическая антенна обеспечивает улавливание радиоволн из узкого сектора пространства. Таким образом, для обеспечения возможности приема со спутников, находящихся за пределами области приема антенны, необходимо увеличивать количество антенн.

Третьей целью настоящего изобретения является создание линзового антенного устройства для приема радиоволн, которое позволяет независимо принимать радиоволны от множества спутников, расположенных на геостационарных орбитах, и передавать на них радиосигналы.

Такое линзовое антенное устройство для приема радиоволн содержит множество антенных элементов, соответствующих количеству спутников. Однако установка множества антенных элементов в соответствующих фокальных точках для приема радиоволн, поступающих с целевых спутников, является достаточно сложной задачей. Таким образом, предусмотрено также решение этой проблемы.

При использовании обычной параболической антенны при совмещении направления передачи и приема радиоволн с направлением, на котором расположен спутник, используют сферическую систему координат в точке установки антенны, и направление определяют с использованием двух взаимно перпендикулярных друг другу переменных, то есть азимута φ и угла возвышения θ (см. фиг.25) в точке установки антенны.

Поскольку азимут и угол возвышения значительно изменяются в зависимости от района (точнее говоря, точки) установки антенны, например для параболических антенн, используемых для приема широковещательных передач с обратным рассеянием или для приема информации со спутников связи, грубую настройку выполняют с использованием специальной карты, на которой вычерчивают линии равного азимута и линии равного угла возвышения, используемые в качестве опорных линий, и после этого выполняют точную настройку с поиском оптимального направления, отслеживая получаемое цифровое значение чувствительности, отображаемое на экране телевизионного приемника.

Однако регулировка направления с использованием этого способа является трудновыполнимой и требует значительного времени для человека, который не имеет опыта выполнения такой регулировки. При использовании антенного устройства, в котором применяется линза Люнеберга, регулируют положение не самой антенны, а только антенного элемента. Но поскольку антенна такого типа, которая обеспечивает возможность независимой передачи сигнала на множество спутников, расположенных на геостационарных орбитах, и приема с них (антенны многолучевого типа), содержит множество антенных элементов, эту трудоемкую работу необходимо повторять многократно и для регулировки требуется значительное время.

В Японии в настоящее время имеется несколько спутников, расположенных на геостационарных орбитах в диапазоне 110°-162° восточной долготы. Среди них только с тремя, расположенными на 110° восточной долготы, можно работать с использованием одного антенного элемента. Другие спутники несколько смещены друг от друга. Таким образом, для обеспечения возможности приема со всех спутников в современных условиях необходимо использовать, по меньшей мере, десять антенных элементов. Даже для обеспечения возможности приема с половины спутников требуется использовать 4-6 антенных элементов. Таким образом, требуемые регулировки являются чрезвычайно трудоемкими.

Четвертая цель настоящего изобретения состоит в обеспечении возможности надежной и простой установки множества антенных элементов по отношению к соответствующим спутникам.

Сущность изобретения

Для достижения первой цели в соответствии с настоящим изобретением предложено линзовое антенное устройство, предназначенное для приема и передачи радиоволн, содержащее полусферическую линзу Люнеберга, изготовленную из диэлектрического материала, отражательную пластину, имеющую больший размер, чем диаметр линзы, установленную на поверхности разреза сферы линзы на две половины, антенный элемент, установленный в фокальной точке линзы, держатель, предназначенный для установки антенного элемента, и монтажный участок, предназначенный для установки антенного устройства на установочную деталь, причем отражательная пластина приспособлена для установки на установочной детали так, что она располагается, по существу, вертикально по отношению к земле.

В этом антенном устройстве монтажная деталь может быть расположена на отражательной пластине и может быть закреплена непосредственно на поверхности стены или на боковой поверхности здания.

Эффективное использование пространства также обеспечивается при компоновке, в которой отражательная пластина установлена на монтажной детали, расположенной под углом по отношению к земле, вдоль наклонной поверхности монтажной детали. Поскольку такое антенное устройство может быть установлено с расположением отражательной пластины, по существу, вертикально, для него требуется мало места.

Кроме того, антенное устройство может быть установлено на поверхности стены, ограждения или веранды, на плоских элементах крыши, на столбах, установленных на верандах, и на горизонтальных балках, закрепленных на стенах. Спутники на геостационарных орбитах, используемые для спутниковой широковещательной передачи телевизионных программ, например, в Японии, расположены в юго-западном направлении. В этом случае горизонтально установленная антенна может быть расположена только в месте, открытом с юго-западного направления. Но благодаря вертикальной компоновке антенны и поскольку здание имеет стенки, обращенные к западу или юго-западу, такую поверхность можно использовать как установочную деталь, снижается ограничение по месту установки и повышается свобода выбора точки установки. Кроме того, возможна установка такого антенного устройства непосредственно на боковой поверхности ограждения веранды, на которой часто устанавливают параболическую антенну, или на штыре телевизионной антенны. Благодаря установке в таких местах антенна не будет никому мешать.

Кроме того, благодаря расположению отражательной пластины, по существу, вертикально капли дождя будут самопроизвольно стекать с нее, и снег с меньшей вероятностью будет прилипать к ее поверхности.

Кроме того, поскольку линза выполнена полусферической, она имеет высокую прочность и на нее в меньшей степени влияет давление ветра. Кроме того, можно увеличить площадь опоры при использовании отражательной пластины в качестве опорной детали. Таким образом, благодаря установке антенного устройства на стабильной стене или на ограждении обеспечивается хорошая устойчивость к воздействию ветра. Поскольку параболические антенны, используемые в обычных домах, закрепляют только в одной точке, такое крепление не обеспечивает достаточной стабильности и устойчивости к воздействию ветра. Настоящее изобретение также позволяет решить и эту проблему.

Для решения второй цели предложено линзовое антенное устройство для радиоволн, содержащее полусферическую линзу Люнеберга, изготовленную из диэлектрического материала, отражательную пластину, имеющую больший размер, чем диаметр линзы, установленную на поверхности разреза сферы линзы на две половины, антенный элемент, установленный на участке фокальной точки линзы, а также держатель, предназначенный для установки антенного элемента, в котором отражательная пластина сформирована так, что она имеет некруглую форму в результате удаления ее участка, не являющегося участком, отражающим радиоволны, поступающие с направлений в заранее определенном диапазоне, и в котором линза Люнеберга установлена на отражательной пластине со смещением в направлении, противоположном направлению, в котором линза передает и принимает радиоволны.

Предпочтительно отражательная пластина имеет форму веера, образованную большой дугообразной кромкой, расположенной концентрично по отношению к центру линзы и имеющей больший диаметр, чем линза, малой дугообразной кромкой, расположенной рядом с внешним контуром линзы, напротив большой дугообразной кромки, и боковые кромки, соединяющие концы большой дугообразной кромки с концами малой дугообразной кромки, или форму, охватывающую такой контур веера.

