RU2292098C1

RU2292098C1 - Multifrequency feed system of reflector-type orthogonal polarization division antenna

Info

Publication number: RU2292098C1
Application number: RU2005120195/09A
Authority: RU
Inventors: Борис Лазаревич Коган (RU); Борис Лазаревич Коган; Иван Петрович Иванов (RU); Иван Петрович Иванов; Александр Львович Зелезецкий (RU); Александр Львович Зелезецкий; Григорий Иванович Турбин (RU); Григорий Иванович Турбин; В чеслав Васильевич Ремизов (RU); Вячеслав Васильевич Ремизов
Original assignee: Федеральное государственное унитарное предприятие "Особое конструкторское бюро МЭИ"; Борис Лазаревич Коган; Иван Петрович Иванов; Александр Львович Зелезецкий; Григорий Иванович Турбин; Вячеслав Васильевич Ремизов
Priority date: 2005-06-29
Filing date: 2005-06-29
Publication date: 2007-01-20

Abstract

FIELD: distant space, radio-relay, and satellite microwave communication systems, antenna-feeder assemblies of radio telescopes.

SUBSTANCE: proposed feed system has horn feed and its excitation devices. High-frequency excitation device is connected to horn feed at butt-end and low-frequency devices are coupled with horn feed through coupling slits in its side surface at sections whose diameter is close to critical diameter of main operating wave of respective low-voltage excitation device. Each low-voltage excitation device has two slit exciters, each one incorporating two longitudinal coupling slits. The latter are orthogonal to each other and symmetrical to plane crossing slit exciter axis. Slit exciters are interconnected by means of waveguides connected to matching and filtering components of coupling slits. One of slit exciters of each low-voltage excitation device is connected to orthogonal-polarization conversion and division device that functions to transmit definite orthogonal polarization signals to two output waveguides. Slit exciters can be disposed coaxially or their axes can be relatively offset so that these axes are parallel to each other, or these slit exciters can be interconnected by rectangular waveguides incorporating means for turning polarization plane made, for instance, in the form of twisted joint, or by coaxial waveguides.

EFFECT: enhanced power efficiency, simplified design, and reduced size of antenna feed.

7 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах дальней космической, радиорелейной и спутниковой связи СВЧ-диапазона, а также в антенно-фидерных устройствах радиотелескопов.The invention relates to radio engineering and can be used in systems of long-distance space, microwave and satellite communications of the microwave range, as well as in antenna-feeder devices of radio telescopes.

Известны многочастотные облучающие системы зеркальных антенн с разделением ортогональных поляризаций (авторское свидетельство SU №1707660; патент Германии №3634772; Европейский патент ЕР 0805511); а также каскад приемного устройства СВЧ с разделением ортогональных поляризаций двух диапазонов частот (патенты РФ №№2136088, 2149484), встроенный в облучающую систему зеркальной антенны.Known multi-frequency irradiating systems of mirror antennas with separation of orthogonal polarizations (copyright certificate SU No. 1707660; German patent No. 3634772; European patent EP 0805511); as well as a cascade of a microwave receiver with separation of orthogonal polarizations of two frequency ranges (RF patents Nos. 2116088, 2149484), built into the irradiating system of the mirror antenna.

Известные устройства облучающих систем, различаясь своей конечной аппаратной реализацией, имеют конструктивные и эксплуатационные недостатки, которые ограничивают сферу их эффективного применения.Known devices of irradiating systems, differing in their final hardware implementation, have structural and operational disadvantages that limit the scope of their effective application.

Так, сигналы двух ортогональных линейных поляризаций устройства совмещения двух диапазонов частот, описанного в авт. свидетельстве SU №1707660, подходят к двум Н-тройникам с нарушением симметрии, что может быть причиной нарушения фазовых соотношений, и в конечном счете, может привести к увеличению кроссполяризационной погрешности в режиме приема двух ортогональных круговых поляризаций. Кроме этого, описанное устройство содержит ступенчатые переходы в тракте круглого волновода, в который поступают сигналы от антенны. Наличие ступенчатых переходов существенно ограничивает возможности функционирования устройства при изменении номинальных значений частот рабочих диапазонов и увеличении их числа.So, the signals of two orthogonal linear polarizations of the device combining two frequency ranges described in ed. certificate SU No. 1707660, suitable for two H-tees with a violation of symmetry, which can cause a violation of phase relations, and ultimately, can lead to an increase in cross-polarization error in the reception mode of two orthogonal circular polarizations. In addition, the described device contains step transitions in the path of a circular waveguide, which receives signals from the antenna. The presence of step transitions significantly limits the capabilities of the device when changing the nominal frequencies of the operating ranges and increasing their number.

В устройстве аналогичного назначения, приведенном в патенте Германии №3634772, принципиально исключена возможность работы по каким-либо другим ортогональным поляризациям, кроме линейных. В облучателе, описанном в Европейском патенте ЕР 0805511, волноводное турникетное устройство, соединенное с 4 боковыми щелями связи в рупорном облучателе, имеет сложную изогнутую конструкцию, отличающуюся для каналов двух ортогональных линейных поляризаций, содержащую девять Н- и шесть Е-уголков, а также три волноводных гибридных устройства. В таком сложном устройстве с нарушенной симметрией уменьшается возможность существенного снижения уровня паразитной связи ортогональных поляризаций.In the device for a similar purpose, described in German patent No. 3634772, the possibility of working on any other orthogonal polarizations, except linear ones, is fundamentally excluded. In the irradiator described in European patent EP 0805511, the waveguide turnstile device connected to the 4 lateral communication slots in the horn irradiator has a complex curved design that is different for the channels of two orthogonal linear polarizations, containing nine H and six E angles, as well as three waveguide hybrid devices. In such a complex device with broken symmetry, the possibility of a significant reduction in the level of spurious coupling of orthogonal polarizations decreases.

Каскады приемных устройств, включенные в облучающую систему антенны с разделением ортогональных поляризаций (патенты РФ №№2136088, 2149484), содержат 4 малошумящих усилителя с идентичными амплитудно-фазовыми характеристиками. Следствием возможного в условиях эксплуатации нарушения взаимной идентичности характеристик усилителей является увеличение уровня паразитной связи каналов ортогональных поляризаций, а при выходе из строя одного из 4 усилителей требуется замена всех четырех, что существенно удорожает устройство и ограничивает сферу его применения.The cascades of receivers included in the irradiating antenna system with separation of orthogonal polarizations (RF patents No. 2136088, 2149484) contain 4 low-noise amplifiers with identical amplitude-phase characteristics. A consequence of a possible violation of the mutual identity of the amplifiers' characteristics under operating conditions is an increase in the level of spurious coupling of the channels of orthogonal polarization, and if one of the 4 amplifiers fails, it is necessary to replace all four, which significantly increases the cost of the device and limits its scope.

Известна многочастотная облучающая система зеркальной антенны с разделением ортогональных поляризаций (патент США №4847574, Н 01 Р 1/161) наиболее близкая по технической сущности к патентуемому изобретению и выбранная в качестве прототипа.Known multi-frequency irradiating system of a mirror antenna with separation of orthogonal polarizations (US patent No. 4847574, H 01 P 1/161) closest in technical essence to the patented invention and selected as a prototype.

