RU2798411C1 - Axisymmetric dual band antenna - Google Patents
Axisymmetric dual band antenna Download PDFInfo
- Publication number
- RU2798411C1 RU2798411C1 RU2022109260A RU2022109260A RU2798411C1 RU 2798411 C1 RU2798411 C1 RU 2798411C1 RU 2022109260 A RU2022109260 A RU 2022109260A RU 2022109260 A RU2022109260 A RU 2022109260A RU 2798411 C1 RU2798411 C1 RU 2798411C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- reflector
- counter
- ellipse
- irradiator
- parabola
- Prior art date
Links
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 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 работы одновременно в нескольких диапазонах частот.The present invention relates to the field of radio engineering and is intended for use as antennas for earth stations of satellite communication systems with repeaters of the microwave-EHF ranges located on the GSO, to operate simultaneously in several frequency bands.
Уровень техникиState of the art
Известны [2] двухзеркальные антенны, состоящие из основного параболического зеркала-рефлектора, вспомогательного зеркала-контррефлектора в виде эллипсоида (схема Грегори) или гиперболоида (схема Кассегрена), 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 активных потерь электромагнитной энергии в устройстве разделения диапазонов частот.Known [2] are two-mirror antennas, consisting of a main parabolic reflector, an auxiliary mirror-counterreflector in the form of an ellipsoid (Gregory's scheme) or a hyperboloid (Cassegrain's scheme), coaxial to the reflector, and an 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 active losses 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 a satellite from each direction.
Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the essence of the invention
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении эффективности антенны при одновременном приеме нескольких диапазонов частот за счет исключения устройства разделения частот, вносящего дополнительные потери в тракт приема. Для этого предлагается осесимметричная двухдиапазонная антенна Грегори-Грегори, состоящая из основного зеркала (рефлектора) с образующей в виде параболы и вспомогательного зеркала (контррефлектора) с образующей в виде эллипса, вогнутого в сторону от параболы и соосного ей. Один из фокусов эллипса контррефлектора совпадает с фокусом параболы, а другой - с положением облучателя. В центре рефлектора соосно ему установлен вторичный рефлектор с образующей в виде эллипса, вогнутого в сторону от контррефлектора. При этом один из фокусов эллипса вторичного рефлектора совпадает с положением облучателя, а в другом установлен дополнительный облучатель другого диапазона частот, направленный в сторону вторичного рефлектора.The technical result of the invention is to increase the efficiency of the antenna while receiving several frequency bands simultaneously by eliminating the frequency separation device, which introduces additional losses in the reception path. For this, an axisymmetric dual-band Gregory-Gregory antenna is proposed, consisting of a main mirror (reflector) with a generatrix in the form of a parabola and an auxiliary mirror (counter-reflector) with a generatrix in the form of an ellipse concave away from the parabola and coaxial to it. One of the foci of the counterreflector ellipse coincides with the focus of the parabola, and the other with the position of the feed. In the center of the reflector, a secondary reflector is installed coaxially with a generatrix in the form of an ellipse concave away from the counter-reflector. In this case, one of the foci of the ellipse of the secondary reflector coincides with the position of the irradiator, and in the other, an additional irradiator of another frequency range is installed, directed towards the secondary reflector.
Краткое описание чертежейBrief description of the drawings
Изобретение поясняется чертежом, на котором фиг. 1 - сечение осесимметричной двухдиапазонной гибридной антенны Грегори-Грегори плоскостью, содержащей ось аксиальной симметрии.The invention is illustrated by the drawing, in which FIG. 1 is a cross section of an axisymmetric dual-band hybrid Gregory-Gregory antenna with a plane containing the axis of axial symmetry.
