RU2566652C1 - Elliptically polarised antenna - Google Patents

Elliptically polarised antenna Download PDF

Info

Publication number
RU2566652C1
RU2566652C1 RU2014131646/28A RU2014131646A RU2566652C1 RU 2566652 C1 RU2566652 C1 RU 2566652C1 RU 2014131646/28 A RU2014131646/28 A RU 2014131646/28A RU 2014131646 A RU2014131646 A RU 2014131646A RU 2566652 C1 RU2566652 C1 RU 2566652C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cone
reflector
base
antenna
angle
Prior art date
Application number
RU2014131646/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виктор Дмитриевич Двуреченский
Андрей Борисович Захаренко
Павел Петрович Телепнев
Александр Юрьевич Федотов
Original Assignee
Акционерное общество "Научно-производственная корпорация "Космические системы мониторинга, информационно-управляющие и электромеханические комплексы" имени А.Г. Иосифьяна" (АО "Корпорация "ВНИИЭМ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Научно-производственная корпорация "Космические системы мониторинга, информационно-управляющие и электромеханические комплексы" имени А.Г. Иосифьяна" (АО "Корпорация "ВНИИЭМ") filed Critical Акционерное общество "Научно-производственная корпорация "Космические системы мониторинга, информационно-управляющие и электромеханические комплексы" имени А.Г. Иосифьяна" (АО "Корпорация "ВНИИЭМ")
Priority to RU2014131646/28A priority Critical patent/RU2566652C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2566652C1 publication Critical patent/RU2566652C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.
SUBSTANCE: invention relates to antennae for spacecraft operating at orbits at an altitude of 400 km to 1000 km. The beam pattern of such antennae must have a maximum in the directions ±(60°-70°) and an elliptic coefficient of not less than 0.4 in an angle sector of -70° to 70° from the antenna axis. The spacecraft antenna comprises a reflector, an auxiliary mirror and a coaxially arranged radiator in the form of an open end of a circular waveguide with diameter dW. The reflector is made from multiple coaxial and adjoining metal surfaces of truncated cones, wherein the larger base of each previous cone is the smaller base of each next cone, and the smaller base of the first cone is formed by the open end of the circular waveguide over which an auxiliary mirror is mounted at a height of h=dW-2.5dW, said auxiliary mirror being in the form of a metal disc with diameter dZ≤1.2dW. If the reflector is in the form of three coaxial surfaces of truncated cones, the base angle of the first cone is 0°<β<15°, the base angle of the second cone is 20°≤γ≤75° and the base angle of the third cone is 1°≤α≤20°. If β=0°, if the reflector consists of two cones, the base angles of the cones are in the ranges 1°≤α≤5° and 40°≤γ≤50°. Owing to the extended multi-cone form of the surface of the reflector, as well as the arrangement of a flat auxiliary mirror over the reflector, an optimum antenna beam pattern is provided, with the required elliptic coefficient greater than 0.4 and with maximum radiation in the angle sector ±(60°-70°), which enables to use said antenna on spacecraft.
EFFECT: producing an antenna with allows maximum radiation of elliptically polarised electromagnetic waves.
3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к антенной технике, в частности к антеннам для космических аппаратов (КА), функционирующих на орбите высотой от 400 км до 1000 км. Диаграмма направленности (ДН) таких антенн должна иметь максимум в направлениях ±(60°÷70°) и коэффициент эллиптичности (КЭ) не менее 0.4 в секторе углов от -70° до 70° от оси антенны.The invention relates to antenna technology, in particular to antennas for spacecraft (SC), operating in orbit with altitudes from 400 km to 1000 km The directivity pattern (LH) of such antennas should have a maximum in the directions ± (60 ° ÷ 70 °) and an ellipticity coefficient (CE) of at least 0.4 in the angle sector from -70 ° to 70 ° from the axis of the antenna.