Многочастотная облучающая система, описанная в патенте США №4847574, предназначена для работы зеркальной антенны в системах спутниковой связи в нескольких диапазонах частот одновременно, содержит рупорный облучатель и, по меньшей мере, два устройства возбуждения рупорного облучателя, одно из которых, высокочастотное, соединено с рупорным облучателем с торца, а другие, низкочастотные, называемые в патенте разветвителями и связанные с рупорным облучателем через щели связи в его боковой поверхности, расположены в сечениях рупорного облучателя, поперечные размеры которых пропорциональны рабочей длине волны соответствующего низкочастотного устройства возбуждения. Каждое низкочастотное устройство возбуждения содержит по два одинаковых щелевых возбудителя, называемых в патенте «ортомодовыми соединениями», с четырьмя продольными щелями связи каждый, расположенными в поперечном сечении четырехугольного пирамидального щелевого возбудителя под углом 90° друг к другу. Усеченная пирамида одного из возбудителей является частью боковой поверхности рупорного облучателя, а другого соединена с первыми волноводами, возбуждаемыми на концах щелями связи, и с устройством преобразования и разделения ортогональных поляризаций. Волноводы, соединяющие щелевые возбудители, содержат секции фильтрации, согласования и дополнительные устройства связи между волноводами, которыми могут быть синфазные или противофазные сумматоры или гибридные мостовые соединения.The multi-frequency irradiation system described in US patent No. 4847574, is designed to operate a reflector antenna in satellite communication systems in several frequency ranges at the same time, contains a horn irradiator and at least two horn irradiator excitation devices, one of which is a high-frequency one connected to the horn end-face irradiator, and other low-frequency ones, referred to in the patent as splitters and connected with the horn irradiator through communication slots in its lateral surface, are located in cross sections of the horn irradiator A transverse dimensions which are proportional to the wavelength corresponding to the excitation of low frequency device. Each low-frequency excitation device contains two identical slotted pathogens, referred to in the patent as “orthomode compounds”, with four longitudinal communication slots each located in a cross section of a quadrangular pyramidal slotted pathogen at an angle of 90 ° to each other. The truncated pyramid of one of the pathogens is part of the lateral surface of the horn feed, and the other is connected to the first waveguides excited at the ends of the communication slots, and to a device for converting and separating orthogonal polarizations. The waveguides connecting the slot exciters contain sections for filtering, matching, and additional communication devices between the waveguides, which can be in-phase or antiphase combiners or hybrid bridge connections.

Существенным конструктивным и эксплуатационным недостатком устройства, описанного в патенте США №4847574, является сложность конструкции ортомодовых соединений и подключенных к ним волноводных элементов, приводящая к повышению уровня энергетических потерь антенно-фидерного устройства и увеличению размеров, что обуславливает ухудшение радиотехнических характеристик всей зеркальной антенны и усложнение обслуживания элементов антенно-фидерного устройства.A significant structural and operational disadvantage of the device described in US patent No. 4847574 is the complexity of the design of the orthomode connections and the waveguide elements connected to them, leading to an increase in the energy loss level of the antenna-feeder device and to increase the size, which leads to a deterioration in the radio characteristics of the entire mirror antenna and complication service elements of the antenna-feeder device.

Настоящее изобретение решает задачу повышения энергетической эффективности, упрощения конструкции и уменьшения размеров облучающего устройства многочастотной зеркальной антенны.The present invention solves the problem of increasing energy efficiency, simplifying the design and reducing the size of the irradiating device of a multi-frequency mirror antenna.

Решение поставленной технической задачи достигается следующим образом.The solution of the technical problem is achieved as follows.

Многочастотная облучающая система зеркальной антенны с разделением ортогональных поляризаций, подобно устройству, описанному в патенте США №4847574, содержит рупорный облучатель и несколько устройств возбуждения рупорного облучателя, одно из которых, высокочастотное, соединено с рупорным облучателем с торца, а другие - низкочастотные, связаны с рупорным облучателем через щели связи в его боковой поверхности в сечениях рупорного облучателя, поперечные размеры которых пропорциональны длине рабочей волны соответствующего устройства возбуждения рупорного облучателя. Каждое низкочастотное устройство возбуждения рупорного облучателя содержит по два одинаковых щелевых возбудителя со щелями связи, расположенными в одном поперечном сечении щелевого возбудителя под углом 90° друг к другу. Один щелевой возбудитель является частью боковой поверхности рупорного облучателя, а другой соединен с первыми волноводами, подключенными к щелям связи, и с устройством преобразования и разделения ортогональных поляризаций, при этом в области стыковки волноводов со щелями связи возбудителей установлены элементы согласования и фильтрации.A multi-frequency irradiating system of a mirror antenna with separation of orthogonal polarizations, like the device described in US patent No. 4847574, contains a horn irradiator and several exciter devices of the horn irradiator, one of which, high-frequency, is connected to the horn irradiator from the end, and the other is low-frequency, connected with horn irradiator through communication slots in its lateral surface in cross sections of horn irradiator whose transverse dimensions are proportional to the wavelength of the corresponding device REPRESENTATIONS feed horn. Each low-frequency device for excitation of a horn feed contains two identical gap exciters with communication slots located in one cross section of the gap exciter at an angle of 90 ° to each other. One slot exciter is part of the lateral surface of the horn irradiator, and the other is connected to the first waveguides connected to the communication slots, and to a device for converting and separating orthogonal polarizations, while matching and filtering elements are installed in the area where the waveguides are connected to the communication slots of the pathogens.

Согласно настоящему изобретению, в отличие от устройства, описанного в патенте США №4847574, каждый щелевой возбудитель низкочастотного устройства возбуждения рупорного облучателя содержит только две щели связи, расположенные симметрично относительно плоскости, проходящей через ось щелевого возбудителя, а щелевые возбудители соединены друг с другом только двумя (по числу щелей) волноводами.According to the present invention, in contrast to the device described in US patent No. 4847574, each slot exciter of a low-frequency exciter horn exciter device contains only two communication slots located symmetrically relative to a plane passing through the axis of the slot exciter, and gap exciters are connected to each other by only two (by the number of slots) by waveguides.

Уменьшение числа щелей и соединяющих их волноводов позволяет упростить компоновку всего облучающего устройства, методику обеспечения необходимых фазовых соотношений и уровня согласования фидерных элементов. Полностью отпадает необходимость включения в состав соединяющих волноводов суммирующих и мостовых соединений, существенно усложняющих конструкцию.The reduction in the number of slots and the waveguides connecting them makes it possible to simplify the layout of the entire irradiating device, the methodology for ensuring the necessary phase relations and the level of matching of feeder elements. There is completely no need to include summing and bridge connections in the composition of the connecting waveguides, which significantly complicate the design.

Существенным достоинством настоящего изобретения является многовариантность его конечной аппаратно-компоновочной конфигурации. Возбудители могут иметь форму не только четырехугольной пирамиды, но могут быть также частью конуса или цилиндра. Соединяющие волноводы могут быть не только прямоугольными, но и коаксиальными. Это позволяет выбирать оптимальный вариант схемотехнической и конструктивной реализации устройства в зависимости от эксплуатационных задач и области его применения.An essential advantage of the present invention is the multivariance of its final hardware-layout configuration. Pathogens can be in the form of not only a quadrangular pyramid, but can also be part of a cone or cylinder. The connecting waveguides can be not only rectangular, but also coaxial. This allows you to choose the best option circuitry and constructive implementation of the device, depending on operational tasks and its application.

