RU2598402C1 - Onboard multibeam double-reflector antenna with shifted focal axis - Google Patents
Onboard multibeam double-reflector antenna with shifted focal axis Download PDFInfo
- Publication number
- RU2598402C1 RU2598402C1 RU2015115132/28A RU2015115132A RU2598402C1 RU 2598402 C1 RU2598402 C1 RU 2598402C1 RU 2015115132/28 A RU2015115132/28 A RU 2015115132/28A RU 2015115132 A RU2015115132 A RU 2015115132A RU 2598402 C1 RU2598402 C1 RU 2598402C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- reflector
- mirror
- antenna
- axis
- focus
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Aerials With Secondary Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение предназначено для использования в составе радиотехнических устройств, находящихся на борту искусственного спутника Земли (ИСЗ), расположенного на геостационарной орбите (ГСО), для телевидения, радиовещания и радиосвязи в сантиметровом и миллиметровом диапазонах волн.The invention is intended for use as part of radio engineering devices on board an artificial Earth satellite (AES) located in a geostationary orbit (GSO) for television, broadcasting and radio communications in the centimeter and millimeter wave ranges.
Известны [1, 3] двухзеркальные антенны, состоящие из основного большого зеркала-рефлектора в виде параболоида вращения, вспомогательного малого зеркала-контррефлектора в виде гиперболоида вращения, а также облучателя, расположенного в одном из фокусов контррефлектора и излучающего в его сторону. Второй фокус контррефлектора в двухзеркальной антенне совмещен с фокусом рефлектора. Недостатком указанных антенн является попадание поля, отраженного контррефлектором, в облучатель.Known [1, 3] are two-mirror antennas consisting of a main large reflector mirror in the form of a rotation paraboloid, an auxiliary small counterreflector mirror in the form of a rotation hyperboloid, and an irradiator located in one of the foci of the reflector and radiating in its direction. The second focus of the counter-reflector in the two-mirror antenna is combined with the focus of the reflector. The disadvantage of these antennas is that the field reflected by the counter-reflector enters the irradiator.
Известны [2, 3] двухзеркальные антенны со смещенной фокальной осью, в которых фокальная ось параболы, являющаяся образующей основного зеркала, не совпадает с осью аксиальной симметрии антенны. Профили основного и вспомогательного зеркал в антеннах со смещенной фокальной осью представляют собой тело вращения на основе соответственно несимметричных вырезок параболы и гиперболы, расположенных по разные стороны от фокальной оси параболы так, что фокус параболы совмещен с первым фокусом гиперболы. При этом ось вращения проходит через второй фокус гиперболы и ее край, максимально удаленный от основного зеркала. Недостатком данной антенны является однолучевой режим формирования многолучевой диаграммы направленности.Known [2, 3] are two-mirror antennas with a displaced focal axis, in which the focal axis of the parabola, which forms the main mirror, does not coincide with the axis of axial symmetry of the antenna. The profiles of the primary and secondary mirrors in antennas with a shifted focal axis represent a body of revolution based on respectively asymmetric notches of a parabola and a hyperbola located on different sides from the focal axis of the parabola so that the focus of the parabola is aligned with the first focus of the hyperbola. In this case, the axis of rotation passes through the second focus of the hyperbola and its edge, as far as possible from the main mirror. The disadvantage of this antenna is a single-beam mode of forming a multi-beam pattern.
Для формирования множества парциальных лучей диаграммы направленности (ДН), обслуживающих локальные участки Земли, на ИСЗ, расположенных на ГСО, в качестве бортовых применяются известные гибридные зеркальные антенны [4]. Они состоят из основного зеркала в виде несимметричной (относительно фокальной оси) вырезки из параболоида вращения и кластера облучателей, образующих наклоненную в сторону рефлектора плоскую облучающую решетку, центр которой совмещен с фокусом параболоида. Смещение облучателя относительно фокуса параболоида приводит к изменению угла наклона парциального луча, формируемого каждым из облучателей облучающей решетки. Недостатком таких многолучевых антенн является малый угловой сектор, в котором возможно сформировать парциальные лучи. Кроме этого использование рефлектора неосесимметричной формы приводит к повышенному уровню кроссполяризационного излучения [1].For the formation of many partial beams of the radiation pattern (DL) serving the local areas of the Earth, on satellites located on the GSO, known hybrid reflector antennas are used as airborne [4]. They consist of a main mirror in the form of an asymmetric (relative to the focal axis) notch of rotation paraboloid and a cluster of irradiators, forming a flat irradiating array tilted towards the reflector, the center of which is aligned with the focus of the paraboloid. The displacement of the irradiator relative to the focus of the paraboloid leads to a change in the angle of inclination of the partial beam formed by each of the irradiators of the irradiating array. The disadvantage of such multi-beam antennas is the small angular sector in which it is possible to form partial beams. In addition, the use of a non-axisymmetric reflector leads to an increased level of cross-polarization radiation [1].