Известны спиральные антенны фирмы RUAG (Aerospace Defence Teclmology) (http://wvm.raag.comyde/Space/Products/Satellite_Corrmiuniennas/xband_helix_antenna2) [1], имеющие максимум ДН в направлении ±60° с коэффициентом усиления в этом направлении не более 5 дБ и 3÷4 дБ в направлении ±70°, коэффициентом эллиптичности не менее 0.4. Графики угловой зависимости представлены на сайте Фимы RUAG по ссылке [1].The spiral antennas of RUAG (Aerospace Defense Teclmology) (http: //wvm.raag.comyde/Space/Products/Satellite_Corrmiuniennas/xband_helix_antenna2) are known [1], having a maximum beam pattern in the direction of ± 60 ° with a gain in this direction of no more than 5 dB and 3 ÷ 4 dB in the direction of ± 70 °, the ellipticity coefficient of at least 0.4. Graphs of angular dependence are presented on the website of Fima RUAG at the link [1].

Недостатком таких антенн является недостаточный коэффициент усиления (КУ).The disadvantage of such antennas is the lack of gain (KU).

Известны волноводные рупорные антенны излучающие электромагнитные волны с эллиптической поляризацией, максимально излучающие по нормали, см., например, «Антенны УКВ». Под ред. Г.З. Айзенберга. В 2-х ч., 4.1. М., ″Связь″, 1977, с. 269-274 [2].Known waveguide horn antennas emitting electromagnetic waves with elliptical polarization, emitting the maximum along the normal, see, for example, "VHF Antennas". Ed. G.Z. Eisenberg. In 2 hours, 4.1. M., ″ Communication ″, 1977, p. 269-274 [2].

КУ этой антенны в направлениях ±(60°÷70°) от ее оси составляет менее 0 дБ, что неприемлемо для антенн КА.The gain of this antenna in the directions ± (60 ° ÷ 70 °) from its axis is less than 0 dB, which is unacceptable for SC antennas.

Известны также антенны с излучателем в виде открытого конца цилиндрического волновода, установленного в коническом отражателе, снабженные вспомогательным параболическим зеркалом. Диаметр зеркала равен диаметру основания конуса отражателя. Угол при вершине конуса, определяет направление максимума ДН, см. «Распространение радиоволн», IВЦ «Видавництво «Полiтехнiка»», 2003. - Т. 1, «Антенные и частотно-избирательные устройства», с. 242, рис 2.109 [3].Also known are antennas with a radiator in the form of the open end of a cylindrical waveguide mounted in a conical reflector, equipped with an auxiliary parabolic mirror. The diameter of the mirror is equal to the diameter of the base of the cone of the reflector. The angle at the apex of the cone determines the direction of the maximum of the beam, see "Propagation of Radio Waves", Ivc "Vidavnitsvo" Polytechnika ", 2003. - V. 1," Antenna and frequency-selective devices, p. 242, Fig. 2.109 [3].

Указанная антенна является наиболее близким аналогом и выбрана в качестве прототипа предложенного изобретения.The specified antenna is the closest analogue and is selected as a prototype of the proposed invention.

Недостатком [3] является невозможность реализации необходимого КУ излучения в направлениях до ±(60°÷70°) из-за существенного затенения указанной области вспомогательным зеркалом.The disadvantage of [3] is the impossibility of realizing the necessary KU radiation in directions up to ± (60 ° ÷ 70 °) due to the significant shadowing of this region by an auxiliary mirror.

Задачей, на решение которой направлено предложенное изобретение, является создание антенны (для КА) с эллиптической поляризацией с максимумами излучения в направлениях ±(60°÷70°) и КЭ не менее 0.4 в секторе углов от -70° до 70° от оси антенны.The problem to which the invention is directed is to create an antenna (for spacecraft) with elliptical polarization with radiation maxima in the directions ± (60 ° ÷ 70 °) and FE of at least 0.4 in the angle sector from -70 ° to 70 ° from the axis of the antenna .

