RU2776724C1 - Multibeam multiband multimirror antenna with axisymmetric counter-reflectors - Google Patents
Multibeam multiband multimirror antenna with axisymmetric counter-reflectors Download PDFInfo
- Publication number
- RU2776724C1 RU2776724C1 RU2021119054A RU2021119054A RU2776724C1 RU 2776724 C1 RU2776724 C1 RU 2776724C1 RU 2021119054 A RU2021119054 A RU 2021119054A RU 2021119054 A RU2021119054 A RU 2021119054A RU 2776724 C1 RU2776724 C1 RU 2776724C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- reflector
- counter
- focus
- mirror
- additional
- Prior art date
Links
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 abstract 2
- 210000004279 Orbit Anatomy 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
Images
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеThe field of technology 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 Kа. 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 симметричные двухзеркальные тороидально-параболические антенны типа Кассегрена [2] и аналогичные [3], состоящие из параболического зеркала - рефлектора в виде симметричной вырезки из параболического тора, вспомогательного зеркала - контррефлектора в виде симметричной вырезки из эллиптического либо гиперболического тора, соосного рефлектору, и облучателей. При этом фокус параболы рефлектора и совмещенный с ним фокус контррефлектора при вращении относительно оси, ортогональной фокальной, описывают дугу окружности аналогичную дуге, проходящей через второй фокус параболы. На дуге вторых фокусов размещаются облучатели, создающие многолучевой веер диаграмм направленности. Такие антенны позволяют организовывать радиосвязь через несколько ИСЗ на ГСО одновременно в нескольких частотных диапазонах с использованием устройств разделения диапазонов частот [4, 5]. К недостаткам такой антенны относится пониженная ее эффективность при одновременном приеме нескольких диапазонов на один облучатель, обусловленная потерями электромагнитной энергии в устройстве разделения диапазонов частот.Symmetrical two-mirror toroidal-parabolic antennas of the Cassegrain type [2] and similar [3] are known, consisting of a parabolic mirror - a reflector in the form of a symmetrical cutout from a parabolic torus, an auxiliary mirror - a counter-reflector in the form of a symmetrical cutout from an elliptical or hyperbolic torus, coaxial to the reflector, and irradiators. In this case, the focus of the reflector parabola and the focus of the counterreflector combined with it, when rotating about an axis orthogonal to the focal one, describe a circular arc similar to the arc passing through the second focus of the parabola. Feeders are placed on the arc of the second foci, creating a multi-beam fan of radiation patterns. Such antennas make it possible to organize radio communication through several satellites on the GSO simultaneously in several frequency bands using frequency band separation devices [4, 5]. The disadvantages of such an antenna include its reduced efficiency when receiving several bands at the same time on one feed, due to the loss of electromagnetic energy in the device for separating frequency bands.
Известны так же многолучевые диапазонные зеркальные антенны [6, 7], позволяющие вести одновременный прием двух диапазонов частот без применения устройства разделения диапазонов. Однако такие антенны не позволяют одновременную в трех диапазонах частот работу с каждым из ИСЗ на ГСО.There are also known multi-beam band mirror antennas [6, 7], which allow simultaneous reception of two frequency bands without the use of a band separation device. However, such antennas do not allow simultaneous operation in three frequency bands with each of the GSO satellites.
Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the essence of the invention
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении эффективности антенны при сохранении веерных диаграмм направленности и одновременном приеме трех диапазонов частот с каждого направления. Для этого предлагается многолучевая многодиапазонная многозеркальная антенна с осесимметричными контррефлекторами, состоящая из систем облучателей, расположенных на трех концентричных дугах окружностей, лежащих в одной поперечной плоскости, основного зеркала-рефлектора, имеющего в продольной плоскости, ортогональной плоскости дуг окружностей, форму параболы, осесимметричных вспомогательных зеркал-контррефлекторов и соосных с ними дополнительных осесимметричных зеркал-рефлекторов и зеркал-контррефлекторов. Первая дуга облучателей проходит через фокус параболы, образующей рефлектор, и содержит облучатели первого диапазона частот. Сечение каждого контррефлектора имеет вид параболы, вогнутой в сторону от рефлектора, фокальная ось, являющаяся осью симметрии контррефлектора, и фокус которой совмещены соответственно с фокальной осью и фокусом параболы в сечении рефлектора. Сечение каждого дополнительного зеркала-рефлектора подобно сечению рефлектора, а его продольный размер совпадает с этим же размером соответствующего контррефлектора. Сечение каждого дополнительного зеркала-контррефлектора имеет вид эллипса, ближний фокус которого совпадает с фокусом дополнительного рефлектора. На дуге, проходящей через этот фокус, установлены облучатели второго диапазона частот. Облучатели третьего диапазона частот установлены на дуге, проходящей через дальний фокус эллипса. При этом фокальные оси дополнительных зеркала-рефлектора и зеркала-контррефлектора, являющиеся их осями симметрии, совмещены с фокальной осью соответствующего контррефлектора.The technical result of the invention is to increase the efficiency of the antenna while maintaining the fan-shaped radiation patterns and the simultaneous reception of three frequency bands from each direction. For this, a multi-beam multi-band multi-mirror antenna with axisymmetric counter-reflectors is proposed, consisting of feed systems located on three concentric arcs of circles lying in the same transverse plane, the main reflector mirror having a parabola shape in the longitudinal plane, orthogonal to the plane of arcs of circles, axisymmetric auxiliary mirrors - counter-reflectors and coaxial with them additional axisymmetric mirrors-reflectors and mirrors-counter-reflectors. The first arc of the irradiators passes through the focus of the parabola forming the reflector and contains the irradiators of the first frequency range. The cross section of each counter-reflector has the form of a parabola, concave away from the reflector, the focal axis, which is the axis of symmetry of the counter-reflector, and the focus of which is aligned with the focal axis and the focus of the parabola in the reflector section, respectively. The section of each additional reflector mirror is similar to the section of the reflector, and its longitudinal size coincides with the same size of the corresponding counter-reflector. The cross section of each additional mirror-counterreflector has the form of an ellipse, the near focus of which coincides with the focus of the additional reflector. On the arc passing through this focus, feeders of the second frequency range are installed. The irradiators of the third frequency range are mounted on an arc passing through the far focus of the ellipse. In this case, the focal axes of the additional mirror-reflector and the mirror-counter-reflector, which are their axes of symmetry, are aligned with the focal axis of the corresponding counter-reflector.
Краткое описание чертежейBrief description of the drawings
Изобретение поясняется чертежами, на которых:The invention is illustrated by drawings, in which:
- фиг. 1 - продольное сечение многолучевой многодиапазонной многозеркальной антенны;- fig. 1 - longitudinal section of a multi-beam multi-band multi-mirror antenna;
- фиг. 2 - поперечное сечение многолучевой многодиапазонной многозеркальной антенны.- fig. 2 is a cross section of a multi-beam multi-band multi-mirror antenna.