В идеале, основываясь на такой форме веера, большая дугообразная кромка отражательной пластины выполнена с вырезом с учетом того, что на любом участке, чем меньше угол падения радиоволн, тем меньше расстояние (значение R, вычисляемое по формуле R=a/cosθ) от центра линзы до кромки. Идеальную форму получают при проецировании полусферической линзы на отражательную поверхность под тем же углом, что и угол падения радиоволн передающего сигналы источника на обоих крайних концах в направлении, противоположном направлению падения радиоволн, и с удалением обеих боковых кромок, проходящих вдоль контура, проецируемого полуэллипса. В такой идеальной форме, если углы падения радиоволн со стороны передающего радиосигналы абонента на обоих крайних концах отличаются друг от друга, отражательная пластина будет асимметричной (такую форму здесь называют формой деформированного веера). Для антенного устройства, используемого в Японии, если отражательная пластина, имеющая форму веера или форму деформированного веера, имеет угол раскрыва веера 130°, обеспечивается возможность приема со всех существующих спутников на геостационарных орбитах.

Авторы настоящего изобретения предусматривают возможность использования антенного устройства с линзами Люнеберга, в котором используют отражательную пластину для передачи и приема радиоволн между антенным устройством и спутниками на геостационарных орбитах. Для приема радиоволн, например, при широковещательной передаче с телевизионных или подобных спутников используют параболические антенны.

Но параболические антенны предназначены исключительно для приема и обеспечивают работу только со спутниками, расположенными в определенных направлениях. В отличие от этого антенное устройство с линзой Люнеберга позволяет принимать радиоволны от множества спутников благодаря установке множества антенных элементов в фокальных точках для радиоволн, поступающих от соответствующих спутников, расположенных на геостационарных орбитах. Кроме того, благодаря увеличению количества антенных элементов также можно обеспечить двустороннюю передачу радиосигнала (как передачу, так и прием) без какого-либо разноса по времени.

В Японии в настоящее время имеется более десяти спутников, расположенных на геостационарных орбитах. Все они находятся в диапазоне 110-162° восточной долготы. Если использовать круглую отражательную пластину, радиоволны будут отражаться только на ее ограниченном участке, и на других участках отражения радиоволн не будет. Учитывая этот факт, в настоящем изобретении нефункциональные участки, от которых не происходит отражения радиоволн, удалены. В результате этого была получена некруглая отражательная пластина уменьшенного размера.

Направление передачи и приема радиоволны изменяется в зависимости от места установки антенны. Например, на острове Йонагуни азимут для спутника, находящегося на 110° восточной долготы, составляет 209,2° и азимут для спутника, находящегося на 162° восточной долготы, составляет 117,1°, если направление на север установлено под углом 0°, при этом разница между этими азимутами составляет 92,1°. В Японии разница азимутов между спутниками на геостационарных орбитах, находящимися на 110° восточной долготы и 162° восточной долготы, особенно велика на строве Йонагуни. Таким образом, если отражательная пластина имеет форму симметричного веера или форму деформированного веера, угол раскрыва с одной стороны (с той стороны, которая имеет больший угол раскрыва от центра) составляет 180-171,1=62,9°. Для обеспечения симметричной формы требуется удвоить этот угол, то есть он должен быть равен 125,8°.

Таким образом, благодаря установке угла раскрыва веера, равного приблизительно 130°, обеспечивается возможность использования отражательных пластин одной формы во всей Японии.

Размер отражательной пластины (радиус R большой изогнутой кромки веера) имеет оптимальное значение для каждого места установки антенны, поскольку угол падения радиоволн для каждого спутника на геостационарной орбите изменяется в зависимости от места использования антенны. Но если предположить возможность использования антенного устройства по всей стране и при количестве целевых спутников связи 12, R≥а×2,19 (где а - радиус линзы). Таким образом, если радиус удовлетворяет этой формуле, обеспечивается возможность использования отражательной пластины одного размера во всей Японии.

Затем для решения третьей цели настоящего изобретения предложено линзовое антенное устройство, предназначенное для приема и передачи радиоволн, содержащее отражательную пластину для радиоволн, полусферическую линзу Люнеберга, установленную на отражательной пластине так, что поверхность разреза сферы линзы на две половины расположена на отражательной поверхности, антенный элемент, предназначенный для передачи, приема или передачи и приема радиоволн, и держатель, предназначенный для установки антенных элементов в заранее определенных положениях, причем используют множество антенных элементов, количество которых соответствует количеству абонентов, участвующих в передаче радиосигнала.

Кроме того, предложено антенное устройство для радиоволн, содержащее отражательную пластину для радиоволн, полусферическую линзу Люнеберга, установленную на отражательной пластине, причем поверхность разреза сферы линзы на две половины расположена вдоль отражательной поверхности, антенный элемент, предназначенный для передачи, приема или передача и приема радиоволн, и дугообразный опорный кронштейн, огибающий линзу, в котором используют множество антенных элементов, дополнительно содержащее средство, предназначенное для установки антенных элементов с интервалами, соответствующими расстояниям между спутниками на геостационарных орбитах, расположенное на детали держателя дугообразного элемента опорного кронштейна, проходящей вдоль сферической поверхности линзы, и механизм регулирования угла возвышения, предназначенный для шарнирного поворота опорного кронштейна в требуемое положение вокруг оси, проходящей через центр линзы.

Кроме того, для достижения четвертой цели предложена координатная карта для линзового антенного устройства для радиоволн, имеющая покрытие, надеваемое на полусферическую линзу Люнеберга, в которой следующие линии равной широты и линии равных разностей значений долготы, используемые в качестве указателей для установки антенных элементов, а также установочная метка, представляющая опорное направление для установки покрытия на линзе, вычерчены на поверхности крышки,

предполагая, что широта точки установки антенны равна θ, и ее долгота равна φ, а также, что долгота спутника на геостационарной орбите равна φs, и разность значений их долготы составляет Δφ=φ-φs,

линии равных разностей значений долготы представляют геометрическое место точек на полусферической поверхности, получаемое при изменении θ и при поддержании постоянного значения Δφ, и

линии равной широты представляют геометрическое место точек на полусферической поверхности, получаемое при изменении Δφ и при поддержании постоянного значения θ.

Кроме того, предложена координатная карта линзового антенного устройства для радиоволн, в которой следующие линии равной широты и линии равных разностей значений долготы, используемые в качестве указателей для установки антенных элементов, вычерчены на поверхности полусферической линзы Люнеберга или на пленке, наклеенной на поверхность указанной линзы,

предполагая, что широта точки установки антенны равна θ, и ее долгота равна φ, а также, что долгота спутника на геостационарной орбите равна φs, и разность значений их долготы составляет Δφ=φ-φs,

линии равных разностей значений долготы представляют геометрическое место точек на полусферической поверхности, получаемое при изменении θ и при поддержании постоянного значения Δφ, и

линии равной широты представляют геометрическое место точек на полусферической поверхности, получаемое при изменении Δφ и при поддержании постоянного значения θ.

Кроме того, предложено линзовое антенное устройство для радиоволн, в котором вышеуказанное линзовое антенное устройство для радиоволн скомбинировано с вышеуказанной координатной картой.

Если такое антенное устройство используют с отражательной пластиной, установленной горизонтально, оно позволяет принимать только радиоволны, поступающие сверху по отношению к отражательной пластине. При этом одно устройство, имеющее антенные элементы в количестве, равном количеству спутников, с которых обеспечивается прием сигнала, позволяет независимо принимать или передавать радиоволны с множества соответствующих спутников на геостационарных орбитах, которые расположены на поверхности, проходящей через экватор. Это является существенным преимуществом антенного устройства в соответствии с настоящим изобретением.