Согласно патентуемому изобретению щелевые возбудители низкочастотного устройства возбуждения рупорного облучателя могут быть расположены как соосно, так и с взаимным поперечным смещением осей щелевых возбудителей. В варианте смещенных щелевых возбудителей, соединенных прямоугольными волноводами, волноводные линии содержат по одному элементу поворота плоскости поляризации, каждый из которых выполнен в виде 90-градусной скрутки с одинаковым направлением поворота плоскости поляризации.According to the patented invention, gap exciters of the low-frequency exciter device of the horn irradiator can be located both coaxially and with mutual transverse displacement of the axes of the gap exciters. In the variant of displaced slotted pathogens connected by rectangular waveguides, the waveguide lines contain one element of rotation of the plane of polarization, each of which is made in the form of a 90-degree twist with the same direction of rotation of the plane of polarization.

Согласно другой компоновочной реализации щелевые возбудители низкочастотного устройства возбуждения расположены соосно и соединены прямоугольными волноводами, при этом один из волноводов содержит элемент поворота плоскости поляризации на 180°, выполненный в виде 180-градусной скрутки, а другой - фазовый эквивалент скрутки без поворота плоскости поляризации.According to another arrangement, the slot exciters of the low-frequency excitation device are aligned and connected by rectangular waveguides, one of the waveguides containing an element of rotation of the polarization plane through 180 °, made in the form of a 180-degree twist, and the other the phase equivalent of twisting without rotating the polarization plane.

Изобретение предусматривает также и третий эффективный вариант реализации, при котором щелевые возбудители низкочастотного устройства возбуждения рупорного облучателя расположены со взаимным поперечным смещением осей, как в первом варианте, но соединены двумя коаксиальными волноводами, каждый из которых на концах содержит элементы связи со щелями. При этом для обеспечения необходимого поворота плоскости поляризации на одном щелевом возбудителе элементы связи коаксиального волновода расположены симметрично относительно плоскости, проходящей через ось щелевого возбудителя, а на другом установлены с поворотной симметрией относительно друг друга. Такое соединение особенно эффективно применять для устройств возбуждения, работающих в приемном режиме.The invention also provides a third effective embodiment, in which slotted exciters of a low-frequency horn feed device are arranged with mutual transverse displacement of the axes, as in the first embodiment, but are connected by two coaxial waveguides, each of which contains coupling elements with slots at the ends. Moreover, to ensure the necessary rotation of the plane of polarization on one slot exciter, the coupling elements of the coaxial waveguide are located symmetrically relative to the plane passing through the axis of the slot exciter, and on the other are mounted with rotational symmetry relative to each other. Such a connection is especially effective for driving devices operating in receive mode.

В случае применения прямоугольных волноводов элемент поворота плоскости поляризации на 90 градусов выполнен в виде плавной или ступенчатой скрутки. При этом 90-градусные скрутки имеют одинаковое направление поворота плоскости поляризации - либо обе правые, либо обе левые, и обеспечивают равный фазовый сдвиг в рабочей полосе частот. В варианте, когда прямоугольные волноводы соединяют соосные щелевые возбудители, в один волновод включается 180-градусная скрутка, которая выполнена в виде двух последовательно включенных 90-градусных скруток с одинаковым направлением поворота плоскости поляризации, а в другой волновод включается фазовый эквивалент 180-градусной скрутки, выполненный в виде двух последовательно включенных 90-градусных скруток, поворот плоскости поляризации в которых осуществляется в разные стороны (правую и левую скрутки).In the case of the use of rectangular waveguides, the element of rotation of the plane of polarization by 90 degrees is made in the form of smooth or step twisting. Moreover, 90-degree twists have the same direction of rotation of the plane of polarization - either both right or both left, and provide an equal phase shift in the working frequency band. In the variant, when rectangular waveguides connect coaxial slotted exciters, a 180-degree twist is included in one waveguide, which is made in the form of two 90-degree twists in series with the same direction of rotation of the polarization plane, and the phase equivalent of a 180-degree twist is included in the other waveguide, made in the form of two serially connected 90-degree twists, the rotation of the plane of polarization in which is carried out in different directions (right and left twists).

В устройствах низкочастотного возбуждения, работающих в приемном режиме, каскад малошумящих усилителей, по аналогии с описанием в патентах РФ №№2136088, 2149484, может быть включен в непосредственной близости от рупорного облучателя, что позволяет уменьшить вносимые шумовые искажения принимаемого сигнала, но в отличие от известных устройств, описанных в этих патентах, в устройство низкочастотного возбуждения рупорного облучателя каждого диапазона в соответствии с настоящим изобретением требуется включить только два малошумящих усилителя с идентичными амплитудно-фазовыми характеристиками - то есть вдвое меньше. Дальнейшее уменьшение числа усилителей невозможно при решении задачи раздельного одновременного приема сигналов двух ортогональных поляризаций.In low-frequency excitation devices operating in the receiving mode, the cascade of low-noise amplifiers, by analogy with the description in the RF patents No. 2136088, 2149484, can be switched on in the immediate vicinity of the horn irradiator, which reduces the introduced noise distortion of the received signal, but in contrast to of the known devices described in these patents, only two low-noise amplifiers are required to be included in the low-frequency excitation device of the horn irradiator of each range in accordance with the present invention identical amplitude and phase characteristics - that is twice as less. A further decrease in the number of amplifiers is impossible when solving the problem of separate simultaneous reception of signals of two orthogonal polarizations.

Технический результат патентуемого изобретения заключается в упрощении конструкции многочастотной облучающей системы зеркальной антенны за счет более рациональной компоновки ее элементов, относящихся к устройствам возбуждения рупорного облучателя, работающим в разных частотных диапазонах. Из-за этого достигается уменьшение числа элементов, входящих в состав соединительных волноводов, а также их длин, что приводит к уменьшению диссипации электромагнитной энергии и, как следствие, увеличению эффективности всей зеркальной антенны. Упрощение конструкции приводит также к уменьшению влияния разбаланса параметров элементов с идентичными характеристиками за счет уменьшения числа этих элементов.The technical result of the patented invention consists in simplifying the design of the multi-frequency irradiating system of a mirror antenna due to a more rational arrangement of its elements related to horn irradiator excitation devices operating in different frequency ranges. Because of this, a decrease in the number of elements that make up the connecting waveguides, as well as their lengths is achieved, which leads to a decrease in the dissipation of electromagnetic energy and, as a result, an increase in the efficiency of the entire mirror antenna. Simplification of the design also reduces the effect of the imbalance of the parameters of elements with identical characteristics by reducing the number of these elements.