На чертежах обозначено:The drawings indicate:
1 - рефлектор;1 - reflector;
2 - осесимметричный контррефлектор;2 - axisymmetric counter-reflector;
3 - облучатели первого диапазона частот;3 - irradiators of the first frequency range;
4 - дополнительный осесимметричный рефлектор;4 - additional axisymmetric reflector;
5 - дополнительный осесимметричный контррефлектор;5 - additional axisymmetric counter-reflector;
6 - облучатель второго диапазона частот;6 - irradiator of the second frequency range;
7 - облучатель третьего диапазона частот;7 - irradiator of the third frequency range;
8 - направление фокальной оси сечения антенны;8 - direction of the focal axis of the antenna section;
9 - направление лучей на края рефлектора от облучателей первого, второго и третьего диапазонов частот;9 - the direction of the rays to the edges of the reflector from the irradiators of the first, second and third frequency ranges;
10 - направление излучения антенны от облучателей 3, 6 и 7;10 - direction of radiation of the antenna from
11 - направление лучей на края дополнительного рефлектора от облучателей 6 и 7;11 - the direction of the rays to the edges of the additional reflector from the
12 - направление излучения дополнительного рефлектора на контррефлектор;12 - direction of radiation of the additional reflector to the counter-reflector;
13 - направление лучей облучателей 6 и 7 от краев контррефлектора 2 на края рефлектора;13 - the direction of the rays of the
14 - направление лучей облучателя 7 и дополнительного контррефлектора на края дополнительного рефлектора;14 - the direction of the rays of the irradiator 7 and the additional counter-reflector to the edges of the additional reflector;
15 - дуга размещения облучателей первого диапазона частот;15 - arc placement of feeders of the first frequency range;
16 - дуга размещения облучателей второго диапазона частот;16 - arc placement of irradiators of the second frequency range;
17 - дуга размещения облучателей третьего диапазона частот;17 - arc placement of irradiators of the third frequency range;
18 - многолучевой многодиапазонный веер диаграмм направленности.18 - multi-beam multi-band fan diagrams.
Осуществление изобретенияImplementation of the invention
Многолучевая многодиапазонная многозеркальная антенна с рефлектором 1 в виде параболического тора, осесимметричными контррефлекторами 2, а также дополнительными осесимметричными параболоидальными рефлекторами 4 и эллипсоидальными контррефлекторами 5 с совпадающими фокальными осями образующих парабол и эллипса содержат облучатель 3 первого диапазона частот (фиг. 1) и ему подобные, расположенные в совпадающих фокусах парабол 1 и 2, образующих дугу окружности облучателей первого диапазона частот 15.A multi-beam multi-band multi-mirror antenna with a
При подключении к облучателю 3 и ему подобным генератора первого диапазона частот облучатель 3 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 (а согласно принципу взаимности и в режиме приема) направленное излучение 10 вдоль фокальной оси 8.When connected to the
При подключении генератора второго диапазона частот к облучателю 6 и ему подобных, расположенных на дуге облучателей 16, проходящей через фокусы дополнительного контррефлектора 5 и дополнительного рефлектора 4, этот облучатель излучает сферическую волну в направлении рефлектора 4. После отражения от рефлектора 4 лучи 11, поскольку они исходят из фокуса параболы, становятся параллельными фокальной оси 8, образуя при этом плоскую волну. Лучи 12, соответствующие плоской волне, достигают контррефлектора 2 и, отражаясь от его параболической поверхности, после пересечения лучей 13 в совпадающих фокусах поверхностей 1 и 2 попадают из фокуса 2 в виде расходящейся сферической волны на поверхность 1, формируя вдоль фокальной оси 8 направленное излучение 10 второго диапазона частот.When the generator of the second frequency range is connected to the