Техническим результатом, достигаемым изобретением, является расширение сектора формирования парциальных лучей ДН антенны при одновременном увеличении эффективности антенны и снижении уровня кроссполяризации. Для этого предлагается бортовая многолучевая двухзеркальная антенна со смещенной фокальной осью. Она состоит из основного зеркала-рефлектора с профилем, образованным вращением монотонного участка параболы вокруг оси, параллельной фокальной оси параболы, вспомогательного зеркала-контррефлектора с профилем, образованным вращением вокруг оси аксиальной симметрии рефлектора выпуклого в его сторону участка гиперболы, первый фокус которой находится на указанной оси, а второй совпадает с фокусом параболы, образующей рефлектор. При этом напротив контррефлектора между внутренними краями рефлектора установлена решетка облучателей так, что их фазовые центры расположены в плоскости, перпендикулярной оси аксиальной симметрии рефлектора, причем центральный облучатель решетки расположен в первом фокусе гиперболы с выпуклой ее стороны, образующей поверхность контррефлектора.The technical result achieved by the invention is to expand the sector of formation of partial rays of the antenna beam while increasing the efficiency of the antenna and reducing the level of cross polarization. For this, an onboard multi-beam two-mirror antenna with an offset focal axis is proposed. It consists of a main reflector mirror with a profile formed by rotation of a monotonous parabola section around an axis parallel to the focal axis of the parabola, an auxiliary counterreflector mirror with a profile formed by rotation around a axial symmetry axis of a reflector of a section of a hyperbola convex in its direction, whose first focus is on the indicated axis, and the second coincides with the focus of the parabola forming the reflector. In this case, an array of irradiators is installed between the inner edges of the reflector opposite the counterreflector so that their phase centers are located in a plane perpendicular to the axis of axial symmetry of the reflector, the central irradiator of the lattice being located in the first focus of the hyperbola with its convex side forming the surface of the counterreflector.
Изобретение поясняется чертежом:The invention is illustrated in the drawing:
- фиг. 1 - сечение бортовой многолучевой двухзеркальной антенны со смещенной фокальной осью плоскости, проходящей через ось аксиальной симметрии антенны.- FIG. 1 is a cross section of an onboard multi-beam two-mirror antenna with a displaced focal axis of the plane passing through the axis of axial symmetry of the antenna.
Бортовая многолучевая двухзеркальная антенна со смещенной фокальной осью и гиперболической образующей контррефлектора (фиг. 1) содержит основное зеркало-рефлектор 1, вспомогательное зеркало-контррефлектор 2 и решетку облучателей 3. Рефлектор 1 имеет профиль, образованный вращением монотонного участка параболы с фокальной осью 7 вокруг оси аксиальной симметрии 4-4′, параллельной фокальной оси 7 параболы. Контррефлектор 2 имеет профиль, образованный вращением вокруг оси аксиальной симметрии 4-4′ рефлектора 1 выпуклого в его сторону участка гиперболы 8. При этом первый фокус 5 гиперболы 8 находится на оси аксиальной симметрии рефлектора, тождественно совпадающей с осью вращения образующей его параболы 4-4′. Второй фокус 6 гиперболы 8 совпадает с фокусом параболы, образующей рефлектор 1. Решетка облучателей 3 располагается напротив контррефлектора 2 между внутренними краями рефлектора 1. При этом облучатели находятся в плоскости, перпендикулярной оси аксиальной симметрии рефлектора 4-4′, а центральный облучатель расположен в первом фокусе 5 гиперболы 8. Бортовая многолучевая двухзеркальная антенна со смещенной фокальной осью работает следующим образом. Генератор высокочастотных колебаний посредством схемы питания (на чертежах не показаны) возбуждает облучатели облучающей решетки. Решетка облучателей, таким образом, является источником первичной волны. При этом воздействие на систему контррефлектор-рефлектор решеткой облучателей складывается из парциальных воздействий каждого облучателя в отдельности. Результирующее поле антенны в этом случае является результатом воздействия поля каждого из облучателей решетки на систему контррефлектор-рефлектор.The onboard multi-beam two-mirror antenna with a shifted focal axis and a hyperbolic generatrix of the counterreflector (Fig. 1) contains a main reflector mirror 1, an