Решение указанной задачи обеспечивается тем, что в антенне космического аппарата, содержащей отражатель, вспомогательное зеркало и расположенный соосно с ними излучатель в виде открытого конца круглого волновода диаметром dB, согласно изобретению отражатель выполнен из нескольких соосных и примыкающих к друг другу металлических поверхностей усеченных конусов, при этом большее основание каждого предыдущего конуса является меньшим основанием каждого последующего конуса, а меньшее основание первого конуса образовано открытым концом круглого волновода, над которым на высоте h≤2.5dB закреплено вспомогательное зеркало, выполненное в виде металлического диска диаметром dЗ≤1.2dB. При выполнении отражателя в виде трех соосных поверхностей усеченных конусов угол при основании первого конуса составляет 0°≤β≤15°, угол при основании второго конуса составляет 20°≤γ≤75°, а угол при основании третьего конуса составляет 1°≤α≤20°. При β=0°, в когда отражатель состоит из 2-х конусов, углы при основании конусов находятся в следующих диапазонах 1°≤α≤5° и 40°≤γ≤50°.The solution to this problem is provided by the fact that in the antenna of the spacecraft containing a reflector, an auxiliary mirror and a radiator located coaxially with them in the form of the open end of a circular waveguide with a diameter d B , according to the invention, the reflector is made of several truncated cones, coaxial and adjacent to each other, the larger base of each previous cone is the smaller base of each subsequent cone, and the smaller base of the first cone is formed by the open end ruglogo waveguide on which at an altitude of h≤2.5d B fixed auxiliary mirror provided in the form of a metal disc with a diameter d G ≤1.2d B. When the reflector is made in the form of three coaxial surfaces of truncated cones, the angle at the base of the first cone is 0 ° ≤β≤15 °, the angle at the base of the second cone is 20 ° ≤γ≤75 °, and the angle at the base of the third cone is 1 ° ≤α≤ 20 °. At β = 0 °, when the reflector consists of 2 cones, the angles at the base of the cones are in the following ranges 1 ° ≤α≤5 ° and 40 ° ≤γ≤50 °.

Техническим результатом настоящего изобретения является то, что за счет предложенной многоконусной формы поверхности отражателя, а также размещения и формы вспомогательного зеркала обеспечивается расширение ДН антенны с максимальным излучением в направлении ±(60°÷70°) и КЭ более 0.4 в секторе углов от -70° до 70° относительно оси антенны.The technical result of the present invention is that due to the proposed multi-conical shape of the reflector surface, as well as the placement and shape of the auxiliary mirror, the antenna beam is expanded with a maximum radiation in the direction of ± (60 ° ÷ 70 °) and FE more than 0.4 in the angle sector from -70 ° to 70 ° relative to the axis of the antenna.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где:The invention is illustrated by drawings, where:

на фиг. 1 показан общий вид антенны (с продольным разрезом); на фиг. 2 и 3 представлены угловые зависимости усиления и коэффициента эллиптичности предлагаемой антенны.in FIG. 1 shows a general view of the antenna (with a longitudinal section); in FIG. Figures 2 and 3 show the angular dependences of the gain and ellipticity coefficient of the proposed antenna.

Позиции, показанные на фиг. 1, означают следующее:The positions shown in FIG. 1, mean the following:

антенна: 1 - излучатель; 2 - цилиндрический волновод; 3 - конический отражатель; 4 - вспомогательное зеркало; 5 - тонкостенная диэлектрическая трубка, которая является стойкой вспомогательного зеркала.antenna: 1 - emitter; 2 - a cylindrical waveguide; 3 - conical reflector; 4 - auxiliary mirror; 5 - thin-walled dielectric tube, which is a rack of the auxiliary mirror.