Генератор третьего диапазона частот подключается к облучателю 7 и ему подобным, расположенным на дуге облучателей 17, проходящей через фокус дополнительного эллиптического контррефлектора 5, удаленный от вершины дополнительного параболического рефлектора 4 и совпадающего с его фокусом. Согласно свойствам эллипса 5 расстояния от фокуса размещения облучателя 7 до любой точки эллипса и далее до второго фокуса эллипса, совпадающего с фокусом дополнительного рефлектора 4, равны. Поэтому лучи 14, исходящие из облучателя 7, кажутся исходящими из второго фокуса эллипса и, таким образом, при отражении от 4 формируют плоскую волну с лучами 12. Плоская волна третьего диапазона частот достигает параболического контррефлектора 2, после отражения от него и прохождения сферической волны через его фокус попадает на рефлектор 1. В результате отражения этой волны рефлектором 1 в раскрыве антенны вдоль оси 8 формируется направленное излучение третьего диапазона частот.The generator of the third frequency range is connected to the irradiator 7 and the like, located on the arc of the
В то же время в поперечной плоскости (фиг. 2) облучатели 3, 6 и 7 формируют многолучевой многодиапазонный веер парциальных диаграмм направленности (ДН) антенны, направленных каждая на свой ИСЗ. Облучатели первого диапазона частот 3, облучатели второго диапазона частот облучатели 6 и облучатели третьего диапазона частот 7 могут лежать на радиусах, общих для дуг окружностей 15, 16 и 17. В этом случае лучи веера парциальных ДН антенны от всех облучателей совпадают по направлению.At the same time, in the transverse plane (Fig. 2) feeds 3, 6 and 7 form a multi-beam multi-band fan of partial radiation patterns (DN) of the antenna, each directed to its own satellite. The feeds of the
В поперечной плоскости облучатели первого диапазона частот, как правило, расположены на половине радиуса дуги окружности рефлектора 1, равному удвоенному фокусному расстоянию параболы 1.In the transverse plane, the irradiators of the first frequency range, as a rule, are located at half the radius of the circular arc 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 дополнительного 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, Kа 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, что повышает эффективность 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 the reception into
Кроме того, в известных тороидальных антеннах контррефлектор, как и рефлектор, имеет тороидальную форму. В предлагаемой антенне контррефлекторы, а также дополнительные рефлекторы и контррефлекторы имеют осесимметричную форму и их площадь в совокупности меньше, чем у тороидального контррефлектора, что уменьшает затенение рефлектора и повышает эффективность антенны.In addition, in known toroidal antennas, the counter-reflector, like the reflector, has a toroidal shape. In the proposed antenna, counterreflectors, as well as additional reflectors and counterreflectors, have an axisymmetric shape and their total area is less than that of a toroidal counterreflector, which reduces reflector shading and increases antenna efficiency.
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. Сомов A.M., Кабетов Р.В. Многолучевые зеркальные антенны: геометрия и методы анализа. - М.: Горячая линия-Телеком, 2019. - 384 с: ил.2. Somov A.M., Kabetov R.V. Multibeam reflector antennas: geometry and methods of analysis. - M.: Hotline-Telecom, 2019. - 384 p.: ill.
3. Зеркальная антенна: Патент RU 2173496: МПК H01Q 19/19. / В.А. Калошин; Заявка 200117951/09 от 10.07.2000 г.; Опубл. 10.09.2001 г.3. Mirror antenna: Patent RU 2173496: IPC H01Q 19/19. / V.A. Kaloshin; Application 200117951/09 dated July 10, 2000; Published September 10, 2001
4. Фролов О.П., Вальд В.П. Зеркальные антенны для земных станций спутниковой связи. - М.: Горячая линия-Телеком, 2008. - 496 с: ил.4. Frolov O.P., Wald V.P. Mirror antennas for satellite earth stations. - M.: Hotline-Telecom, 2008. - 496 p.: ill.