Поле центрального облучателя решетки облучателей возбуждает контррефлектор. Благодаря совмещению фокусов рефлектора и контррефлектора в одной точке, а также в силу геометрических свойств образующих их кривых второго порядка (параболы и гиперболы) длины пути волн центрального облучателя, излучаемых под разными углами (на фиг. 1 показаны линиями со стрелками), от центрального облучателя до раскрыва антенны будут равны. В результате поле в раскрыве синфазно, что приводит к формированию узкой диаграммы направленности с главным максимумом в направлении оси аксиальной симметрии антенны.The field of the central irradiator of the array of irradiators excites a counter-reflector. Due to the combination of the foci of the reflector and the counterreflector at one point, and also due to the geometric properties of the second-order curves (parabola and hyperbola) that form them, the path lengths of the central irradiator waves emitted at different angles (shown in Fig. 1 by lines with arrows) from the central irradiator until the aperture of the antenna will be equal. As a result, the field in the aperture is in phase, which leads to the formation of a narrow radiation pattern with the main maximum in the direction of the axis of the axial symmetry of the antenna.
Для других облучателей решетки облучателей, смещенных относительно центрального облучателя, их лучи уже не будут сходиться в фокусе параболы рефлектора. В приближении геометрической оптики область фокусировки поля сместится в ту же сторону, что и облучатель. В силу геометрических свойств параболоида это приведет к отклонению главного лепестка ДН в противоположную сторону от направления смещения облучателя относительно оси аксиальной симметрии. Таким образом облучающая решетка формирует многолучевую диаграмму направленности с числом парциальных лучей, равных числу облучателей в облучающей решетке.For other irradiators, the array of irradiators displaced relative to the central irradiator, their rays will no longer converge at the focus of the reflector parabola. In the approximation of geometric optics, the field focusing field will shift in the same direction as the irradiator. Due to the geometric properties of the paraboloid, this will lead to a deviation of the main lobe of the MD in the opposite direction from the direction of displacement of the irradiator relative to the axis of axial symmetry. Thus, the irradiating array forms a multi-beam radiation pattern with the number of partial rays equal to the number of irradiators in the irradiating array.
В силу геометрических свойств гиперболы лучи, соответствующие направлению максимума главного лепестка ДН облучателя и имеющие наибольшую интенсивность, после отражения от поверхности контррефлектора 2, попадут на центральную часть поверхности рефлектора 1. Лучи от облучателя, имеющие меньшую интенсивность, будут попадать на края поверхности рефлектора 1. Так как длины пути лучей, попадающих в центр рефлектора 1, меньше, чем у лучей, попадающих на его края, то из-за различия пространственных затуханий, то в раскрыве антенны, будет формироваться амплитудное распределение поля с дополнительным спаданием его амплитуды к краям рефлектора. Благодаря этому антенна будет иметь пониженный уровень поля боковых лепестков и, как следствие, повышенную развязку между соседними парциальными лучами ДН. Бортовую многолучевую двухзеркальную антенну со смещенной фокальной осью можно условно разделить на секторы. Каждый такой сектор представляет собой гибридную зеркальную антенну, построенную по двухзеркалыюй схеме с несимметричным рефлектором. В такой антенне особенно для крайних облучателей решетки облучателей имеет место перелив поля облучателя за края рефлектора. В предлагаемой многолучевой антенне мощность, не попавшая на основной сектор, попадает на соседний сектор. Это приводит к увеличению коэффициента передачи мощности от облучателя к зеркалу и, как следствие, повышению результирующей эффективности антенны.Due to the geometric properties of the hyperbola, the rays corresponding to the direction of the maximum of the main lobe of the beam of the irradiator and having the highest intensity, after reflection from the surface of the
В силу криволинейной формы поверхности рефлектора на нем возникают токи, имеющие как основные, так и паразитные ортогональные основным составляющие. Паразитные ортогональные основным составляющие токов на рефлекторе приводят к возникновению кроссполяризованного излучения, ухудшающего поляризационную развязку лучей. В антенне с осесимметричным рефлектором в отличие от антенны с рефлектором неосесимметричной формы паразитные ортогональные основным составляющие токов на разных частях зеркала частично или полностью компенсируют друг друга [1]. В результате понижается уровень кроссполяризованного поля излучения антенны.Due to the curved shape of the reflector surface, currents appear on it having both main and spurious orthogonal main components. The parasitic orthogonal main components of the currents on the reflector lead to the appearance of cross-polarized radiation, which worsens the polarization isolation of the rays. In an antenna with an axisymmetric reflector, unlike an antenna with a non-axisymmetric reflector, parasitic orthogonal main components of the currents on different parts of the mirror partially or completely cancel each other [1]. As a result, the level of the cross-polarized radiation field of the antenna decreases.