Сущность настоящего изобретения поясняется примерами конкретной реализации многочастотной облучающей системы с разделением ортогональных поляризаций и графическими иллюстрациями, на которых представлены:The essence of the present invention is illustrated by examples of specific implementations of a multi-frequency irradiating system with separation of orthogonal polarizations and graphic illustrations, which represent:

фиг.1 - блок-схема многочастотной облучающей системы;figure 1 is a block diagram of a multi-frequency irradiating system;

фиг.2 - блок-схема низкочастотного устройства возбуждения рупорного облучателя;figure 2 is a block diagram of a low-frequency device for exciting a horn feed;

фиг.3 - вариант реализации низкочастотного устройства возбуждения рупорного облучателя с поперечным смещением осей возбудителей и с прямоугольными соединяющими волноводами;figure 3 is an embodiment of a low-frequency device for exciting a horn feed with transverse displacement of the axes of the pathogens and with rectangular connecting waveguides;

фиг.4 - вариант реализации низкочастотного устройства возбуждения рупорного облучателя с соосным расположением возбудителей и с прямоугольными соединяющими волноводами;4 is an embodiment of a low-frequency device for exciting a horn feed with a coaxial arrangement of pathogens and with rectangular connecting waveguides;

фиг.5 - варианты реализации волноводных скруток;figure 5 - implementation options for waveguide twists;

фиг.6 - вариант реализации низкочастотного устройства возбуждения рупорного облучателя с поперечным смещением осей возбудителей и с коаксиальными соединяющими волноводами;6 is an embodiment of a low-frequency device for exciting a horn feed with a lateral displacement of the axes of the pathogens and with coaxial connecting waveguides;

фиг.7 - блок-схема варианта реализации низкочастотного устройства возбуждения рупорного облучателя с малошумящими усилителями.7 is a block diagram of an embodiment of a low-frequency device for exciting a horn feed with low noise amplifiers.

На всех графических иллюстрациях для наглядности показаны только высокочастотные соединения и не показаны соединения по цепям управления или питания, что не затрагивает сущность патентуемого изобретения. Для специалиста, работающего в области антенной техники и обладающего профессиональными практическими навыками, соответствующими уровню развития техники, конкретная техническая реализация соединений по цепям питания и управления не является сложной задачей.In all graphic illustrations, for illustration purposes, only high-frequency connections are shown and connections along the control or power circuits are not shown, which does not affect the essence of the patented invention. For a specialist working in the field of antenna technology and possessing professional practical skills corresponding to the level of technological development, the concrete technical implementation of the connections in the power and control circuits is not a difficult task.

На фиг.1 показана блок-схема многочастотной (в данном случае трехчастотной) облучающей системы зеркальной антенны с разделением ортогональных поляризаций, которая содержит рупорный облучатель 1, и несколько устройств возбуждения рупорного облучателя 1, одно из которых, высокочастотное 2, соединено с рупорным облучателем 1 с торца, а другие, низкочастотные 3 и 4, связаны с рупорным облучателем 1 через щели связи в его боковой поверхности.Figure 1 shows a block diagram of a multi-frequency (in this case, three-frequency) irradiating system of a mirror antenna with separation of orthogonal polarizations, which contains a horn feed 1, and several excitation devices of a horn feed 1, one of which, high-frequency 2, is connected to a horn feed 1 from the end, and others, low-frequency 3 and 4, are connected with the horn feed 1 through communication slots in its side surface.

Рупорный облучатель 1 обеспечивает создание необходимой диаграммы направленности для облучения рефлектора или субрефлектора зеркальной антенны и может быть выполнен в виде усеченного конуса или пирамиды или их комбинации. Диаметр излучающей апертуры и угол конусности выбираются из условия сохранения одной и той же формы диаграммы направленности во всех рабочих диапазонах частот. Форма диаграммы направленности рупорного облучателя сохраняется, если сферическая неравномерность волнового фронта в апертуре рупора превышает четверть длины волны (условие расфазированности рупора). Предусмотрено, что диаметр сечения боковой поверхности рупорного облучателя 1, где расположены щели связи, пропорционален длине волны, на которой работает соответствующее низкочастотное устройство возбуждения рупорного облучателя 3 или 4. Щель связи (7, 8, фиг.3) располагается в таком поперечном сечении рупора 1, диаметр которого близок к критическому диаметру основной волны для данного диапазона частот.The horn feed 1 provides the necessary radiation pattern for irradiating the reflector or subreflector of the mirror antenna and can be made in the form of a truncated cone or pyramid, or a combination thereof. The diameter of the radiating aperture and the angle of taper are selected from the condition of maintaining the same shape of the radiation pattern in all operating frequency ranges. The shape of the radiation pattern of the horn irradiator is preserved if the spherical unevenness of the wavefront in the aperture of the horn exceeds a quarter of the wavelength (the condition for the horn is out of phase). It is provided that the diameter of the cross-section of the lateral surface of the horn feed 1, where the communication slots are located, is proportional to the wavelength at which the corresponding low-frequency exciter device of the horn feed 3 or 4 is operating. The communication slit (7, 8, FIG. 3) is located in such a cross-section of the horn 1, the diameter of which is close to the critical diameter of the main wave for a given frequency range.

Каждое низкочастотное устройство возбуждения рупорного облучателя 3 и 4 предназначено для обеспечения связи рупорного облучателя 1 с приемным, передающим или приемо-передающим устройством соответствующего диапазона радиочастот и содержит (фиг.1, 2) по два одинаковых щелевых возбудителя (5 и 6, 27 и 28).Each low-frequency excitation device of the horn feed 3 and 4 is designed to provide communication between the horn feed 1 and the receiving, transmitting or receiving-transmitting device of the corresponding radio frequency range and contains (1, 2) two identical slotted pathogens (5 and 6, 27 and 28 )

Низкочастотное устройство возбуждения рупорного облучателя 3 включает (фиг.1, 3) два щелевых возбудителя 5 и 6, содержащие по две продольные щели связи 7 и 8, 9 и 10, каждая пара которых расположена в одном поперечном сечении соответствующего щелевого возбудителя под углом 90° друг к другу. Щелевой возбудитель 5 является частью боковой поверхности рупорного облучателя 1, а щелевой возбудитель 6 соединен со щелевым возбудителем 5 волноводами 11 и 12, присоединенными к элементам согласования и фильтрации 14 щелей связи 7, 8, 9 и 10.The low-frequency excitation device of the horn feed 3 includes (1, 3) two slot pathogens 5 and 6, containing two longitudinal communication slots 7 and 8, 9 and 10, each pair of which is located in one cross section of the corresponding slot pathogen at an angle of 90 ° to each other. The slot exciter 5 is part of the side surface of the horn feed 1, and the slot exciter 6 is connected to the slot exciter 5 by waveguides 11 and 12 connected to the matching and filtering elements 14 of the communication slots 7, 8, 9 and 10.

Щелевой возбудитель 6 соединен с устройством преобразования и разделения ортогональных поляризаций 13, которое обеспечивает передачу на два выходных волновода 37, 38 сигналов определенных ортогональных поляризаций, принимаемых зеркальной антенной, при работе зеркальной антенны в диапазоне частот рассматриваемого устройства возбуждения в приемном режиме, либо же формирование в диаграмме излучения зеркальной антенны радиоволны определенной поляризации из сигналов, передаваемых в устройство возбуждения по одному из волноводов 37, 38, при работе зеркальной антенны в рассматриваемом диапазоне частот в передающем режиме. Устройство преобразования и разделения ортогональных поляризаций 13 может быть выполнено в виде универсального преобразователя поляризаций, схемное выполнение и принцип действия которого описаны в патенте США №4847574, соединенного с селектором поляризаций (см. там же). Преобразователь поляризаций может быть управляемым или неуправляемым.The slot exciter 6 is connected to a device for converting and separating orthogonal polarizations 13, which provides transmission to two output waveguides 37, 38 of signals of certain orthogonal polarizations received by the mirror antenna when the mirror antenna operates in the frequency range of the excitation device under consideration in the receiving mode, or radiation pattern of a mirror antenna of a radio wave of a certain polarization from signals transmitted to the excitation device along one of the waveguides 37, 38, at p The operation of the mirror antenna in the considered frequency range in the transmitting mode. The device for converting and separating orthogonal polarizations 13 can be made in the form of a universal polarization converter, the circuit design and principle of operation of which are described in US patent No. 4847574, connected to the polarization selector (see ibid.). The polarization converter may be controlled or uncontrolled.