Предложенная антенна состоит из излучателя 1, выполненного в виде открытого конца цилиндрического волновода 2, диаметром - dB. Цилиндрический волновод 2 установлен в металлическом коническом отражателе 3, над которым расположено вспомогательное плоское зеркало 4, закрепленное посредством стойки в виде тонкостенной диэлектрической трубки 5. Зеркало 4 расположено симметрично и перпендикулярно относительно оси конического отражателя 3, который может быть выполнен в виде конической поверхности, образованной двумя усеченными конусами, или в виде конической поверхности, образованной тремя усеченными конусами (в первом случае β=0°, см. ниже). Вспомогательное зеркало 4 выполнено в виде металлического диска (с диаметром d3), расположенного симметрично на высоте h над излучателем 1 волновода 2.The proposed antenna consists of a radiator 1, made in the form of the open end of a cylindrical waveguide 2, with a diameter of d B. The cylindrical waveguide 2 is installed in a metal conical reflector 3, above which there is an auxiliary flat mirror 4, mounted by a rack in the form of a thin-walled dielectric tube 5. The mirror 4 is located symmetrically and perpendicular to the axis of the conical reflector 3, which can be made in the form of a conical surface formed two truncated cones, or in the form of a conical surface formed by three truncated cones (in the first case β = 0 °, see below). The auxiliary mirror 4 is made in the form of a metal disk (with a diameter of d 3 ) located symmetrically at a height h above the emitter 1 of the waveguide 2.

В соответствии с настоящим изобретением, при наличии трех усеченных конусов величина h=dB÷2.5dB, а углы α1=α, α2=γ, α3=β, для которых необходимо выполнение условий 1°≤α≤20°, 20°≤γ≤75°, 0°≤β≤15°. При β=0° (2 усеченных конуса), 1°≤α≤5° и 40°≤γ≤50°.In accordance with the present invention, in the presence of three truncated cones, the value h = d B ÷ 2.5d B , and the angles α 1 = α, α 2 = γ, α 3 = β, for which it is necessary to fulfill the conditions 1 ° ≤α≤20 ° , 20 ° ≤γ≤75 °, 0 ° ≤β≤15 °. At β = 0 ° (2 truncated cones), 1 ° ≤α≤5 ° and 40 ° ≤γ≤50 °.

В соответствии с настоящим изобретением работа антенны осуществляется следующим образом.In accordance with the present invention, the operation of the antenna is as follows.

Электромагнитные волны с эллиптической поляризацией, излучаемые открытым концом круглого волновода, рассеиваются вспомогательным зеркалом главным образом в направлении отражателя, который переизлучает падающую на него волну таким образом, что в дальней зоне формируется широкоугольная круговая ДН с максимумами излучения в направлениях ±(60°÷70°) от оси устройства.Electromagnetic waves with elliptical polarization emitted by the open end of a circular waveguide are scattered by an auxiliary mirror mainly in the direction of the reflector, which reradiates the incident wave in such a way that a wide-angle circular beam is formed in the far zone with radiation maximums in the directions ± (60 ° ÷ 70 ° ) from the axis of the device.

Угловые зависимости коэффициента усиления (КУ) и коэффициента эллиптичности антенны, представленные на фиг. 2 и 3, показаны для рабочей частоты 8.2 ГГц для отражающей поверхности из 3-х конусов и следующих конструктивных параметров: Dk=320 мм, диаметр основания 2-го конуса равен 102 мм, dЗ≤1.2dB. Из этих зависимостей следует, что КУ предложенной антенны с эллиптической поляризацией КАДЗЗ в направлениях ±(60°÷66°) равен 5.8-6.3 дБ, а в направлениях ±(67°÷70°) - 5.6-5 дБ, т.е. на (1.7÷1.5) дБ больше, чем у аналога, а коэффициент эллиптичности при этом не менее 0.4 в секторе углов от -70° до 70° относительно оси антенны.The angular dependences of the gain (KU) and the ellipticity coefficient of the antenna shown in FIG. 2 and 3, are shown for the operating frequency of 8.2 GHz for a reflecting surface of 3 cones and the following structural parameters: D k = 320 mm, the diameter of the base of the 2nd cone is 102 mm, d W ≤1.2d B. From these dependences it follows that the gain of the proposed antenna with elliptical polarization KADZZ in the directions ± (60 ° ÷ 66 °) is 5.8-6.3 dB, and in the directions ± (67 ° ÷ 70 °) - 5.6-5 dB, i.e. (1.7 ÷ 1.5) dB more than the analogue, and the ellipticity coefficient is at least 0.4 in the angle sector from -70 ° to 70 ° relative to the axis of the antenna.

