RU2776722C1 - Axisymmetric multi-band multi-beam multi-reflector antenna - Google Patents
Axisymmetric multi-band multi-beam multi-reflector antenna Download PDFInfo
- Publication number
- RU2776722C1 RU2776722C1 RU2021119064A RU2021119064A RU2776722C1 RU 2776722 C1 RU2776722 C1 RU 2776722C1 RU 2021119064 A RU2021119064 A RU 2021119064A RU 2021119064 A RU2021119064 A RU 2021119064A RU 2776722 C1 RU2776722 C1 RU 2776722C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- reflector
- axis
- focus
- antenna
- counter
- Prior art date
Links
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 2
- 210000004279 Orbit Anatomy 0.000 abstract 1
Images
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеThe technical field to which the invention belongs
В настоящее время для радиосвязи и цифрового радиовещания широко используются искусственные спутники Земли (ИСЗ) - ретрансляторы, расположенные на геостационарной орбите (ГСО) и использующие одновременно диапазоны частот С, Ku и Ka. В перспективе планируется использование частотных диапазонов 40 ГГц и более [1].At present, artificial Earth satellites (AES) are widely used for radio communications and digital broadcasting - repeaters located in geostationary orbit (GSO) and simultaneously using the C, Ku and Ka frequency bands. In the future, it is planned to use frequency bands of 40 GHz and more [1].
Предлагаемое изобретение относится к области радиотехники и предназначено для использования в качестве антенн земных станций спутниковых систем связи с ретрансляторами СВЧ-КВЧ диапазонов, расположенными на ГСО, для одновременной работы с несколькими ИСЗ связи, каждый из которых работает одновременно в трех диапазонах частот.The present invention relates to the field of radio engineering and is intended for use as earth station antennas of satellite communication systems with repeaters of the microwave-EHF ranges located on the GSO for simultaneous operation with several communication satellites, each of which operates simultaneously in three frequency bands.
Уровень техникиState of the art
Известны [2] многодиапазонные двухзеркальные антенны, состоящие из основного параболического зеркала-рефлектора, вспомогательного зеркала-контррефлектора в виде эллипсоида или гиперболоида, соосного рефлектору, и облучателя в фокусе контррефлектора. Такие антенны позволяют организовывать радиосвязь через ИСЗ на ГСО одновременно в нескольких частотных диапазонах с использованием устройств разделения диапазонов частот [2, 3]. К недостаткам такой антенной системы относится пониженная ее эффективность при одновременном приеме нескольких диапазонов на один облучатель из-за потерь электромагнитной энергии в устройстве разделения диапазонов частот.Known [2] multi-range two-mirror antennas, consisting of a main parabolic reflector mirror, an auxiliary mirror-counterreflector in the form of an ellipsoid or hyperboloid, coaxial to the reflector, and the irradiator at the focus of the counterreflector. Such antennas make it possible to organize radio communication via satellites on the GSO simultaneously in several frequency bands using frequency band separation devices [2, 3]. The disadvantages of such an antenna system include its reduced efficiency when receiving several bands at the same time on one feed due to the loss of electromagnetic energy in the frequency band separation device.
Известна также многолучевая комбинированная двухзеркальная антенна [4], состоящая из осесимметричного основного зеркала-рефлектора, имеющего форму параболоида, и вспомогательного зеркала-контррефлектора в виде эллипсоида, соосного с параболоидом и вогнутого в сторону от рефлектора. Облучатели первого диапазона частот расположены в плоскости, ортогональной фокальной оси и проходящей через фокус контррефлектора, приближенный к рефлектору. Облучатели второго диапазона установлены в плоскости, ортогональной фокальной оси и проходящей через фокус контррефлектора, удаленный от рефлектора. Такая антенна может принимать одновременно от ИСЗ с каждого направления два различных диапазона частот.Also known is a multibeam combined two-mirror antenna [4], consisting of an axisymmetric main reflector mirror having the shape of a paraboloid, and an auxiliary mirror-counterreflector in the form of an ellipsoid, coaxial with the paraboloid and concave away from the reflector. The irradiators of the first frequency range are located in a plane orthogonal to the focal axis and passing through the focus of the counterreflector close to the reflector. The irradiators of the second range are installed in a plane orthogonal to the focal axis and passing through the focus of the counter-reflector remote from the reflector. Such an antenna can simultaneously receive two different frequency ranges from satellites from each direction.
Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the essence of the invention
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение эффективности антенны при сохранении направления диаграмм направленности многолучевого режима и одновременном приеме трех диапазонов частот с каждого направления. Для этого предлагается осесимметричная многодиапазонная многолучевая многозеркальная антенна, состоящая из основного зеркала-рефлектора с образующей в виде параболы, симметричного относительно ее фокальной оси, вспомогательного зеркала-контррефлектора, соосного параболе, и облучателей. При этом контррефлектор имеет форму параболы, вогнутой в сторону от рефлектора. Фокальная ось этой параболы является осью аксиальной симметрии антенны и одновременно осью симметрии контррефлектора, а в плоскости, проходящей через фокус ортогонально фокальной оси, установлены облучатели первого диапазона частот. На фокальной оси рефлектора соосно ему установлены осесимметричные вторичный рефлектор с сечением, подобным сечению рефлектора, и вторичный контррефлектор с сечением в виде эллипса, фокальная ось которого совпадает с осью аксиальной симметрии антенны. В плоскости, проходящей ортогонально указанной оси через фокус эллипса, дальний от вершины вторичного рефлектора и совпадающий с его фокусом, установлены облучатели второго диапазона частот, а в плоскости, проходящей ортогонально указанной оси через фокус эллипса, ближний к вершине вторичного рефлектора, установлены облучатели третьего диапазона частот.The technical result of the invention is to increase the efficiency of the antenna while maintaining the direction of the multipath radiation patterns and simultaneously receiving three frequency bands from each direction. For this, an axisymmetric multi-band multi-beam multi-mirror antenna is proposed, consisting of a main reflector mirror with a generatrix in the form of a parabola, symmetrical about its focal axis, an auxiliary counter-reflector mirror, coaxial to the parabola, and irradiators. In this case, the counter-reflector has the shape of a parabola, concave away from the reflector. The focal axis of this parabola is the axis of axial symmetry of the antenna and at the same time the axis of symmetry of the counter-reflector, and in the plane passing through the focus orthogonally to the focal axis, feeders of the first frequency range are installed. An axisymmetric secondary reflector with a cross section similar to that of the reflector and a secondary counter-reflector with a cross section in the form of an ellipse, the focal axis of which coincides with the axis of axial symmetry of the antenna, are installed coaxially on the focal axis of the reflector. In the plane passing orthogonally to the specified axis through the focus of the ellipse, which is farthest from the top of the secondary reflector and coinciding with its focus, feeders of the second frequency range are installed, and in the plane passing orthogonally to the specified axis through the focus of the ellipse, which is closest to the top of the secondary reflector, feeders of the third range are installed frequencies.
Краткое описание чертежейBrief description of the drawings
Изобретение поясняется чертежами, на которых:The invention is illustrated by drawings, in which:
- фиг. 1 - сечение осесимметричной многодиапазонной многолучевой многозеркальной антенны плоскостью, содержащей ось аксиальной симметрии;- fig. 1 - section of an axisymmetric multi-band multi-beam multi-mirror antenna by a plane containing the axis of axial symmetry;
- фиг. 2 - осесимметричная многодиапазонная многолучевая многозеркальная антенна, вид со стороны контррефлектора.- fig. 2 - axisymmetric multi-band multi-beam multi-mirror antenna, view from the side of the counter-reflector.
На чертежах обозначено:The drawings indicate:
1 - рефлектор;1 - reflector;
2 - контррефлектор;2 - counter-reflector;
3 - облучатели первого диапазона частот;3 - irradiators of the first frequency range;
4 - вторичный рефлектор;4 - secondary reflector;
5 - вторичный контррефлектор;5 - secondary counter-reflector;
6 - облучатели второго диапазона частот;6 - irradiators of the second frequency range;
7 - облучатели третьего диапазона частот;7 - irradiators of the third frequency range;
8 - фокальная ось парабол 1, 4 и эллипса 5;8 - focal axis of
9 - лучи от краев рефлектора 2 и облучателя 3 на края рефлектора 1;9 - rays from the edges of the
10 - направление излучения антенны от центральных облучателей 3, 6 и 7;10 - direction of radiation of the antenna from the
11 - направление лучей от облучателей 7 и 6 из фокусов 4 и 5 на края 4;11 - the direction of the rays from the
12 - направление распространения плоской волны от вторичного рефлектора 4 для полей центральных облучателей 6 и 7;12 - direction of propagation of a plane wave from the
13 - лучи от центральных облучателей 3, 6 и 7 на края рефлектора 1;13 - rays from the
14 - линия, подобная отрезкам ГСО, соединяющим точки стояния ИСЗ.14 - a line similar to the segments of the GSO connecting the points of standing of the satellite.