Волноводы 11 и 12 обеспечивают прохождение сигналов рассматриваемой частоты из одного возбудителя в другой. В зависимости от выбранной компоновки щелевых возбудителей 3 и 4 низкочастотного устройства возбуждения рупорного облучателя 1 волноводы 11, 12 могут быть выполнены в виде прямоугольных (фиг.3, 4), или коаксиальных волноводов (фиг.6).The waveguides 11 and 12 provide the passage of signals of the considered frequency from one pathogen to another. Depending on the selected layout of the slotted pathogens 3 and 4 of the low-frequency excitation device of the horn feed 1, the waveguides 11, 12 can be made in the form of rectangular (figure 3, 4), or coaxial waveguides (figure 6).

Элементы фильтрации и согласования 14 (фиг.1-4; 6, 7), установленные на стыке волноводов 11, 12 с щелевыми возбудителями, обеспечивают эффективность прохождения сигналов рассматриваемой частоты из возбудителя в волноводы и, наоборот, подавление возможности прохождения по этому пути сигналов более высоких частот, а также предназначены для подавления возможности возникновения высших типов волн высокочастотных диапазонов в рупорном облучателе. Щели возбудителей 5, 6 и элементы фильтрации и согласования 14 могут быть реализованы и соединены с волноводами по известной схеме, приведенной на фиг.2 (патент США №4847574, Н 01 Р 1/161). Геометрически элементы согласования и фильтрации могут располагаться внутри щелей и волноводов, или элементов связи коаксиальных волноводов со щелями, как показано на фиг.6 (на фиг.1, 2, 7 элементы фильтрации и согласования для наглядности условно изображены вблизи концов волноводов 11, 12).The filtering and matching elements 14 (Figs. 1-4; 6, 7) installed at the junction of waveguides 11, 12 with slot exciters ensure the efficiency of the passage of signals of the considered frequency from the pathogen to the waveguides and, conversely, suppressing the possibility of signals passing along this path more high frequencies, and are also designed to suppress the possibility of the appearance of higher types of waves of high-frequency ranges in the horn irradiator. The slots of the pathogens 5, 6 and the filtering and matching elements 14 can be implemented and connected to the waveguides according to the known scheme shown in figure 2 (US patent No. 4847574, H 01 P 1/161). Geometrically, matching and filtering elements can be located inside slots and waveguides, or coupling elements of coaxial waveguides with slots, as shown in Fig. 6 (in Figs. 1, 2, 7, the filtering and matching elements are conventionally shown near the ends of waveguides 11, 12) .

Диапазон частот работы низкочастотного устройства возбуждения 4 (фиг.1) более высокий по отношению к диапазону частот устройства возбуждения 3. Состав и конструкции этих устройств возбуждения рупорного облучателя, а также назначение их элементов аналогичны. Низкочастотное устройство возбуждения 4 содержит два одинаковых щелевых возбудителя 27 и 28, содержащие щели связи (не показаны), расположенные в одном поперечном сечении щелевого возбудителя под углом 90° друг к другу. Щелевой возбудитель 27 является частью боковой поверхности рупорного облучателя 1, а щелевой возбудитель 28 соединен с щелевым возбудителем 27 волноводами 29 и 30, возбуждаемыми на концах соответствующими щелями связи.The frequency range of the low-frequency excitation device 4 (Fig. 1) is higher with respect to the frequency range of the excitation device 3. The composition and design of these excitation devices of the horn feed, as well as the purpose of their elements are similar. The low-frequency excitation device 4 contains two identical gap exciters 27 and 28 containing communication slots (not shown) located in one cross section of the gap exciter at a 90 ° angle to each other. The slot exciter 27 is part of the lateral surface of the horn feed 1, and the slot exciter 28 is connected to the slot exciter 27 by waveguides 29 and 30 excited at the ends by respective communication slots.

Щелевой возбудитель 28 соединен с устройством преобразования и разделения ортогональных поляризаций 32.Slit pathogen 28 is connected to a device for converting and separating orthogonal polarizations 32.

Волноводы 29 и 30, соединяющие щелевые возбудители 27 и 28, содержат секции фильтрации и согласования 31.The waveguides 29 and 30 connecting the slotted pathogens 27 and 28 contain sections for filtering and matching 31.

Щелевые возбудители 27 и 28, волноводы 29 и 30, элементы фильтрации и согласования 31 и устройство преобразования и разделения ортогональных поляризаций 32 выполнены по той же схеме, что и аналогичные элементы низкочастотного устройства возбуждения 3 рупорного облучателя 1.Slit exciters 27 and 28, waveguides 29 and 30, filtering and matching elements 31, and a device for converting and separating orthogonal polarizations 32 are made in the same way as similar elements of a low-frequency excitation device 3 of a horn feed 1.

Высокочастотное устройство возбуждения 2 рупорного облучателя 1 обеспечивает передачу сигналов высокочастотного диапазона зеркальной антенны между торцевой секцией 25 облучателя 1 и высокочастотным устройством преобразования и разделения ортогональных поляризаций 26. Назначение и состав устройства 26 аналогичен назначению и составу низкочастотных устройств 13, 32 преобразования и разделения ортогональных поляризаций.A high-frequency excitation device 2 of the horn feed 1 provides signal transmission of the high-frequency range of the mirror antenna between the end section 25 of the feed 1 and the high-frequency device for converting and separating orthogonal polarizations 26. The purpose and composition of the device 26 is similar to the purpose and composition of low-frequency devices 13, 32 for converting and separating orthogonal polarizations.

Разработанная многочастотная облучающая система может иметь различную конечную конструктивную реализацию, выбор которой определяется конкретными эксплуатационными задачами и областью применения устройства, как то возможностью размещения элементов системы в контейнере облучателя, режимами работы зеркальной антенны в рассматриваемых диапазонах частот.The developed multi-frequency irradiating system can have a different final design implementation, the choice of which is determined by the specific operational tasks and the scope of the device, such as the ability to place system elements in the irradiator container, the operating modes of the mirror antenna in the considered frequency ranges.

Например, при использовании настоящего устройства в облучающей системе крупного радиотелескопа (с диаметром главного рефлектора от 30 до 100 м), работающего исключительно в приемном режиме и, как правило, одновременно в нескольких, подчас далеко разнесенных диапазонах частот, щелевые возбудители рационально располагать по схеме фиг.7 с двумя малошумящими усилителями 23, 24, имеющими идентичные амплитудно-фазовые характеристики, и подключенными непосредственно к щелям связи 7, 8 на коническом возбудителе, являющемся частью рупорного облучателя 1. Выходные волноводы усилителей в длинноволновой части сантиметрового и более низкочастотных диапазонах волн рационально выполнять в этом случае коаксиальной конструкции, как на схеме фиг.6. В этом варианте элементы фильтрации 14 (фиг.2) должны обеспечивать короткозамкнутый режим работы щелей связи 7, 8 со стороны внутренней поверхности рупорного облучателя 1 в более высокочастотных диапазонах волн.For example, when using the present device in the irradiating system of a large radio telescope (with a main reflector diameter of 30 to 100 m) operating exclusively in the receiving mode and, as a rule, simultaneously in several, sometimes far-spaced frequency ranges, it is rational to arrange slot exciters according to the scheme of FIG. .7 with two low-noise amplifiers 23, 24, having identical amplitude-phase characteristics, and connected directly to communication slots 7, 8 on a conical exciter, which is part of the horn irradiator I 1. The output waveguides amplifiers far centimeter and lower frequency bands of waves efficiently perform in this case a coaxial structure, as in Scheme 6. In this embodiment, the filter elements 14 (figure 2) should provide a short-circuited mode of operation of the communication slots 7, 8 from the side of the inner surface of the horn feed 1 in higher frequency wavelengths.