Таким образом, многоконусная форма поверхности отражателя и размещение плоского вспомогательного зеркала над отражателем обеспечивают оптимальную ДН антенны с требуемым коэффициентом эллиптичности (более 0.4) и с максимальным излучением в секторе углов ±(60°÷70°), что позволяет использовать эту антенну на КА.Thus, the multi-conical shape of the reflector surface and the placement of a flat auxiliary mirror above the reflector provide the optimal antenna ID with the required ellipticity coefficient (more than 0.4) and with maximum radiation in the angle sector ± (60 ° ÷ 70 °), which makes it possible to use this antenna on a spacecraft.

ЛитератураLiterature

1. http://www.ruag.com/de/Space/Products/Satellite_Communication_Equipment/Antennas/xband_helix_antenna2.1.Http: //www.ruag.com/de/Space/Products/Satellite_Communication_Equipment/Antennas/xband_helix_antenna2.

2. «Антенны УКВ». Под ред. Г.З. Айзенберга. В 2-х ч., 4.1. М., ″Связь″, 1977, 384 с. с ил.2. “VHF antennas”. Ed. G.Z. Eisenberg. In 2 hours, 4.1. M., ″ Communication ″, 1977, 384 pp. with silt.

3. Микроволновые устройства телекоммуникационных систем/ М.З. Згуровский, М.Е. Ильченко, С.А. Кравчук и др.: В 2 т. - К.: IВЦ «Видавництво», «Полiтехнiка», 2003. - Т. 1: Распространение радиоволн. Антенные и частотно избирательные устройства. - 456 с.: ил.3. Microwave devices of telecommunication systems / M.Z. Zgurovsky, M.E. Ilchenko, S.A. Kravchuk et al .: In 2 vols. - К .: IВЦ "Vidavnitsvo", "Politekhnika", 2003. - V. 1: Propagation of radio waves. Antenna and frequency selective devices. - 456 p.: Ill.

Claims (3)

1. Антенна космического аппарата, содержащая отражатель, вспомогательное зеркало и расположенный соосно с ними излучатель в виде открытого конца круглого волновода диаметром dВ, отличающаяся тем, что отражатель выполнен из нескольких соосных и примыкающих к друг другу металлических поверхностей усеченных конусов, так что большее основание каждого предыдущего конуса является меньшим основанием каждого последующего конуса, а меньшее основание первого конуса образовано открытым концом круглого волновода, над которым на высоте h=dВ÷2.5dВ закреплено вспомогательное зеркало, выполненное в виде металлического диска диаметром dЗ≤1.2dВ.1. The antenna of the spacecraft, containing a reflector, an auxiliary mirror and a radiator located coaxially with them in the form of the open end of a circular waveguide with a diameter d B , characterized in that the reflector is made of several truncated cones that are coaxial and adjacent to each other metal surfaces, so that a larger base of each previous cone is the smaller base of each subsequent cone, and the smaller base of the first cone is formed by the open end of the circular waveguide, above which at a height h = d B ÷ 2.5d B fixed auxiliary mirror provided in the form of a metal disc with diameter d H ≤1.2d B. 2. Антенна по п. 1, отличающаяся тем, что при выполнении отражателя в виде трех соосных поверхностей усеченных конусов, угол при основании первого конуса составляет 0°<β≤15°, угол при основании второго конуса составляет 20°≤γ≤75°, а угол при основании третьего конуса составляет 1°≤α≤20°.2. The antenna according to claim 1, characterized in that when the reflector is made in the form of three coaxial surfaces of truncated cones, the angle at the base of the first cone is 0 ° <β≤15 °, the angle at the base of the second cone is 20 ° ≤γ≤75 ° and the angle at the base of the third cone is 1 ° ≤α≤20 °. 3. Антенна по п. 1, отличающаяся тем, что при двухконусном выполнении отражателя β=0°, углы α и γ при основании этих конусов составляют 1°≤α≤5° и 40°≤γ≤50°. 3. The antenna according to claim 1, characterized in that when the reflector is bicone β = 0 °, the angles α and γ at the base of these cones are 1 ° ≤α≤5 ° and 40 ° ≤γ≤50 °.
RU2014131646/28A 2014-07-31 2014-07-31 Elliptically polarised antenna RU2566652C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014131646/28A RU2566652C1 (en) 2014-07-31 2014-07-31 Elliptically polarised antenna