Осуществление изобретенияImplementation of the invention
Осесимметричная многодиапазонная многозеркальная антенна (фиг. 1) с рефлектором 1 и контррефлектором 2 в виде параболоидов вращения с совпадающими фокальными осями и фокусами образующих парабол, но обращенными в разные стороны вершинами содержит облучатель 3 в общем фокусе парабол 1 и 2.An axisymmetric multi-band multi-mirror antenna (Fig. 1) with a
При подключении к облучателю 3 высокочастотного генератора первого диапазона частот облучатель излучает сферическую волну, в том числе в сторону верхнего и нижнего краев рефлектора 1. Так как рефлектор обычно находится в дальней зоне излучения относительно облучателя, указанную волну можно рассматривать в виде лучей 9. После отражения от рефлектора 1 эти лучи, поскольку они исходят из фокуса параболы, формируют в режиме передачи синфазное поле в раскрыве антенны и направленное излучение 10 вдоль фокальной оси 8. Согласно принципу взаимности такие же обратные процессы происходят и в режиме приема.When a high-frequency generator of the first frequency range is connected to the
На оси рефлектора 1, соосно ему, установлены вторичный рефлектор 4 в виде параболоида вращения и вторичный контррефлектор 5 в виде эллипсоида вращения. В дальнем относительно вершины 4 фокусе вторичного контррефлектора 5, который является общим фокусом как для вторичного параболоидального рефлектора 4, так и эллипсоидального вторичного контррефлектора 5, установлен облучатель 6. При подключении к облучателю 6 генератора второго диапазона частот в раскрыве 4 также образуется синфазное поле. Это синфазное поле второго диапазона частот в виде плоского фронта попадает в раскрыв контррефлектора 2 и, благодаря свойствам параболы, отражается контррефлектором 2 в его фокус, распространяется после его прохождения далее к раскрыву рефлектора 1. Благодаря свойствам параболы, образующей рефлектор 1, в раскрыве рефлектора 1 возникает синфазное поле второго диапазона частот, формирующее направленное излучение (и приема) этого диапазона частот, совпадающее с направлением излучения и приема первого диапазона частот.A
При подключении генератора третьего диапазона частот к облучателю 7, расположенному в ближнем к вершине 4 фокусе вторичного контррефлектора 5, поле облучателя 7 попадает на верхний и нижний края и другие точки поверхности вторичного контррефлектора 5, отражается на нижний, верхний край и другие точки рабочей поверхности вторичного рефлектора 4, проходя через фокус вторичного контррефлектора 5, общий с фокусом вторичного рефлектора 4. Плоский фронт волны от облучателя 7, вторичных рефлектора 4 и контррефлектора 5, образующих известную систему Грегори, попадает на контррефлектор 2, после отражения которым и прохождения через его фокус и фокус рефлектора 1 попадает в раскрыв рефлектора 1. Благодаря свойствам параболы, образующей рефлектор 1, поле третьего диапазона частот после отражения рефлектором 1 формирует направленное излучение (и прием) вдоль фокальной оси рефлектора 1.When the generator of the third frequency range is connected to the
По соседству с облучателями на оси аксиальной симметрии антенны первого 3, второго 6 и третьего 7 диапазонов частот могут быть размещены в плоскостях, ортогональных фокальной оси рефлектора 1, тройки дополнительных облучателей тех же диапазонов частот. Эти тройки облучателей расположены в точках ломаной линии 14, соединяющей точки стояния ИСЗ кластера ГСО для приема соответствующих частот. Многолучевая диаграмма направленности (ДН) формируется тройками облучателей 3, 6 и 7 при подключении к ним генераторов соответствующих частот. Согласно теореме взаимности, аналогичная тройка ДН антенны формируется так же для трех диапазонов частот и в режиме приема антенны.Next to the feeds on the axis of axial symmetry of the antenna of the first 3, second 6 and third 7 frequency ranges can be placed in planes orthogonal to the focal axis of the