Схемы расположения возбудителей, изображенные на фиг.3 и 4, целесообразно применять при работе рассматриваемого в качестве примера низкочастотного устройства возбуждения 3 рупорного облучателя 1 в приемопередающем или передающем режиме. Использование прямоугольных волноводов, имеющих меньшие вносимые энергетические потери, чем коаксиальные, способствует повышению коэффициента усиления зеркальной антенны. Выбор компоновок (фиг.3 или фиг.4), с поперечным смещением осей возбудителей (фиг.3) или без смещения (фиг.4), определяется размерами и формой контейнера, в котором располагается облучающая система. В варианте фиг.3 щелевые возбудители 5 и 6 соединены прямоугольными волноводами 11 и 12, и каждый волновод 11 и 12 содержит по одному элементу поворота плоскости поляризации, который выполнен в виде 90-градусной скрутки 15 и 16 с одинаковым направлением поворота плоскости поляризации.The location schemes of the pathogens depicted in figures 3 and 4, it is advisable to apply when working considered as an example of a low-frequency excitation device 3 of the horn feed 1 in the transmit-transmit or transmit mode. The use of rectangular waveguides having lower insertion energy losses than coaxial helps to increase the gain of the mirror antenna. The choice of layouts (figure 3 or figure 4), with a transverse displacement of the axes of the pathogens (figure 3) or without displacement (figure 4), is determined by the size and shape of the container in which the irradiating system is located. In the embodiment of FIG. 3, slotted exciters 5 and 6 are connected by rectangular waveguides 11 and 12, and each waveguide 11 and 12 contains one polarization plane rotation element, which is made in the form of a 90-degree twist 15 and 16 with the same direction of rotation of the polarization plane.

При размещении патентуемого устройства в длинном узком контейнере предпочтительна иная конечная реализация облучающей системы, при которой щелевые возбудители 5 и 6 (27 и 28) низкочастотного устройства возбуждения 3 (4) расположены соосно (фиг.4) и соединены прямоугольными волноводами 11 и 12 (29 и 30). При этом волновод 11 (29) содержит элемент поворота плоскости поляризации 17 на 180°, выполненный в виде 180-градусной скрутки, а волновод 12 (30) - эквивалент скрутки 18 без поворота плоскости поляризации.When placing the patented device in a long narrow container, another final implementation of the irradiating system is preferable, in which the slot exciters 5 and 6 (27 and 28) of the low-frequency excitation device 3 (4) are coaxial (Fig. 4) and connected by rectangular waveguides 11 and 12 (29 and 30). In this case, the waveguide 11 (29) contains an element of rotation of the plane of polarization 17 through 180 °, made in the form of a 180-degree twist, and the waveguide 12 (30) - the equivalent of twist 18 without rotation of the plane of polarization.

При использовании настоящего устройства в дециметровом или длинноволновой части сантиметрового диапазона волн щелевые возбудители 5 и 6 (27 и 28) низкочастотного устройства возбуждения 3 (4) рупорного облучателя 1 располагаются со смещением относительно друг друга, так что оси щелевых возбудителей 5 и 6 (27 и 28) не совпадают и параллельны друг другу. Щелевые возбудители 5 и 6 (27 и 28) соединены (фиг.6) двумя коаксиальными волноводами 11 и 12 и каждый содержит по два элемента связи 19 и 20 и 21 и 22 коаксиальных волноводов 11 и 12 со щелями 7 и 8 и 9 и 10. При этом на щелевом возбудителе 6 элементы связи 21 и 22 коаксиального волновода 11 и 12 со щелями связи расположены симметрично относительно плоскости, проходящей через ось щелевого возбудителя 6, а на щелевом возбудителе 5 установлены с поворотной симметрией относительно друг друга. Такое соединение особенно эффективно применять для устройств возбуждения, работающих в приемном режиме. Элементы связи 19, 20, 21, 22 на фиг.6 содержат элементы согласования и фильтрации 14.When using this device in the decimeter or long-wavelength part of the centimeter wave range, slot exciters 5 and 6 (27 and 28) of the low-frequency excitation device 3 (4) of the horn feed 1 are offset relative to each other, so that the axis of the slot exciters 5 and 6 (27 and 28) do not coincide and are parallel to each other. Slit pathogens 5 and 6 (27 and 28) are connected (Fig. 6) by two coaxial waveguides 11 and 12 and each contains two coupling elements 19 and 20 and 21 and 22 of coaxial waveguides 11 and 12 with slots 7 and 8 and 9 and 10 In this case, on the slot exciter 6, the coupling elements 21 and 22 of the coaxial waveguide 11 and 12 with coupling slots are located symmetrically with respect to the plane passing through the axis of the slot exciter 6, and on the slot exciter 5 are mounted with rotational symmetry relative to each other. Such a connection is especially effective for driving devices operating in receive mode. The communication elements 19, 20, 21, 22 in Fig.6 contain elements of coordination and filtering 14.

Элементы связи 19, 20, 21 и 22 выполняют функцию устройств согласования щелей связи 7, 8, 9, 10 с коаксиальными волноводами 11, 12, и конструктивно аналогичны известным коаксиально-волноводным трансформаторам, например, таким, как описаны в «Устройства СВЧ», Д.М.Сазонов, А.Н.Гридин, Б.А.Мишустин, Москва, «Высшая школа», 1981 г., с.295.Communication elements 19, 20, 21 and 22 function as matching devices for communication slots 7, 8, 9, 10 with coaxial waveguides 11, 12, and are structurally similar to known coaxial waveguide transformers, for example, such as those described in "Microwave Devices", D. M. Sazonov, A. N. Gridin, B. A. Mishustin, Moscow, Higher School, 1981, p. 295.

Элементы поворота плоскости поляризации (15, 16, 17 и 18) могут иметь различное конструктивное выполнение (фиг.5). Элемент поворота плоскости поляризации 17 на 180° выполнен в виде двух последовательно включенных 90-градусных скруток 15 с одинаковым направлением поворота плоскости поляризации, а эквивалент скрутки 18 выполнен в виде двух последовательно включенных 90-градусных скруток, поворот плоскости поляризации в которых осуществляется в разные стороны (см. «Справочник по элементам радиоэлектронных устройств», под ред. В.Н.Дулина и М.С.Жука. - Москва, «Энергия», 1978 г.).The elements of rotation of the plane of polarization (15, 16, 17 and 18) can have different structural designs (figure 5). The element of rotation of the plane of polarization 17 through 180 ° is made in the form of two serially connected 90-degree twists 15 with the same direction of rotation of the plane of polarization, and the equivalent of twist 18 is made in the form of two serially connected 90-degree twists, the rotation of the plane of polarization in which is carried out in different directions (see. "Reference on the elements of electronic devices", edited by V.N. Dulin and M.S. Zhuk. - Moscow, "Energy", 1978).