Кроме того, при использовании такого антенного устройства сначала устанавливают антенные элементы с помощью средства установки элемента на детали держателя элемента опорного кронштейна через интервалы, соответствующие расстояниям между спутниками на геостационарных орбитах.

Затем определяют угол возвышения, используя заранее подготовленную таблицу или карту, на основе значений широты и долготы точки установки антенны, и опорный кронштейн поворачивают, устанавливая его на значение угла возвышения, определенное таким образом, и фиксируют его в этом положении.

После этого антенное устройство ориентируют и устанавливают в указанном направлении. Таким образом может быть полностью выполнена установка антенных элементов с установкой соответствующих элементов в соответствующие места положения через интервалы, соответствующие местам расположения спутников.

При этом антенные элементы устанавливаются в такое положение, что они позволяют улавливать сигналы, по существу, от всех целевых спутников.

Поскольку фокальные точки сигналов от целевых спутников располагаются, по существу, вдоль детали держателя дугообразного элемента опорного кронштейна, элементы антенны ориентируются, по существу, рядом с фокальными точками радиоволн. Здесь использован термин, "по существу", поскольку фокальные точки располагаются точно вдоль детали держателя дугообразного элемента, только если точка наблюдения находится на экваторе. На широте, отстоящей от экватора, между фокальными точками и дугой детали держателя образуется сдвиг. Такой сдвиг элементов от фокальных точек из-за изменения широты является не очень большим и им можно пренебречь. Например, если используют линзовую антенну диаметром приблизительно 40 см (коммерчески поставляемые параболические антенны для широковещательных спутников и спутников связи имеют диаметр приблизительно 45 см), половина ширины радиолуча составляет приблизительно четыре градуса, и сдвиг приблизительно на один градус находится в пределах приемлемой ошибки. Конечно, такой сдвиг предпочтительно должен быть равен нулю. Благодаря установке механизма точной регулировки азимута и угла возвышения обеспечивается возможность коррекции такой ошибки.

Кроме того, хотя азимут и угол возвышения спутника изменяются при изменении места установки антенны, такое изменение углов из-за изменения места установки можно компенсировать с помощью механизма точной настройки азимута и угла возвышения для настройки на поляризованные волны.

Эту ошибку также можно уменьшить, если использовать кронштейны, предназначенные для работы в соответствующих районах, на которых элементы установлены через интервалы, соответствующие расстояниям между спутниками в этих районах.

Таким образом, с помощью антенного устройства, в соответствии с настоящим изобретением позиционирование антенных элементов может быть полностью выполнено так, что они будут соответствовать множеству спутников. Такая регулировка может быть выполнена легко, надежно и быстро.

Если расстояние между элементами мало, возникает проблема интерференции между элементами. Когда устройство содержит множество опорных кронштейнов с установкой каждого элемента на отдельном опорном кронштейне, можно увеличить расстояние между элементами на одном кронштейне и уменьшить ограничение по установке, возникающее из-за взаимной интерференции.

Например, в Японии имеются спутники, расположенные в ограниченном диапазоне 110-162° восточной долготы. При этом можно использовать опорные кронштейны, оба конца которых выполнены выпрямленными для обеспечения компактности, благодаря чему уменьшается расстояние между обоими концами или оба конца могут быть изогнуты, если смотреть на них сбоку, так что деталь держателя элемента может быть легко установлена вдоль точек установки антенных элементов. Чтобы отличать эти кронштейны от полусферических кронштейнов, ниже они называются деформированными кронштейнами.

Кроме того, с помощью указательной карты возможно подтвердить точки установки антенных элементов на карте. Кроме того, можно прикрепить метки в подтвержденных положениях. Таким образом, благодаря установке элементов в отмеченных точках они могут быть надежно позиционированы. Такая регулировка выполняется легко даже для антенного устройства, антенные элементы в котором должны быть установлены раздельно.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 изображает в перспективе вариант выполнения антенного устройства в соответствии с настоящим изобретением;

фиг.2 - вид сбоку с частичным разрезом, представляющий пример установки антенного устройства;

фиг.3 - вид сбоку, изображающий другой пример монтажной детали;

фиг.4 - вид в перспективе, представляющий пример детали для подвешивания;

фиг.5 - вид сбоку, изображающий пример установки на перилах ограды веранды;

фиг.6 - вид в плане монтажного инструмента, в котором используется разрезной зажим;

фиг.7 - вид в плане, представляющий второй вариант выполнения антенного устройства в соответствии с настоящим изобретением;

фиг.8 - вид сбоку антенного устройства;

фиг.9 - вид в перспективе антенного устройства;

фиг.10 - диаграмму, поясняющую способ определения формы отражательной пластины;

фиг.11 - оптимальную форму отражательной пластины, которую можно использовать для всей страны;

фиг.12-16 - варианты отражательных пластин, адаптированных для местного использования;

фиг.17(а) - вид сбоку третьего варианта выполнения линзового антенного устройства для радиоволн в соответствии с настоящим изобретением;

фиг.17(b) - вид в плане устройства;

фиг.18(а) - вид сбоку четвертого варианта выполнения линзового антенного устройства для радиоволн;

фиг.18(b) - вид в плане устройства;

фиг.19(а) - вид сбоку еще одного варианта выполнения линзового антенного устройства для радиоволн;

фиг.19(b) - вид в плане устройства;

фиг.20(а) - вид в плане варианта выполнения координатной карты;

фиг.20(b) - вид сбоку карты;

фиг.21(а) - вид в плане, представляющий пример использования карты по фиг.20;

фиг.21(b) - вид сбоку того же примера;

фиг.22 - вид в перспективе, представляющий другой пример использования координатной карты;

фиг.23 - вид в перспективе, представляющий еще один пример использования координатной карты;

фиг.24(а) - вид сбоку известного антенного устройства с линзой Люнеберга и с круглой отражательной пластиной;

фиг.24(b) - вид в плане того же устройства;

фиг.25 - схему, поясняющую построение азимута и угла возвышения спутника в точке установки антенны.

Подробное описание изобретения

Ниже описан первый вариант выполнения линзового антенного устройства для радиоволн в соответствии с настоящим изобретением, со ссылкой на фигуры 1-6.

Как показано на фигурах 1 и 2, такое антенное устройство содержит полусферическую линзу 2 Люнеберга, установленную на отражательной пластине 1, антенные элементы (первичные излучатели) 4, установленные на держателях 3, установленных на отражательной пластине 1 так, что они находятся вблизи сферической поверхности линзы 2, и монтажные участки 5, предназначенные для установки отражательной пластины 1 на поверхности стены.

Отражательная пластина 1 изготовлена, например, из композитной плиты, сформированной способом ламинирования металлической или пластиковой пластины, которая обладает свойством хорошего отражения радиоволн, и металлического листа для отражения радиоволн. Ее форма не ограничивается кругом, если она позволяет отражать радиоволны, поступающие от источника, с которым осуществляется связь.

Линза 2 Люнеберга изготовлена из собранных в виде единой детали полусферических слоев из диэлектрического материала, диэлектрическая постоянная и диаметр которых постепенно изменяются к центру полусферы, выполненной из диэлектрического материала, в результате чего образована многослойная (например, состоящая из восьми слоев) структура, причем значения диэлектрической постоянной в различных слоях приблизительно соответствуют значениям, вычисленным по формуле (1).