Любой из облучателей 3, смещенный в плоскости, ортогональной фокальной оси 8, из фокуса контррефлектора 2 вдоль линии 14, подобной кривой, описывающей линию ГСО, также является источником первичных электромагнитных волн. В приближении геометрической оптики лучи, исходящие от облучателей 3, после последовательных отражений от рефлектора 1 в силу свойств кривой второго порядка типа параболы и смещения облучателей с фокальной оси антенны 8 формируют веер парциальных ДН антенны. Аналогичный веер ДН формируется от смещенных облучателей 6 второго диапазона частот и от смещенных облучателей 7 третьего диапазона частот. Смещение облучателей определяется угловым смещением точки размещения обслуживаемого ИСЗ на ГСО относительно точки размещения виртуального ИСЗ на ГСО в направлении оси парциальной ДН, формируемой облучателем, расположенным в фокусе параболоида.Any of the
Облучатели 3, 6 и 7 оказывают затеняющее воздействие на излучение друг друга. Вместе с тем, согласно геометрическим построениям хода лучей затеняющее действие облучателя 7, которое он оказывает на излучение облучателя 6, не превышает затенения от вторичного контррефлектора 5. Затеняющее воздействие облучателей 3 и 6 может быть минимизировано при соответствующем распределении диапазонов частот по облучателям. Если первый диапазон соответствует самым высоким частотам (например, Ka диапазон), второй диапазон - средним частотам (Ku диапазон), третий диапазон - низким частотам (С диапазон), то размеры облучателя 3 будут много меньше длин волн относительно второго и третьего диапазонов, а размеры облучателя 6 - много меньше длины волны третьего диапазона. В этом случае воздействие облучателей 3 и 6 на проходящие мимо них электромагнитные волны будет мало.
Для одновременной работы в нескольких диапазонах частот в известных антеннах используются облучатели, общие для нескольких диапазонов частот в совокупности с устройствами разделения диапазонов, вносящими дополнительные высокочастотные потери, снижающие коэффициент использования и повышающие шумовую температуру антенны. В предлагаемой антенне разделение диапазонов частот осуществляется методом пространственного разделения приема на несколько облучателей 3, 6 и 7. Смещение облучателей в плоскости, ортогональной фокальной оси параболы, целесообразно при обслуживании узкого сектора углов ГСО, а отсутствие устройства разделения частот позволяет реализовать высокий коэффициент усиления антенны при малой шумовой температуре. Этим достигается повышение эффективности антенны.For simultaneous operation in several frequency ranges, known antennas use feeds that are common to several frequency ranges in conjunction with band separation devices that introduce additional high-frequency losses, reduce the utilization factor and increase the noise temperature of the antenna. In the proposed antenna, the separation of frequency bands is carried out by the method of spatial division of reception into
ЛИТЕРАТУРАLITERATURE
1. Сподобаев М.Ю. Ключевые вызовы и основные тенденции развития отрасли спутниковой связи в среднесрочной перспективе. / SATCOMRUS 2017, 1 ноября 2017 г.1. Spodobaev M.Yu. Key challenges and main trends in the development of the satellite communications industry in the medium term. / SATCOMRUS 2017, November 1, 2017
2. Фролов О.П., Вальд В.П. Зеркальные антенны для земных станций спутниковой связи. - М.: Горячая линия-Телеком, 2008. - 496 с: ил.2. Frolov O.P., Wald V.P. Mirror antennas for satellite earth stations. - M.: Hotline-Telecom, 2008. - 496 p.: ill.
3. Каскад приемного устройства СВЧ с разделением частот ортогональных поляризаций двух диапазонов частот: Патент RU 2136088: МПК Н01Р 1/161, Н04В 1/00. / A.M. Сомов, А.В. Пугачев; Заявка RU 98105930 от 17.03.1998 г.; Опубл. 27.08.1999 г.Fig. 3. Cascade of a microwave receiver with frequency separation of orthogonal polarizations of two frequency ranges: Patent RU 2136088:
4. Многолучевая комбинированная зеркальная антенна: Патент RU 2627284: МПК H01Q 5/00. / A.M. Сомов; Заявка RU 2016127926 от 12.07.2016 г.; Опубл. 04.08.2017 г.4. Multibeam combined reflector antenna: Patent RU 2627284:
Claims (1)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2776722C1 true RU2776722C1 (en) | 2022-07-26 |
Family
ID=
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2807497C1 (en) * | 2023-06-26 | 2023-11-15 | Федеральное государственное казенное образовательное учреждение высшего образования "Академия Федеральной службы безопасности Российской Федерации" (Академия ФСБ России) | Axisymmetric multi-band multi-beam multi-mirror antenna |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3828352A (en) * | 1971-08-09 | 1974-08-06 | Thomson Csf | Antenna system employing toroidal reflectors |