Для работы патентуемого устройства в приемном режиме низкочастотные устройства возбуждения 3 и 4 рупорного облучателя 1 содержат по два малошумящих усилителя. Например, для низкочастотного устройства возбуждения 3 это усилители 23 и 24 (фиг.7) с одинаковыми амплитудно-фазовыми частотными характеристиками. Вход малошумящих усилителей 23 и 24 соединен с щелевым возбудителем 5, являющимся частью рупорного облучателя зеркальной антенны, а выход - с волноводами 11 и 12, соединяющими щелевые возбудители 5 и 6. Усилители 23 и 24 обеспечивают повышение шумовой добротности антенны за счет уменьшения вносимых волноводами и устройствами преобразования поляризации шумовых искажений принимаемого сигнала и могут быть реализованы, например, по схеме с малошумящими транзисторами («Микроволновые устройства телекоммуникационных систем, т.2. - Устройства приемного и передающего трактов. Проектирование устройств и реализация систем. М.З.Згуровский, М.Е.Ильченко, С.А.Кравчук, Т.Н.Нарытник, Ю.И.Якименко, Киев, «Полiтeхнiка», 2003 г.). В низкочастотном устройстве возбуждения 4 используют аналогичное конструктивно-компоновочное размещение двух малошумящих усилителей (не показано).To operate the patented device in the receiving mode, the low-frequency excitation devices 3 and 4 of the horn feed 1 contain two low-noise amplifiers. For example, for a low-frequency excitation device 3, these are amplifiers 23 and 24 (Fig. 7) with the same amplitude-phase frequency characteristics. The input of low-noise amplifiers 23 and 24 is connected to the slot exciter 5, which is part of the horn irradiator of the mirror antenna, and the output to the waveguides 11 and 12 connecting the slot exciters 5 and 6. The amplifiers 23 and 24 provide an increase in the noise figure of merit of the antenna due to a decrease in the input waveguides and devices for converting the polarization of noise distortions of the received signal and can be implemented, for example, according to the scheme with low-noise transistors (“Microwave devices of telecommunication systems, v. 2. - Receiving devices transmission and transmission paths. Designing devices and implementing systems. M.Z. Zgurovsky, M. E. Ilchenko, S. A. Kravchuk, T. N. Narytnik, Yu. I. Yakimenko, Kiev, Politekhnika, 2003 ) In the low-frequency excitation device 4, a similar structural arrangement of two low-noise amplifiers (not shown) is used.

Работа патентуемой многочастотной облучающей системы с разделением ортогональных поляризаций поясняется на примере трехчастотной облучающей системы зеркальной антенны, работающей для определенности на всех частотах в приемном режиме.The operation of a patented multi-frequency irradiating system with separation of orthogonal polarizations is illustrated by the example of a three-frequency irradiating system of a mirror antenna, operating for definiteness at all frequencies in the receiving mode.

Сигналы, принимаемые зеркальной антенной, собираются в рупорном облучателе (1 на фиг.1), фазовый центр которого должен совпадать с фокусом зеркальной системы. Чтобы рупорный облучатель 1 нормально функционировал в многочастотном режиме работы, в рабочем диапазоне частот не должны меняться положение его фазового центра и диаграмма направленности в секторе углов в пределах облучения зеркала (или субрефлектора для двухзеркальных антенн). Для обеспечения этого условия рупор должен работать в «расфазированном» режиме, при котором сферическая составляющая фазовой ошибки в его раскрыве должна превышать ~90° на всех рабочих частотах. Это условие выполняется при соответствующем выборе диаметра излучающей апертуры и конусности рупора. С торца секции 25 рупора 1, при работе его в режиме разделения ортогональных поляризаций, к рупору присоединяется устройство преобразования и разделения ортогональных поляризаций 26, работающее на самой высокой частоте из рабочего диапазона частот. В зависимости от требований к антенне это устройство может быть специализированным для приема только одного вида ортогональных поляризаций (например, двух линейных или двух круговых), либо может быть универсальным, способным подстраиваться под прием любой пары ортогональных поляризаций. С выхода устройства преобразования и разделения ортогональных поляризаций 26 сигналы по волноводам 35, 36 поступают в приемник с двумя независимыми входами для приема ортогональных поляризаций (на фиг.1 не показан).The signals received by the mirror antenna are collected in the horn feed (1 in FIG. 1), the phase center of which must coincide with the focus of the mirror system. In order for the horn irradiator 1 to function normally in the multi-frequency mode of operation, the position of its phase center and the radiation pattern in the angle sector within the limits of the irradiation of the mirror (or subreflector for two-mirror antennas) should not change in the operating frequency range. To ensure this condition, the horn must operate in a “out-of-phase” mode, in which the spherical component of the phase error in its aperture should exceed ~ 90 ° at all operating frequencies. This condition is satisfied with an appropriate choice of the diameter of the radiating aperture and the conicity of the horn. At the end of section 25 of the speaker 1, when it is operating in the orthogonal polarization separation mode, a device for converting and separating orthogonal polarizations 26 operating at the highest frequency from the operating frequency range is connected to the speaker. Depending on the requirements for the antenna, this device can be specialized for receiving only one type of orthogonal polarization (for example, two linear or two circular), or it can be universal, able to adapt to the reception of any pair of orthogonal polarizations. From the output of the device for converting and separating orthogonal polarizations 26, the signals along the waveguides 35, 36 are fed to a receiver with two independent inputs for receiving orthogonal polarizations (not shown in FIG. 1).

Через горло рупорного облучателя 1 в торце меньшего диаметра секции 25 проходят только сигналы самого высокочастотного диапазона. Это определяется выбором поперечного размера выходного отверстия рупорного облучателя 1, обеспечивающего нормальную работу устройства разделения ортогональных поляризаций 26 в согласованном одномодовом режиме. Сигналы низкочастотных диапазонов не доходят до горла рупорного облучателя 1, а через щели в боковой поверхности рупорного облучателя соответствующего низкочастотного устройства возбуждения 3 или 4 (фиг.1) и последующие его элементы поступают в устройство преобразования и разделения ортогональных поляризаций 13 или 32, и далее с выхода этого устройства через волноводы 37, 38 или 39, 40 в соответствующее приемное устройство (на фиг.1 не показано).Only signals of the highest frequency range pass through the throat of the horn feed 1 at the end of the smaller diameter of section 25. This is determined by the choice of the transverse size of the outlet of the horn feed 1, which ensures the normal operation of the device for separating orthogonal polarizations 26 in a coordinated single-mode mode. The signals of the low-frequency ranges do not reach the throat of the horn irradiator 1, but through the slits in the side surface of the horn irradiator of the corresponding low-frequency excitation device 3 or 4 (Fig. 1) and its subsequent elements enter the device for converting and separating orthogonal polarizations 13 or 32, and then the output of this device through the waveguides 37, 38 or 39, 40 to the corresponding receiving device (not shown in Fig. 1).