Поверхность среза (круглая плоская поверхность) разрезанной пополам сферы полусферической линзы 2 Люнеберга установлена на отражательной поверхности отражательной пластины 1, например, с помощью соответствующего крепления. Линза 2 может быть установлена в центре отражательной пластины 1. Но при смещении ее в сторону, противоположную направлению поступления радиоволн, обеспечивается возможность использования отражательной пластины 1 меньшего размера. Термин полусферическая линза, используемый в настоящем описании, также включает линзу, имеющую форму, близкую к полусферической.

Держатель 3 предпочтительно обеспечивает возможность регулировать положение антенного элемента 4. Держатель 3, показанный на чертеже, содержит изогнутую направляющую 3а, проходящую вдоль внешнего контура линзы 2, и опорный кронштейн 3b, установленный на направляющей 3а в требуемом местоположении и зафиксированный после установки. Антенный элемент 4 установлен на опорном кронштейне 3b, который изогнут по форме сферической поверхности линзы 2 так, что его положение можно регулировать в продольном направлении кронштейна 3b. Таким образом, антенный элемент 4 может быть установлен в положении наибольшей эффективности приема радиоволн (или вблизи фокальной точки).

Количество антенных элементов 4 в конкретном варианте выполнения не ограничено. Например, может быть установлен один элемент для приема радиоволн от одного спутника на геостационарной орбите. Или можно использовать некоторое их количество для формирования многолучевой антенны для приема радиоволн от множества спутников на геостационарных орбитах. При увеличении количества антенных элементов обеспечивается возможность одновременного приема и передачи радиоволн.

Предусматривается возможность использования монтажных участков 5 различной формы. Монтажный участок 5, показанный на фиг.1, представляет собой отверстие 5а для крюка и позволяет подвешивать антенное устройство на винтах 6, ввинченных, например, во внешнюю стенку А здания.

Подходящее монтажное средство может быть выбрано из известных средств, таких как крюки 5b, показанные на фиг.3, установленные с задней стороны отражательной пластины 1, которые могут быть установлены на деталях 7 для подвешивания на крюках, привинченных к поверхности стены, как показано на фиг.4, с установкой большого крюка 5с с задней стороны отражательной пластины 1 так, что его можно повесить на перила В веранды с дополнительным использованием в случае необходимости U-образного болта 5d, кроме того, устройство может быть установлено на штыре телевизионной антенны или на вертикальной штанге ограды с помощью разрезных зажимов 5е, показанных на фиг.6.

Если антенное устройство устанавливают на поверхность стены или подобную поверхность с помощью средств установки так, что отражательная пластина 1 располагается, по существу, вертикально, антенное устройство позволяет принимать только радиоволны с одной стороны (передней стороны) отражательной пластины. Но тем не менее, при этом можно без каких-либо проблем передавать радиоволны на спутник, находящийся на геостационарной орбите, или другое устройство с неподвижной антенной и принимать с него сигналы.

Если отражательная пластина 1 установлена под наклоном, например, на наклонной крыше и привязана с помощью проволоки, для нее не требуется использовать какую-либо подставку или подобный крепежный элемент. В этом случае эффект уменьшения установочного пространства будет небольшим по сравнению с компоновкой, в которой отражательная пластина расположена вертикально. Но он является предпочтительным благодаря тому, что можно использовать пространство над крышей, которое обычно не используется.

Далее будет описан второй вариант выполнения линзового антенного устройства для радиоволн в соответствии с настоящим изобретением со ссылкой на фигуры 7-9.

Как показано на этих чертежах, в таком антенном устройстве полусферическая линза 2 Люнеберга также закреплена на отражательной пластине 1, и антенные элементы 4 установлены на держателе 3', установленном на отражательной пластине 1, вблизи сферической поверхности линзы.

Отражательная пластина 1 имеет форму раскрытого веера, определяемую большой дугообразной кромкой 1а, имеющей больший радиус, чем радиус линзы 2, малой изогнутой кромкой 1b расположенной вблизи внешней кромки линзы 2, напротив большой дугообразной кромки 1а, а также правой и левой прямыми кромками 1 с и 1d, которые соединяют концы дугообразных кромок 1а и 1b. Однако настоящее изобретение не ограничивается этой формой при условии, что используемая форма обеспечивает отражение радиоволн, поступающих от источника, с которым производится связь, и площадь нефункциональных участков, которые не способствуют отражению радиоволн, минимизирована.

Поверхность разреза (круглая плоская поверхность) полусферической линзы 2 Люнеберга, разрезанной пополам, закреплена на отражательной пластине 1, например, с помощью соответствующих креплений. Центр линзы 2 совпадает с центром кривизны большей изогнутой кромки 1а. Таким образом, линза установлена на отражательной пластине 1 ближе к меньшей изогнутой кромке 1b.

Держатель 3' предпочтительно позволяет регулировать положение антенного элемента 4. Представленный держатель 3' содержит дугообразный опорный кронштейн 9, охватывающий поверхность линзы 2. Антенные элементы 4 установлены на опорном кронштейне 9 так, что их положение можно регулировать в продольном направлении кронштейна 9. Опорный кронштейн 9 содержит шарниры 10 (оси которых расположены на линии, которая проходит через центр линзы 2), установленные параллельно отражательной поверхности отражательной пластины 1. Антенные элементы 4 выполнены с возможностью их установки в положениях наибольшей эффективности приема радиоволн (рядом с фокальной точкой) благодаря комбинированию движения шарнирного поворота опорного кронштейна 9 вокруг его шарниров 10 и скользящего движении по кронштейну 9. Конечно, форма держателя 3' не ограничивается представленной на чертеже.

Такое линзовое антенное устройство для радиоволн может быть изготовлено более компактным благодаря удалению обозначенной штрихпунктирной линией части обычной круглой отражательной пластины, как показано на фиг.7. Но если такое устройство используют с множеством спутников, расположенных на геостационарной орбите, и если отражательная пластина будет слишком мала, характеристики приема и передачи существенно ухудшатся. Были исследованы оптимальная форма и размер отражательной пластины. Ее форма и размер несколько отличаются в зависимости от используемого спутника и места и способа установки антенны. В таблице 1 показаны примеры конструкций, соответствующих области использования и количества целевых спутников. Параметром а в этой таблице обозначен радиус линзы, представленной на фиг.7, и R обозначает диаметр функционального участка отражательной пластины. Угол φ веера обозначает угол апертуры, когда отражательная пластина выполнена симметричной, с учетом внешнего вида примеров 1 и 2 конструкции, и представляет угол апертуры, когда отражатель выполнен несимметричным для примеров 3-11 конструкции.