US3922682A (en) * | 1974-05-31 | 1975-11-25 | Communications Satellite Corp | Aberration correcting subreflectors for toroidal reflector antennas |
CN100536230C (en) * | 2003-06-17 | 2009-09-02 | 阿尔卡特公司 | Reflector antenna feed |
RU2435262C1 (en) * | 2010-07-26 | 2011-11-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт "Градиент" | Multi-beam mirror antenna |
RU2620875C1 (en) * | 2016-07-15 | 2017-05-30 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие Ордена Трудового Красного Знамени Научно-Исследовательский Институт Радио (Фгуп Ниир) | Multibeam band dish antenna |
RU2623652C1 (en) * | 2016-10-01 | 2017-06-28 | Евгений Петрович Баснев | Multi-wave antenna (versions) |
RU2664751C1 (en) * | 2017-12-06 | 2018-08-22 | Анатолий Михайлович Сомов | Multi-beam range two-mirror antenna with irradiated radiation |
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3828352A (en) * | 1971-08-09 | 1974-08-06 | Thomson Csf | Antenna system employing toroidal reflectors |
US3922682A (en) * | 1974-05-31 | 1975-11-25 | Communications Satellite Corp | Aberration correcting subreflectors for toroidal reflector antennas |
CN100536230C (en) * | 2003-06-17 | 2009-09-02 | 阿尔卡特公司 | Reflector antenna feed |
RU2435262C1 (en) * | 2010-07-26 | 2011-11-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт "Градиент" | Multi-beam mirror antenna |
RU2620875C1 (en) * | 2016-07-15 | 2017-05-30 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие Ордена Трудового Красного Знамени Научно-Исследовательский Институт Радио (Фгуп Ниир) | Multibeam band dish antenna |
RU2623652C1 (en) * | 2016-10-01 | 2017-06-28 | Евгений Петрович Баснев | Multi-wave antenna (versions) |
RU2664751C1 (en) * | 2017-12-06 | 2018-08-22 | Анатолий Михайлович Сомов | Multi-beam range two-mirror antenna with irradiated radiation |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2807497C1 (en) * | 2023-06-26 | 2023-11-15 | Федеральное государственное казенное образовательное учреждение высшего образования "Академия Федеральной службы безопасности Российской Федерации" (Академия ФСБ России) | Axisymmetric multi-band multi-beam multi-mirror antenna |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6320553B1 (en) | Multiple frequency reflector antenna with multiple feeds | |
US6937203B2 (en) | Multi-band antenna system supporting multiple communication services | |
RU2494506C1 (en) | Electronic beam scanning lens antenna | |
US9478861B2 (en) | Dual-band multiple beam reflector antenna for broadband satellites | |
US6774861B2 (en) | Dual band hybrid offset reflector antenna system | |
US9246234B2 (en) | Antenna for multiple frequency bands | |
US3276022A (en) | Dual frequency gregorian-newtonian antenna system with newtonian feed located at common focus of parabolic main dish and ellipsoidal sub-dish | |
US10714841B1 (en) | Imaging reflector antenna system and method | |
RU2776722C1 (en) | Axisymmetric multi-band multi-beam multi-reflector antenna | |
RU2776723C1 (en) | Axisymmetric multiband multimirror antenna | |
RU2776724C1 (en) | Multibeam multiband multimirror antenna with axisymmetric counter-reflectors | |
RU2807497C1 (en) | Axisymmetric multi-band multi-beam multi-mirror antenna | |
RU2798411C1 (en) | Axisymmetric dual band antenna | |
RU2798412C1 (en) | Axisymmetric dual band antenna | |
RU2776725C1 (en) | Multibeam multiband multireflector antenna | |
RU2811709C1 (en) | Single-ended multi-band multi-mirror antenna | |
RU2664792C1 (en) | Multi-beam combined non-axisymmetric mirror antenna | |
Wan et al. | A hybrid reflector antenna for two contoured beams with different shapes | |
RU2805126C1 (en) | Composite multi-beam two-mirror antenna | |
RU2664751C1 (en) | Multi-beam range two-mirror antenna with irradiated radiation | |
RU2627284C1 (en) | Multibeam combined mirror antenna | |
RU2805200C1 (en) | Composite multi-beam mirror antenna | |
RU2673436C1 (en) | Non-inclined multibeam two-mirror antenna of irradiated radiation | |
Vilenko et al. | Millimeter wave reflector antenna with wide angle mechanical beam scanning | |
RU2620875C1 (en) | Multibeam band dish antenna |