Предусмотрено, что диаметр сечения боковой поверхности рупорного облучателя 1, где расположены щели связи, пропорционален длине волны, на которой работает соответствующее низкочастотное устройство возбуждения рупорного облучателя 3 или 4. Щель связи (7, 8, фиг.3) располагается в таком поперечном сечении рупора 1, диаметр которого близок к критическому диаметру основной волны для данного диапазона частот.It is provided that the diameter of the cross-section of the lateral surface of the horn feed 1, where the communication slots are located, is proportional to the wavelength at which the corresponding low-frequency exciter device of the horn feed 3 or 4 is operating. The communication slit (7, 8, FIG. 3) is located in such a cross-section of the horn 1, the diameter of which is close to the critical diameter of the main wave for a given frequency range.

Конструктивное соединение волноводов, показанное на фиг.3, 4, 6, в согласованном режиме работы устройств возбуждения 3, 4 обеспечивает независимость амплитудного и фазового коэффициента передачи устройства возбуждения от состояния поляризации приходящего сигнала. Это достигается тем, что при описанном варианте соединения электромагнитная волна в щелевом возбудителе 5, поляризованная в плоскости симметрии после прохождения через щели 7, 8 волноводов 11, 12, а затем через щели 9, 10 оказывается в щелевом возбудителе 6 поляризованной перпендикулярно плоскости симметрии щелей. И наоборот, волна, поляризованная в щелевом возбудителе 5 перпендикулярно плоскости симметрии, в щелевом возбудителе 6 оказывается поляризованной в плоскости симметрии. Следует также отметить, что в патентуемом устройстве поступающая в рупорный облучатель 1 волна правой круговой поляризации на входе низкочастотных устройств преобразования и разделения ортогональных поляризаций 13, 32 оказывается левой круговой поляризации и наоборот. В высокочастотном устройстве возбуждения 2, подсоединенном к рупору с торца, такого преобразования поляризации не происходит.The structural connection of the waveguides shown in Figs. 3, 4, 6, in the coordinated mode of operation of the excitation devices 3, 4 ensures the independence of the amplitude and phase transfer coefficient of the excitation device from the polarization state of the incoming signal. This is achieved by the fact that in the described embodiment, the electromagnetic wave in the slot exciter 5, polarized in the plane of symmetry after passing through the slots 7, 8 of the waveguides 11, 12, and then through the slots 9, 10 is polarized in the slot exciter 6 perpendicular to the plane of symmetry of the slits. And vice versa, a wave polarized in the gap exciter 5 perpendicular to the plane of symmetry in the gap exciter 6 is polarized in the plane of symmetry. It should also be noted that in the patented device, a right-handed circular polarization wave entering horn irradiator 1 at the input of low-frequency conversion and orthogonal polarization separation devices 13, 32 turns out to be left-handed circular polarization and vice versa. In the high-frequency excitation device 2, connected to the speaker from the end, such a polarization conversion does not occur.

Заявителем были проведены испытания опытных образцов разработанной многочастотной облучающей системы зеркальной антенны с разделением ортогональных поляризаций в различных вариантах конструктивной реализации. Испытания подтвердили высокую энергетическую эффективность и надежность работы патентуемого устройства, что достигается:The applicant conducted tests of prototypes of the developed multi-frequency irradiating system of a mirror antenna with separation of orthogonal polarizations in various design options. Tests have confirmed the high energy efficiency and reliability of the patented device, which is achieved by:

- за счет существенных конструкционно-компоновочных усовершенствований облучающего устройства многочастотной зеркальной антенны;- due to significant structural and layout improvements of the irradiating device of a multi-frequency mirror antenna;

- за счет уменьшения числа щелей и соединяющих их волноводов, сокращения длин волноводов. Это позволяет исключить необходимость введения в состав соединяющих волноводов различных суммирующих и мостовых соединений, существенно усложняющих конструкцию устройств возбуждения рупорного облучателя, уменьшить диссипацию электромагнитной энергии и повысить эффективность работы всей зеркальной антенны.- by reducing the number of slots and the waveguides connecting them, reducing the length of the waveguides. This eliminates the need for introducing into the composition of the connecting waveguides various summing and bridge connections, which significantly complicate the design of the excitation devices of the horn feed, reduce the dissipation of electromagnetic energy and increase the efficiency of the entire mirror antenna.

Существенное упрощение конструкции устройств возбуждения рупорного облучателя и уменьшение габаритных размеров облучающей системы обеспечивают повышенную эффективность использования патентуемого устройства в системах дальней космической, радиорелейной и спутниковой связи СВЧ-диапазона и в антенно-фидерных устройствах радиотелескопов.Significant simplification of the design of horn irradiator excitation devices and reduction of the overall dimensions of the irradiating system provide increased efficiency of using the patented device in microwave, satellite, radio-relay and satellite telecommunication systems.

Claims

1. A multi-frequency irradiating system of a mirror antenna with separation of orthogonal polarizations, comprising a horn irradiator and exciter devices of a horn irradiator, one of which is high-frequency and connected to the horn irradiator from the end, and the other low-frequency, each low-frequency excitation device includes two identical slotted exciters containing communication gaps located orthogonally to each other, and one slot pathogen of each low-frequency excitation device is part of the horn the irradiator and the communication slit are made in its lateral surface in sections whose diameter is close to the critical diameter of the main wave, on which the corresponding low-frequency excitation device operates, and the other slot exciter is connected to the device for converting and separating orthogonal polarizations, characterized in that each slot low-frequency exciter the excitation device contains two communication slots located symmetrically with respect to the plane passing through the axis of the slot exciter, while gap exciter one low frequency excitation devices are connected to each other by two waveguides associated with coupling slots.

2. The device according to claim 1, characterized in that the slot exciters of the low-frequency exciter horn exciter device are arranged with a mutual displacement of the axes, so that the axes of the slot exciters are parallel to each other, while the slot exciters are connected by rectangular waveguides that contain one element of rotation of the polarization plane , each of which is made in the form of a 90-degree twist, with the same direction of rotation of the plane of polarization.

3. The device according to claim 1, characterized in that the slot exciters of the low-frequency excitation device are coaxial and connected by rectangular waveguides, while one of the waveguides contains an element of rotation of the polarization plane through 180 ° made in the form of a 180-degree twist, and the other is the equivalent of twisting without turning the plane of polarization,

4. The device according to claim 1, characterized in that the slot exciters of the low-frequency exciter device of the horn irradiator are located with a mutual displacement of the axes, so that the axis of the slot exciters are parallel to each other, the slot exciters are connected by two coaxial waveguides and each contains two coupling elements of coaxial waveguides with coupling slots, while on one slot exciter, the coupling elements of coaxial waveguides with coupling slots are arranged symmetrically with respect to the plane passing through the axis of the slot exciter Itel, and on the other coupling elements are located in accordance with the symmetry of rotation of 90 ° around the axis of rotation of the pathogen.

5. The device according to claim 3, characterized in that the element of rotation of the polarization plane through 180 ° is made in the form of two serially connected 90-degree twists with the same direction of rotation of the plane of polarization, and the equivalent of twisting - in the form of two serially connected 90-degree twists, rotation of the plane of polarization in which is carried out in different directions.

6. The device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the low-frequency excitation devices of the horn feed for operating in the receive mode contain two low-noise amplifiers with the same amplitude-phase frequency characteristics, connected at the input to the slot exciter, which is part of the horn feed mirror antenna, and the output with waveguides connecting slotted pathogens.

7. The device according to claim 1, characterized in that the slot exciters of the low-frequency exciter device of the horn feed are conical or cylindrical.