Ниже представлены работающие в настоящее время японские спутники:

.BSAT-2a 110° восточной долготы

.JCSAT-110 110° восточной долготы

.Superbird D 110° восточной долготы

.JCSAT-4A 124° восточной долготы

.JCSAT-3 128° восточной долготы

.N-STARa 132° восточной долготы

.S-STARb 136° восточной долготы

.Superbird С 144° восточной долготы

.JCSAT-1B 150° восточной долготы

.JCSAT-2 154° восточной долготы

.Superbird A 158° восточной долготы

.Superbird B2 162° восточной долготы

ТАБЛИЦА 1
	Район	Целевой спутник	Радиус R отражателя	Угол апертуры ψ
Конструкция по примеру 1	Вся страна	Все	а×2,19	130°
Конструкция по примеру 2	Основной остров Сикоку Кюсю	Все	a×1,89	104°
Конструкция по примеру 3	Вся страна	Спутники на 110°, 124°, 128°, 132°, 136°, 150°, 154° восточн. долг.	a×2,19	101°
Конструкция по примеру 4	Основной остров Сикоку Кюсю	Спутники на 110°, 124°, 128°, 132°, 136°, 150°, 154° восточн. долг.	a×1,89	85°
Конструкция по примеру 5	Вся страна	Спутники на 110°, 124°, 128° восточн. долг.	a×2,19	57°
Конструкция по примеру 6	Основной остров Сикоку Кюсю	Спутники на 110°, 124°, 128° восточн долг.	a×1,89	42°
Конструкция по примеру 7	Саппоро	Все	a×1,93	71°
Конструкция по примеру 8	Токио	Все	a×1,63	80°
Конструкция по примеру 9	Осака	Все	a×1,52	82°
Конструкция по примеру 10	Фукуока	Все	а×1,41	82°
Конструкция по примеру 11	Наха	Все	a×1,25	93°

На практике предпочтительно радиус R отражательной пластины 1 выбирают большим приблизительно на одну длину волны, чем значение, вычисляемое по формуле R=a/cosθ, для компенсации рассеивания радиоволн на кромке отражателя. Радиус R малого изогнутого участка также предпочтительно должен быть больше приблизительно на одну длину волны, чем радиус a линзы 2.

Отражательная пластина может и не иметь формы веера при условии, что при этом не ухудшится компактность устройства. Значение радиусов R и L может быть больше, чем полученные предпочтительные значения. Угол φ апертуры также может быть больше, чем значения, представленные в таблице 1.

На фиг.10 показано, как определяют идеальную форму отражательной пластины 1, предназначенной для использования по всей стране. На этом чертеже предполагается, что радиоволны поступают со всех направлений А-Е. Здесь углы падения θ1 радиоволн, приходящих с направлений А и Е, равны между собой, и углы падения θ2 радиоволн, приходящих с направлений от В до D, как предполагается, также равны между собой. Кроме того, предполагается, что выполняется отношение θ1>θ1>θ3 (где θ3 представляет угол падения радиоволны, приходящей с направления С).

В этих условиях, если свет падает на линзу 2 под углом θ1 с направлений, противоположных направлениям А и Е, на отражательную поверхность проецируется половина эллипса, имеющего главную ось 2R1 и малую ось 2а. Если луч света падает на линзу 2 под углом θ2 с направлений, противоположных направлениям В и D, на отражательную поверхность проецируется половина эллипса, имеющего большую ось 2R2 и малую ось 2а. Если луч света падает под углом θ3 с направления, противоположного направлению С, на отражательную поверхность проецируется половина эллипса, имеющего большую ось 2R3 и малую ось 2а. Затем соответствующие эллипсы объединяют вместе огибающей 8. Для получения отражательной пластины в форме деформированного веера отдельно выделяют дополнительные участки (монтажные участки или подобные детали для держателей антенных элементов. Кроме того, если диэлектрическая постоянная линзы отличается от значения, полученного по формуле (1), необходима коррекция формы, соответствующая этому сдвигу, и таким образом может быть получена оптимальная форма, показанная непрерывной линией. В соответствии с точкой установки антенны огибающая 8 может иметь форму вогнутой кривой или форма веера может быть асимметричной. Если огибающая 8 имеет форму вогнутой кривой, эллипсы на обоих концах могут быть соединены вместе прямыми линиями. В этом случае, поскольку огибающие расположены внутри области, очерченной прямыми кромками, такой подход не приведет к нарушению отражения радиоволн.

На фиг.11 показан конкретный пример симметричной отражательной пластины, которую можно использовать по всей стране, форма которой была получена с использованием описанного выше подхода. На этом чертеже штрихпунктирной линией и пунктирной линией показаны формы симметричной отражательной пластины, определенные для обеспечения возможности работы со всеми существующими спутниками в самой северо-восточной точке и в самой юго-западной точке Японии соответственно. Если наложить эти две фигуры, будет получена форма отражательной пластины 1, включающая обе фигуры, которая показана сплошной линией и которую можно использовать во всей Японии. Форму отражательной пластины, используемой для самой северо-восточной точки Японии, получают путем симметричного отражения части, показанной с правой стороны на фиг.12, по отношению к линии С.Форму отражательной пластины для самой юго-западной точки получают путем симметричного отражения части, которая показана с левой стороны на фиг.16, по отношению к линии С.

Идеальная форма отражательной пластины при адаптации ее для определенного района изменяется в зависимости от количества и положения спутников, прием с которых требуется обеспечить, а также от места использования антенны. Примеры разных форм отражательной пластины показаны на фигурах 12-16.

Как показано на фиг.12, путем наложения нескольких фигур, полученных для конкретных регионов, и вычерчивания формы, показанной непрерывной линией, которая включает все фигуры, наложенные друг на друга, на основе одной концепции, такой как представлена на фиг.11, может быть получена отражательная пластина, пригодная, например, для использования на острове Хоккайдо (форма для других районов также может быть получена на основе этой концепции). Кроме того, путем наложения формы отражательной пластины, рассчитанной для Хоккайдо, показанной на фиг.12, и формы отражательной пластины, рассчитанной для Тохоку, которая представлена на фиг.13, можно получить форму, включающую контуры соответствующих районов, общей отражательной пластины, предназначенной для районов Хоккайдо и Тохоку. Отражательную пластину, рассчитанную для определенного района, и отражательную пластину для множества районов, можно получить путем поворота большей половины фигуры и замещения ее меньшей половиной фигуры, в результате чего может быть получена отражательная пластина симметричной формы, имеющая приятный внешний вид. Для других районов используется та же концепция.

Благодаря удалению неиспользуемых участков может быть сформирована компактная отражательная пластина.

Ниже будет описан третий вариант выполнения антенного устройства в соответствии с настоящим изобретением и вариант выполнения координатной карты со ссылкой на фигуры 17-23.

Линзовое антенное устройство для радиоволн, показанное на фигурах 17-20, содержит полусферическую линзу 2 Люнеберга, закрепленную на отражательной пластине 1, и множество антенных элементов 4, установленных на опорном кронштейне 9, установленном на отражательной пластине 1.

Линза 2 Люнеберга изготовлена из диэлектрического материала, и значения диэлектрической постоянной деталей, из которых она изготовлена, приблизительно соответствуют значениям, вычисленным с использованием формулы (1), например, благодаря формированию всей линзы в виде многослойной структуры.

Антенный элемент 4 может представлять собой только антенну или комбинацию из антенны и схемы на печатной плате, включающей малошумящий усилитель, преобразователь частоты и генератор.

Опорный кронштейн 9 имеет дугообразную форму, охватывающую линзу 2, и содержит деталь 9а держателя элемента, проходящего вдоль криволинейной поверхности линзы, а также шарниры 10, используемые как ось вращения, установленные на обоих его концах. Шарниры 10 установлены с возможностью вращения на регуляторах 15 угла. В представленном устройстве шарниры 10 расположены на оси, которая проходит через центр линзы. Но для увеличения точности установки элемента центр вращения кронштейна 9 может быть преднамеренно смещен от оси, которая проходит через центр линзы.