Поскольку в предлагаемой многолучевой двухзеркальной антенне имеет место пониженный уровень кроссполяризации, а основное зеркало перехватывает большую долю мощности облучателей, то оказывается возможным установить решетку облучателей, содержащую большее число облучателей и имеющую больший размер. Так как отклонение крайнего облучателя от центра решетки облучателей определяет максимальный угол отклонения формируемого этим облучателем луча ДН, то в предлагаемой антенне допустимо формирование парциальных лучей ДН в более широком секторе углов.Since the proposed multi-beam two-mirror antenna has a lower level of cross-polarization, and the main mirror captures a large fraction of the power of the irradiators, it is possible to install an irradiator array containing a larger number of irradiators and having a larger size. Since the deviation of the extreme irradiator from the center of the array of irradiators determines the maximum deviation angle of the beam of the beam formed by this beam, it is possible to form partial beam of beam in the proposed antenna in a wider sector of angles.
Таким образом, предложенная бортовая многолучевая двухзеркальная антенна со смещенной фокальной осью обладает повышенной эффективностью, низким уровнем кроссполяризации и позволяет формировать парциальные лучи ДН в широком секторе углов.Thus, the proposed onboard multi-beam two-mirror antenna with a displaced focal axis has increased efficiency, a low level of cross-polarization and allows the formation of partial radiation beams in a wide sector of angles.
ЛИТЕРАТУРАLITERATURE
1. Фролов О.П., Вальд В.П. Зеркальные антенны для земных станций спутниковой связи. - М.: Горячая линия. - Телеком, 2008. - 496 с.: ил.1. Frolov O.P., Wald V.P. Mirror antennas for satellite earth stations. - M .: Hot line. - Telecom, 2008 .-- 496 p.: Ill.
2. Improvements in or relating to Microwave Aerials: Патент GB 973583: ΜПК H01Q 17/00; H01Q 19/10; H01Q 19/19. / I.L. Lee; заявка GB 19620014057 от 11.04.1962 г.; опубл. 28.10.1964 г.2. Improvements in or relating to Microwave Aerials: Patent GB 973583: ΜPC H01Q 17/00; H01Q 19/10; H01Q 19/19. / I.L. Lee application GB 19620014057 from 04/11/1962; publ. 10/28/1964
3. Айзенберг Г.З., Ямпольский В.Г., Терешин О.Н. Антенны УКВ. / Под ред. Г.З. Айзенберга: В 2-х ч. Ч. 2. - М., Связь, 1977. - 288 с.: ил.3. Eisenberg G.Z., Yampolsky V.G., Tereshin O.N. VHF antennas. / Ed. G.Z. Eisenberg: In the 2nd part of Part 2 - M., Communication, 1977 .-- 288 pp., Ill.