5. 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. 5. Cascade of a microwave receiver with frequency separation of orthogonal polarizations of two frequency bands: Patent RU 2136088:
6. Многолучевая диапазонная зеркальная антенна: Патент RU 2620875: МПК H01Q 19/19. / A.M. Сомов; Заявка RU 2016129028 от 15.07.2016 г.; Опубл. 30.05.2017 г.6. Multibeam range reflector antenna: Patent RU 2620875: IPC H01Q 19/19. / A.M. Somov; Application RU 2016129028 dated July 15, 2016; Published May 30, 2017
7. Ненаклонная многолучевая диапазонная двухзеркальная антенна: Патент RU 2664870: МПК H01Q 5/00. / М.А. Сомов, К.М. Волгаткин, A.M. Сомов; Заявка RU 2017140173 от 20.11.2017 г.; Опубл. 23.08.2018 г.7. Non-tilted multibeam band two-mirror antenna: Patent RU 2664870:
Claims (1)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2776724C1 true RU2776724C1 (en) | 2022-07-26 |
Family
ID=
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1999060656A2 (en) * | 1998-05-20 | 1999-11-25 | L-3 Communications Essco, Inc. | Multibeam satellite communication antenna |
US7522116B2 (en) * | 2006-02-23 | 2009-04-21 | Agence Spatiale Europeenne | Multibeam antenna |
EP2359435A4 (en) * | 2008-11-17 | 2012-09-12 | Ahn Jiho | Compact multibeam reflector 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 |
RU2664751C1 (en) * | 2017-12-06 | 2018-08-22 | Анатолий Михайлович Сомов | Multi-beam range two-mirror antenna with irradiated radiation |
RU2664870C1 (en) * | 2017-11-20 | 2018-08-23 | Федеральное государственное унитарное предприятие Ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт радио | Non-inclined multiple multi-beam band double-reflector antenna |
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1999060656A2 (en) * | 1998-05-20 | 1999-11-25 | L-3 Communications Essco, Inc. | Multibeam satellite communication antenna |
US7522116B2 (en) * | 2006-02-23 | 2009-04-21 | Agence Spatiale Europeenne | Multibeam antenna |
EP2359435A4 (en) * | 2008-11-17 | 2012-09-12 | Ahn Jiho | Compact multibeam reflector 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 |
RU2664870C1 (en) * | 2017-11-20 | 2018-08-23 | Федеральное государственное унитарное предприятие Ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт радио | Non-inclined multiple multi-beam band double-reflector antenna |
RU2664751C1 (en) * | 2017-12-06 | 2018-08-22 | Анатолий Михайлович Сомов | Multi-beam range two-mirror antenna with irradiated radiation |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2494506C1 (en) | Electronic beam scanning lens antenna | |
US6320553B1 (en) | Multiple frequency reflector antenna with multiple feeds | |
US9478861B2 (en) | Dual-band multiple beam reflector antenna for broadband satellites | |
US6937203B2 (en) | Multi-band antenna system supporting multiple communication services | |
US6774861B2 (en) | Dual band hybrid offset reflector antenna system | |
US6184838B1 (en) | Antenna configuration for low and medium earth orbit satellites | |
RU2776724C1 (en) | Multibeam multiband multimirror antenna with axisymmetric counter-reflectors | |
RU2776725C1 (en) | Multibeam multiband multireflector antenna | |
RU2776723C1 (en) | Axisymmetric multiband multimirror antenna | |
RU2798411C1 (en) | Axisymmetric dual band antenna | |
Wan et al. | A hybrid reflector antenna for two contoured beams with different shapes | |
RU2798412C1 (en) | Axisymmetric dual band antenna | |
RU2776722C1 (en) | Axisymmetric multi-band multi-beam multi-reflector antenna | |
RU2811709C1 (en) | Single-ended multi-band multi-mirror antenna | |
WATANABE et al. | An offset spherical tri-reflector antenna | |
RU2807497C1 (en) | Axisymmetric multi-band multi-beam multi-mirror antenna | |
RU2664751C1 (en) | Multi-beam range two-mirror antenna with irradiated radiation | |
RU2821239C1 (en) | Dual-band antenna with ring focus and elliptical generatrix of counter-reflector | |
RU2821238C1 (en) | Dual-band antenna with ring focus and hyperbolic generatrix of counter-reflector | |
RU2664792C1 (en) | Multi-beam combined non-axisymmetric mirror antenna | |
RU2620875C1 (en) | Multibeam band dish antenna | |
RU2805126C1 (en) | Composite multi-beam two-mirror antenna | |
RU2673436C1 (en) | Non-inclined multibeam two-mirror antenna of irradiated radiation | |
RU2805200C1 (en) | Composite multi-beam mirror antenna | |
RU2627284C1 (en) | Multibeam combined mirror antenna |