Регуляторы 15 угла показаны так, что они поддерживают шарниры 10 со скобами 15b и градуировкой 15а. Регуляторы 15 угла содержат фиксирующие механизмы (не показаны), предназначенные для фиксации опорного кронштейна 9 в разных угловых положениях. Фиксирующие механизмы содержат изогнутое удлиненное отверстие, сформированное в каждой скобе 15b, установленное концентрично шарниру 10, в которое устанавливают винт, закрепленный на шарнире 10. Винт затягивают с помощью гайки-барашка.

Каждый элемент детали 9а держателя на опорном кронштейне 9 содержит средство 11 установки элемента. Для каждого средства 11 установки элемента в обозначенном положении установлен фиксатор вводимого типа или фиксатор скользящего типа так, что на опорном кронштейне 9 формируется выемка, выступ или отметка, и антенный элемент 4 устанавливают на этом фиксаторе. Используя такое средство 11 установки элемента, расстояния между антенными элементами регулируют так, чтобы они соответствовали расстояниям между спутниками.

Расстояния, на которых устанавливают антенные элементы 4, с помощью средства 11 установки элемента определяют так, как описано ниже. Например, в Японии наиболее часто используемые спутники на геостационарных орбитах расположены на 110°, 124°, 128°, 132°, 136°, 144°, 150°, 154°, 158° и 162° восточной долготы. Из них при приеме радиоволн со спутников, расположенных, например, на 124° и 128° восточной долготы, из-за разности значений долготы этих двух спутников, составляющей 4°, с учетом точки установки антенны в Японии, расстояние между спутниками составляет приблизительно 4,4°. Таким образом, в этом случае антенные элементы могут быть установлены на деталях 9а держателей элемента с интервалом 4,4° (если требуется, добавляют корректирующий угол).

Кроме того, как указано выше, из-за изменения широты при шарнирном повороте опорного кронштейна 9 фокальная точка радиоволн перемещается от дуги, концентричной деталям установки элементов, и направление на спутники также смещается в соответствии с точкой установки антенны. Таким образом, предпочтительно использовать механизм точной регулировки азимута и угла поворота для обеспечения подстройки для приема поляризованной волны между антенными элементами 4 и опорным кронштейном 9. Кроме того, опорные кронштейны для соответствующих районов могут быть выполнены так, что они позволяют устанавливать антенные элементы и закреплять их через интервалы, соответствующие средним расстояниям между спутниками в данном районе. Для соответствующих районов часть кронштейнов выполнена взаимно заменяемой, и благодаря замене только части кронштейнов антенные элементы могут быть установлены в оптимальной точке в каждом конкретном районе.

Ниже будет описан порядок установки линзового антенного устройства для радиоволн по фиг.17:

1. На отражательную пластину 1 наносят отметку для установки направления (например, наносят отметку S, которая указывает требуемое направление на юг, или отметку N, которая указывает требуемое направление на север для использования в южном полушарии). Эта отметка может быть нанесена заранее. Однако должна быть зафиксирована взаимозависимость между отметкой и точкой расположения антенного элемента 4.

2. Подготавливают антенные элементы 4 в количестве, равном количеству целевых спутников, и устанавливают их в соответствующих точках кронштейна 9.

3. В соответствии с широтой и долготой точки установки антенны определяют с использованием таблицы или карты угол возвышения, и кронштейн устанавливают на этот угол возвышения.

4. Антенну устанавливают таким образом, чтобы метка требуемого направления на юг была обращена на юг.

В результате обеспечивается возможность принимать сигналы, по существу, со всех спутников.

5. Принимая радиоволны с соответствующих спутников, регулируют углы установки антенных элементов для получения максимального уровня принимаемого сигнала. Затем тонко настраивают положение антенных элементов (азимут и угол возвышения) по максимальному уровню приема с последующей их установкой и фиксацией. Эту операцию выполняют для всех антенных элементов.

В результате выполнения такой последовательности операций полностью и просто обеспечивается прием сигналов от множества спутников. Таким образом обеспечивается простота установки антенных элементов.

На фиг.18 показан четвертый вариант выполнения. Расстояние 4,4 градуса между спутниками является относительно малым. В результате для установки на одном опорном кронштейне антенных элементов на таком расстоянии требуется использовать антенные элементы малого размера. Если невозможно обеспечить достаточно компактные размеры антенных элементов, необходимых для выполнения этого условия, между соседними антенными элементами может возникнуть интерференция. В этом случае приходится отказываться от приема сигнала одного из спутников. Устройство по фиг.18 содержит два опорных кронштейна 9, установленных на шарнирах, имеющих общую ось. Благодаря использованию множества кронштейнов с установкой антенных элементов 4 на отдельных кронштейнах 9 обеспечивается возможность увеличить расстояние между соседними антенными элементами и таким образом устранить вышеуказанную проблему.

На фиг.19 показан пример модифицированных опорных кронштейнов. Участки 9а установки элемента на каждом опорном кронштейне 9 выполнены в форме дуги, расположенной концентрично по отношению к линзе 2, что обеспечивает постоянное фокусное расстояние для радиоволн. Область, находящаяся за пределами участков 9а опорных кронштейнов, не влияет на фокусное расстояние. Таким образом, оба конца опорного кронштейна 9 могут иметь такую форму, которая показана на фиг.19. Благодаря приданию кронштейнам формы, показанной на фиг.19, расстояние между обоими концами кронштейна уменьшается, что обеспечивает компактность компоновки. Кроме того, как показано пунктирной линией на фиг.19 (а), оба конца кронштейнов 9 могут быть изогнуты в виде сбоку. Эта форма обеспечивает эффективную компоновку участков 9а, удерживающих элементы, так как она идеально проходит вдоль точек установки антенных элементов.

Далее на фиг.20 показан вариант выполнения координатной карты.

В настоящем изобретении координатными картами называются диаграммы, на которых обозначены геометрические места точек равной широты и равной разности значений долготы.

Например, предположим, что долгота точки установки антенны равна φ, ее широта равна θ, долгота спутника равна φs и разность долготы Δφ=φ-φs.

Линии равной разности значений долготы представляют геометрические места точек, вычерченные на полусферической поверхности, получаемые при изменении θ при поддержании постоянного значения Δφ.

Линии равной широты представляют геометрические места точек, вычерченные на полусферической поверхности, получаемые путем изменения Δφ при поддержании постоянного значения θ.

Такую координатную карту 17 вычерчивают на антенном колпаке 18, который затем надевают на полусферическую линзу для определения положения захвата спутника по широте места установки антенны и разности между долготой места установки антенны и долготой, на которой расположен целевой спутник.

Конкретный способ установки антенных элементов с использованием координатной карты по фиг.20 будет описан со ссылкой на фиг.21:

1. Линзовую антенну 2 устанавливают на отражательной пластине 1 и надевают на нее антенный колпак 18.

2. На антенном колпаке 18 заранее вычерчивают не только указательную карту 17, но и отметку 19 указателя.

3. Антенный колпак 18 устанавливают так, что отметка 19 указателя обращена в сторону описанной ниже отметки 20 азимута.

4. На отражательную пластину 1 наносят отметку азимута для указания требуемого направления (S) на юг (в случае установки в южном полушарии, используют отметку N, которая представляет требуемое направление на север).

5. Если необходимо, может быть отмечено направление на спутник по отношению к направлению S (или N) в соответствии с долготой целевого спутника.