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014131646/28A RU2566652C1 (en) 2014-07-31 2014-07-31 Elliptically polarised antenna

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2566652C1 true RU2566652C1 (en) 2015-10-27

Family

ID=54362356

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014131646/28A RU2566652C1 (en) 2014-07-31 2014-07-31 Elliptically polarised antenna

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2566652C1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2099836C1 (en) * 1994-09-26 1997-12-20 Всероссийский научно-исследовательский институт "Градиент" Broadband four-beam mirror antenna (options)
RU2168248C1 (en) * 1999-08-30 2001-05-27 Войсковая часть 25714 Biconical antenna
RU2486642C1 (en) * 2012-04-19 2013-06-27 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ВОЕННАЯ АКАДЕМИЯ СВЯЗИ имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации Symmetrical polyconic antenna

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2099836C1 (en) * 1994-09-26 1997-12-20 Всероссийский научно-исследовательский институт "Градиент" Broadband four-beam mirror antenna (options)
RU2168248C1 (en) * 1999-08-30 2001-05-27 Войсковая часть 25714 Biconical antenna
RU2486642C1 (en) * 2012-04-19 2013-06-27 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ВОЕННАЯ АКАДЕМИЯ СВЯЗИ имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации Symmetrical polyconic antenna

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
RU 2486642 C1 (27.06.2013 . *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7889127B2 (en) Wide angle impedance matching using metamaterials in a phased array antenna system
US20080055175A1 (en) Multi-beam antenna
WO2017104754A1 (en) Antenna device
JPH02228104A (en) Wide band antenna
WO2016010717A1 (en) Antenna system
US5248987A (en) Widebeam antenna
US20140225796A1 (en) Ultra-broadband offset cassegrain dichroic antenna system for bidirectional satellite signal communication
EP3316397B1 (en) Fixed multibeam stereoscopic helical antenna array and helical antenna flexible support device thereof
US10566698B2 (en) Multifocal phased array fed reflector antenna
US11329398B2 (en) Conformal antenna
PL90789B1 (en)
RU2435263C1 (en) Dual-band antenna
US2477694A (en) Radio waves radiators
RU2566652C1 (en) Elliptically polarised antenna
JP6362512B2 (en) Reflect array antenna
KR100667159B1 (en) Circular Polarized Helical Radiating Element and its Array Antenna operating at TX/RX band
Gharaati et al. A novel single-layer microstrip antenna with tilted radiation pattern
Chen et al. Millimeter wave multi-beam reflector antenna
WO2018231844A1 (en) Parasitic antenna arrays incorporating fractal metamaterials
EP0055591A1 (en) Jemcy conical receiving antenna
JPH06291538A (en) Microwave polarization lens device
Nuangwongsa et al. Design of symmetrical beam triple-aperture waveguide antenna for primary feed of reflector
RU2620875C1 (en) Multibeam band dish antenna
RU2664870C1 (en) Non-inclined multiple multi-beam band double-reflector antenna
JP6747790B2 (en) Radar equipment