4. Галимов Г.К. Антенны и спутниковая связь. Том 5. Земля и борт. - М.: «Адвансед Солюшнз», 2013. - 504 с.4. Galimov G.K. Antennas and satellite communications.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015115132/28A RU2598402C1 (en) | 2015-04-22 | 2015-04-22 | Onboard multibeam double-reflector antenna with shifted focal axis |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015115132/28A RU2598402C1 (en) | 2015-04-22 | 2015-04-22 | Onboard multibeam double-reflector antenna with shifted focal axis |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2598402C1 true RU2598402C1 (en) | 2016-09-27 |
Family
ID=57018403
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015115132/28A RU2598402C1 (en) | 2015-04-22 | 2015-04-22 | Onboard multibeam double-reflector antenna with shifted focal axis |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2598402C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2805200C1 (en) * | 2023-01-18 | 2023-10-12 | Федеральное государственное казенное образовательное учреждение высшего образования "Академия Федеральной службы безопасности Российской Федерации" (Академия ФСБ России) | Composite multi-beam mirror antenna |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU498873A1 (en) * | 1972-01-10 | 1978-03-25 | Предприятие П/Я А-7306 | Two-mirror aerial of axial symmetry with sector radiation pattern |
US4335387A (en) * | 1979-06-13 | 1982-06-15 | Thomson-Csf | Radar antenna with rotating linear polarization designed to reduce jamming |
US4618866A (en) * | 1982-11-17 | 1986-10-21 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Dual reflector antenna system |
US4792811A (en) * | 1985-04-19 | 1988-12-20 | Thomson-Csf | Device for reflecting the electromagnetic waves of a polarization and a method of construction of said device |
US5373302A (en) * | 1992-06-24 | 1994-12-13 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Double-loop frequency selective surfaces for multi frequency division multiplexing in a dual reflector antenna |
-
2015
- 2015-04-22 RU RU2015115132/28A patent/RU2598402C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU498873A1 (en) * | 1972-01-10 | 1978-03-25 | Предприятие П/Я А-7306 | Two-mirror aerial of axial symmetry with sector radiation pattern |
US4335387A (en) * | 1979-06-13 | 1982-06-15 | Thomson-Csf | Radar antenna with rotating linear polarization designed to reduce jamming |
US4618866A (en) * | 1982-11-17 | 1986-10-21 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Dual reflector antenna system |
US4792811A (en) * | 1985-04-19 | 1988-12-20 | Thomson-Csf | Device for reflecting the electromagnetic waves of a polarization and a method of construction of said device |
US5373302A (en) * | 1992-06-24 | 1994-12-13 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Double-loop frequency selective surfaces for multi frequency division multiplexing in a dual reflector antenna |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2805200C1 (en) * | 2023-01-18 | 2023-10-12 | Федеральное государственное казенное образовательное учреждение высшего образования "Академия Федеральной службы безопасности Российской Федерации" (Академия ФСБ России) | Composite multi-beam mirror antenna |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8810468B2 (en) | Beam shaping of RF feed energy for reflector-based antennas | |
US7522116B2 (en) | Multibeam antenna | |
KR101292230B1 (en) | Compact nonaxisymmetric double-reflector antenna | |
TW200826363A (en) | Antenna with shaped asymmetric main reflector and subreflector with asymmetric waveguide feed | |
US7161549B1 (en) | Single-aperture antenna system for producing multiple beams | |
US10566698B2 (en) | Multifocal phased array fed reflector antenna | |
EP3035444B1 (en) | Feed re-pointing technique for multiple shaped beams reflector antennas | |
Plastikov | A high-gain multibeam bifocal reflector antenna with 40° field of view for satellite ground station applications | |
JP2000216625A (en) | Compact side-feed type dual reflector antenna system for providing adjacent high gain antenna beam | |
EP0741917B1 (en) | Reconfigurable, zoomable, turnable, elliptical-beam antenna | |
GB2559009A (en) | A frequency scanned array antenna | |
RU2598402C1 (en) | Onboard multibeam double-reflector antenna with shifted focal axis | |
RU2556466C2 (en) | Multibeam hybrid mirror antenna | |
Manoochehri et al. | A new method for designing high efficiency multi feed multi beam reflector antennas | |
RU2598401C1 (en) | Multibeam double-reflector antenna with shifted focal axis | |
RU2664792C1 (en) | Multi-beam combined non-axisymmetric mirror antenna | |
RU2598403C1 (en) | Onboard multibeam double-reflector antenna with shifted focal axis | |
JP2000216624A (en) | Compact foldable optical antenna system for providing adjacent high gain antenna beam | |
RU2673436C1 (en) | Non-inclined multibeam two-mirror antenna of irradiated radiation | |
RU2776722C1 (en) | Axisymmetric multi-band multi-beam multi-reflector antenna | |
RU2598399C1 (en) | Multibeam double-reflector antenna with shifted focal axis | |
RU2664870C1 (en) | Non-inclined multiple multi-beam band double-reflector antenna | |
RU2627284C1 (en) | Multibeam combined mirror antenna | |
RU2620875C1 (en) | Multibeam band dish antenna | |
RU2776724C1 (en) | Multibeam multiband multimirror antenna with axisymmetric counter-reflectors |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200423 |