6. В этом положении антенный элемент 4 (первичный излучатель) для целевого спутника временно закрепляют в точке установки антенны на указательной карте 17.

7. Эти операции выполняют для антенных элементов, предназначенных для всех целевых спутников.

8. После подтверждения того, что отметка 19 указателя совпадает с отметкой 20 азимута, отражательную пластину 1 передвигают так, чтобы отметка 20 азимута была обращена на юг (или на север).

9. Углы антенных элементов регулируют при приеме радиоволн с соответствующих спутников, добиваясь максимального уровня приема. Затем положение антенных элементов точно регулируют по максимальному уровню приема с установкой и фиксацией их в этих местах. Эту операцию выполняют для антенных элементов, предназначенных для всех спутников.

Благодаря использованию такой координатной карты может быть обеспечен надежный и простой захват спутников и упрощается установка антенных элементов.

Кроме того, благодаря вычерчиванию координатной карты на поверхности, например, антенного колпака, не требуется использовать какой-либо специальный инструмент для регулирования направления. Такой подход является экономически предпочтительным.

Выше приведено описание, относящееся к случаю, в котором координатную карту 17 вычерчивают на антенном колпаке 18, который выполняет функцию покрытия антенны. Однако при установке антенных элементов можно использовать только временный шаблон. В этом случае после установки антенны покрытие с координатной картой должно быть удалено. При этом остается только сторона, на которой начерчена карта, и эта карта может быть начерчена на крышке, покрывающей четверть сферы.

Кроме того, если для используемой линзы не требуется антенный колпак, карта может быть напечатана на поверхности линзы. Кроме того, к линзе может быть приклеен изолирующий слой или подобный элемент, на котором напечатана карта.

Кроме того, хотя на фиг.21 показан один установочный штырь 22 для одного антенного элемента 4, также можно использовать кронштейн, показанный на фигурах 17-19. Кроме того, как показано на фиг.22, можно использовать инструмент держателя, выполненный в виде комбинации установочного штыря 22 и небольшого кронштейна 23, на котором установлено множество антенных элементов 4. При этом, поскольку форма кронштейна может не полностью совпадать с фокусом на карте, отдельные антенные элементы предпочтительно содержат механизм точной регулировки для настройки азимута и угла возвышения. Такая конструкция обеспечивает надежную установку, что является преимуществом, свойственным использованию указательной карты.

Кроме того, как показано на фиг.23, устройство линзовой антенны может быть предназначено для установки на поверхности, в котором отдельные антенные элементы 4 фиксируют в требуемых положениях на держателе 24 элемента (эти положения соответствуют отметкам на карте). Держатель 24 элемента имеет такой размер, что он закрывает координатную карту 17 или закрывает только участок, на котором установлены соответствующие антенные элементы так, что он может быть установлен на поверхности антенного колпака 18 или может быть сформирован как единая деталь с антенным колпаком. При использовании держателя 24 благодаря формированию на нем множества отверстий для ввода элементов или инструмента для установки элементов, расположенных с небольшим промежутком, обеспечивается возможность выбора отверстия в требуемом положении для установки в нем элемента или инструмента для установки элемента. В этом случае благодаря использованию инструмента для установки элементов обеспечивается возможность точной регулировки азимута и угла возвышения.

В антенном устройстве в соответствии с настоящим изобретением антенные элементы могут быть закреплены отдельно друг от друга или несколько антенных элементов могут быть закреплены вместе.

Как описано выше, в линзовом антенном устройстве для радиоволн, в соответствии с первым вариантом выполнения настоящего изобретения отражательную пластину устанавливают, по существу, вертикально. Это обеспечивает возможность получить менее громоздкую конструкцию, чем при использовании параболической антенны или антенны такого типа, в которой отражательная пластина установлена горизонтально. Таким образом, для установки не требуется много места. Кроме того, антенное устройство можно устанавливать на обычно неиспользуемой поверхности стены, внешней поверхности ограждения балкона или крыши, или поверхности стены. Это снижает ограничение по установке и повышает свободу выбора места установки, при этом такое устройство может быть компактно установлено в таком месте, где оно не будет никому мешать.

Кроме того, поскольку отражательная пластина установлена вертикально, обеспечивается возможность отказа от использования специальных мер против налипания снега и капелек дождя.

Кроме того, отражательную пластину можно использовать как монтажный инструмент. При этом не требуется использовать какой-либо специальный монтажный инструмент или инструмент для установки. Кроме того, поскольку отражательную пластину можно использовать в качестве опорной поверхности, становится возможным увеличить площадь опорной поверхности, в результате чего улучшается стабильность установки. Кроме того, поскольку полусферическая линза имеет высокую прочность и в меньшей степени подвержена влиянию давления ветра, обеспечивается также улучшенная устойчивость к ветру.

В линзовом антенном устройстве для радиоволн, в соответствии со вторым вариантом выполнения настоящего изобретения участки отражательной пластины, которые не используются для отражения радиоволн, были удалены, в результате чего остались только участки, которые влияют на прием радиоволн с направлений в заранее определенном диапазоне. В результате обеспечивается минимальный размер отражательной пластины. При этом можно получить компактную конструкцию, имеющую малый вес и низкую стоимость. Кроме того, улучшается работа с устройством и уменьшается место, требуемое для установки.

При этом также могут быть обеспечены требуемые электрические свойства антенны. Таким образом обеспечивается возможность приема радиоволн от множества спутников или от других антенн, или возможность приема и передачи радиоволн с использованием антенны меньших размеров, чем параболическая антенна, для широковещательных спутников или спутников связи.

Кроме того, поскольку антенное устройство для радиоволн в соответствии с третьим вариантом выполнения настоящего изобретения содержит множество антенных элементов, обеспечивается возможность независимо принимать и передавать радиоволны от множества спутников, расположенных на геостационарных орбитах. Таким образом, нет необходимости увеличивать количество антенн. Также при использовании устройства с шарнирно установленным опорным кронштейном множество антенных элементов установлены на опорном кронштейне через интервалы, соответствующие расстояниям между спутниками. При повороте шарнира опорного кронштейна на требуемый угол может быть полностью выполнена установка множества антенных элементов по отношению к соответствующим спутникам. При этом необходимая регулировка выполняется чрезвычайно просто.

Кроме того, при использовании координатной карты в соответствии с настоящим изобретением совместно с антенным устройством элементы могут быть установлены путем визуального совмещения точек установки антенных элементов (то есть точек захвата спутника). Таким образом, надежно и просто обеспечивается возможность приема радиоволн со спутников. При этом не требуется использовать какой-либо специальный инструмент для регулировки направления. Такой подход является экономически предпочтительным.

Claims (18)

1. Линзовое антенное устройство для радиоволн, содержащее полусферическую линзу Люнеберга, изготовленную из диэлектрического материала, отражательную пластину, имеющую больший размер, чем диаметр линзы, установленную на поверхности разреза сферы на две половины, антенный элемент, установленный в фокальной точке линзы, держатель, предназначенный для установки антенного элемента, и монтажный участок, предназначенный для установки антенного устройства на установочную деталь, причем отражательная пластина приспособлена для установки на установочную деталь так, что она располагается, по существу, вертикально по отношению к земле.

2. Линзовое антенное устройство по п.1, отличающееся тем, что монтажная деталь расположена на отражательной пластине так, что отражательная пластина может быть закреплена на поверхности стены или внешней поверхности ограждения балкона или крыши.

3. Линзовое антенное устройство для радиоволн, содержащее полусферическую линзу Люнеберга, изготовленную из диэлектрического материала, отражательную пластину, имеющую больший размер, чем диаметр линзы, установленную на поверхности разреза сферы на две половины, антенный элемент, установленный в фокальной точке линзы, держатель, предназначенный для установки антенного элемента, и монтажный участок, предназначенный для установки антенного устройства на установочную деталь, причем отражательная пластина приспособлена для установки на установочную деталь с наклоном по отношению к земле.

4. Линзовое антенное устройство для радиоволн, содержащее полусферическую линзу Люнеберга, изготовленную из диэлектрического материала, отражательную пластину, имеющую больший размер, чем диаметр линзы, установленную на поверхности разреза сферы на две половины, и антенный элемент, установленный в фокальной точке линзы, а также держатель, предназначенный для установки антенного элемента, в котором отражательная пластина сформирована так, что она имеет некруглую форму, полученную в результате удаления ее участка, не являющегося участком, отражающим радиоволны, поступающие с направлений в заранее определенном диапазоне, при этом линза Люнеберга установлена на отражательной пластине со смещением в направлении, противоположном направлению, в котором линза передает и принимает радиоволны.

5. Линзовое антенное устройство по п.4, отличающееся тем, что отражательная пластина имеет форму веера, образованного большой дугообразной кромкой, расположенной концентрично по отношению к центру линзы и имеющей больший диаметр, чем линза, малой дугообразной кромкой, расположенной вблизи внешнего контура линзы напротив большой дугообразной кромки, и боковыми кромками, соединяющими концы большой дугообразной кромки с концами малой дугообразной кромки, или форму, охватывающую такой контур веера.

6. Линзовое антенное устройство по п.5, отличающееся тем, что большая дугообразная кромка имеет вогнутость, форма которой выбрана с учетом того, что на любом ее участке чем меньше угол падения радиоволн, тем меньше расстояние от центра линзы до кромки.

7. Линзовое антенное устройство по п.5 или 6, отличающееся тем, что отражательная пластина выполнена асимметричной.

8. Линзовое антенное устройство по п.5 или 6, отличающееся тем, что отражательная пластина выполнена симметричной, при этом угол раскрыва веера, образующего отражательную пластину, равен 130° или меньше.

9. Линзовое антенное устройство для радиоволн, содержащее отражательную пластину для радиоволн, полусферическую линзу Люнеберга, установленную на отражательной пластине так, что поверхность разреза сферы на две половины расположена на отражательной поверхности, антенный элемент, предназначенный для передачи, приема или передачи и приема радиоволн, и держатель, выполненный с возможностью установки антенных элементов в заранее определенных положениях, причем имеется множество антенных элементов, количество которых соответствует количеству абонентов, участвующих в передаче радиосигнала.

10. Линзовое антенное устройство для радиоволн, содержащее отражательную пластину для радиоволн, полусферическую линзу Люнеберга, установленную на отражательной пластине так, что поверхность разреза сферы на две половины расположена на отражательной поверхности, антенный элемент, предназначенный для передачи, приема или передачи и приема радиоволн, и дугообразный опорный кронштейн, огибающий линзу, несущий множество антенных элементов, дополнительно содержащее средство, предназначенное для установки антенных элементов с интервалами, соответствующими расстояниям между спутниками на геостационарных орбитах, расположенное на дугообразном участке опорного кронштейна, и механизм регулирования угла возвышения с возможностью шарнирного поворота опорного кронштейна в требуемое положение вокруг оси, проходящей через центр линзы.

11. Линзовое антенное устройство по п.10, отличающееся тем, что дополнительно содержит механизм точной настройки азимута и угла возвышения для настройки на поляризованные волны.

12. Линзовое антенное устройство по п.10 или 11, отличающееся тем, что содержит множество опорных кронштейнов, установленных с возможностью поворота вокруг общей оси вращения, причем множество антенных элементов распределено и установлено на соответствующих опорных кронштейнах.

13. Линзовое антенное устройство по любому из пп.10-12, отличающееся тем, что опорный кронштейн имеет деформированную форму, такую, что оба его конца выполнены недугообразными, а дугообразный участок с держателем антенных элементов расположен между этими недугообразными участками с обеспечением поддерживания постоянного расстояния между опорным кронштейном и сферической поверхностью линзы.

14. Координатная карта для линзового антенного устройства для радиоволн, выполненная в виде покрытия, приспособленного для надевания на полусферическую линзу Люнеберга, на поверхности которого вычерчены линии равной широты и линии равных разностей значений долготы, используемые в качестве указателей для установки антенных элементов, а также установочная метка, определяющая опорное направление для установки покрытия на линзе, с учетом предположения, что широта точки установки антенны равна θ и ее долгота равна φ, а также, что долгота спутника на геостационарной орбите равна φs и разность значений их долготы составляет Δφ=φ-φs, линии равных разностей значений долготы представляют геометрическое место точек на полусферической поверхности, получаемое при изменении θ и при поддержании постоянного значения Δφ, и линии равной широты представляют геометрическое место точек на полусферической поверхности, получаемое при изменении Δφ и при поддержании постоянного значения θ.

15. Координатная карта для линзового антенного устройства для радиоволн, нанесенная непосредственно на поверхность полусферической линзы Люнеберга или на пленку, наклеенную на указанную поверхность, содержащая линии равной широты и линии равных разностей значений долготы, используемые в качестве указателей для установки антенных элементов, с учетом предположения, что широта точки установки антенны равна θ и ее долгота равна φ, а также, что долгота спутника на геостационарной орбите равна φs и разность значений их долготы составляет Δφ=φ-φs, линии равных разностей значений долготы представляют геометрическое место точек на полусферической поверхности, получаемое при изменении θ и при поддержании постоянного значения Δφ, и линии равной широты представляют геометрическое место точек на полусферической поверхности, получаемое при изменении Δφ и при поддержании постоянного значения θ.

16. Линзовое антенное устройство для радиоволн по любому из пп.9-13, отличающееся тем, что оно скомбинировано с координатной картой по п.14 или 15.

17. Линзовое антенное устройство для радиоволн, содержащее отражательную пластину для радиоволн, полусферическую линзу Люнеберга, установленную на отражательной пластине, причем поверхность разреза сферы на две половины расположена на отражательной поверхности, антенный элемент, предназначенный для передачи, приема или передачи и приема радиоволн, и держатель для указанного антенного элемента, скомбинированное с координатной картой по п.14 или 15.

18. Линзовое антенное устройство для радиоволн по п.17, включающее линзовое антенное устройство для радиоволн, содержащее отражательную пластину для радиоволн, полусферическую линзу Люнеберга, установленную на указанной отражательной пластине так, что поверхность разреза сферы на две половины расположена на отражательной поверхности, и антенный элемент, предназначенный для передачи, приема или передачи и приема радиоволн, скомбинированное с координатной картой по п.14, с использованием полусферического антенного колпака в качестве указанного покрытия, причем антенное устройство дополнительно содержит держатель антенного элемента, приспособленный для установки на поверхности антенного колпака, антенный элемент, установленный на указанном держателе элемента, при этом положение антенного элемента относительно спутника, расположенного на геостационарной орбите, определено выбором точки установки антенного элемента на держателе элемента.

Images