На чертеже обозначено:The drawing shows:
1 - рефлектор;1 - reflector;
2 - контррефлектор;2 - counter-reflector;
3 - облучатель;3 - irradiator;
4 - вторичный рефлектор;4 - secondary reflector;
5 - дополнительный облучатель;5 - additional irradiator;
6 - лучи облучателя и вторичного рефлектора;6 - beams of the irradiator and the secondary reflector;
7 - лучи контррефлектора и вторичного рефлектора;7 - beams of the counter-reflector and the secondary reflector;
8 - ось аксиальной симметрии;8 - axis of axial symmetry;
9 - направление плоской волны первого и второго диапазонов. Осуществление изобретения9 - direction of the plane wave of the first and second ranges. Implementation of the invention
Осесимметричная двухдиапазонная гибридная антенна Грегори-Грегори с рефлектором 1 в виде части параболоида и контррефлектором 2 в виде части эллипсоида, вогнутого в сторону от рефлектора, с совпадающими фокальными осями 8 (фиг. 1) образующих рефлектор 1 и контррефлектор 2 параболы и эллипса соответственно содержит облучатель 3 в фокусе эллипсоида 2, наиболее близком к вершине рефлектора 1. Второй фокус эллипсоида 2, удаленный от рефлектора 1, совпадает с положением фокуса рефлектора.An axisymmetric dual-band hybrid Gregory-Gregory antenna with a reflector 1 in the form of a part of a paraboloid and a counter-reflector 2 in the form of a part of an ellipsoid concave away from the reflector with coinciding focal axes 8 (Fig. 1) forming a reflector 1 and a counter-reflector 2 of a parabola and an ellipse, respectively, contains an
При подключении к облучателю 3, размещенному на оси аксиальной симметрии 8, высокочастотного генератора первого диапазона частот, облучатель 3 излучает электромагнитное поле, в том числе в сторону верхнего и нижнего краев контррефлектора 2, которые в приближении геометрической оптики можно рассматривать в виде лучей 6. Отразившись от верхнего и нижнего краев контррефлектора лучи 6, как и все другие 7, попадают на рефлектор 1. После отражения от рефлектора данные лучи 9 благодаря известным свойствам параболоида оказываются параллельны аксиальной оси 8 антенны, в результате чего в раскрыве антенны формируется синфазное распределение электромагнитного поля и соответствующая диаграмма направленности (ДН) первого диапазона частот с максимумом в направлении оси 8.When connected to the
Диаметр контррефлектора 2, чтобы он работал в качестве зеркала, должен составлять с одной стороны 6-^10 длин электромагнитной волны, возбуждаемой генератором облучателя 3, а с другой стороны должен быть, по крайней мере, в 10 раз меньше диаметра рефлектора 1, чтобы его практически не затенять.The diameter of the counter-reflector 2, in order for it to work as a mirror, must be on the one hand 6-^ 10 lengths of the electromagnetic wave excited by the generator of the
Облучающее устройство второго диапазона частот осесимметричной двухдиапазонной гибридной антенны Грегори-Грегори состоит из вторичного рефлектора 4 в виде части эллипсоида, соосного рефлектору 1 и контррефлектору 2, и дополнительного облучателя 5 другого диапазона частот, направленного в сторону вторичного рефлектора 4. Вторичный рефлектор имеет два фокуса, один из которых совпадает с фазовым центром облучателя 3, а второй с фазовым центром дополнительного облучателя 5.The irradiating device of the second frequency range of the axisymmetric dual-band hybrid Gregory-Gregory antenna consists of a secondary reflector 4 in the form of a part of an ellipsoid, coaxial to the reflector 1 and the counter-reflector 2, and an additional feed 5 of another frequency range directed towards the secondary reflector 4. The secondary reflector has two foci, one of which coincides with the phase center of the
При подключении к дополнительному облучателю 5, расположенному в ближнем фокусе вторичного рефлектора 4, генератора второго диапазона частот сферическая волна этого облучателя преобразуется согласно законам геометрической оптики в сферическую волну, исходящую из второго фокуса вторичного рефлектора. Поскольку этот фокус совпадает с фокусом контррефлектора 2 и одновременно с положением облучателя 3, сферический фронт волны дополнительного облучателя 5 в виде лучей, аналогичных 6, преобразуется контррефлектором 2 в сферическую волну, исходящую из фокуса контррефлектора 2, являющегося одновременно фокусом параболоида 1. После отражения от рефлектора излучение дополнительного облучателя в виде плоской волны формирует в раскрыве диаграмму направленности в направлении 9, совпадающем с направлением максимума ДН первого диапазона частот.Таким образом, ДН обоих диапазонов частот оказываются направлены в сторону одного ИСЗ.When connected to an additional irradiator 5, located in the near focus of the secondary reflector 4, the generator of the second frequency range, the spherical wave of this irradiator is converted according to the laws of geometric optics into a spherical wave emanating from the second focus of the secondary reflector. Since this focus coincides with the focus of the counter-reflector 2 and simultaneously with the position of the
Облучатель 3 оказывает затеняющее воздействие на излучение дополнительного облучателя 5. Это воздействие может быть минимизировано при соответствующем распределении диапазонов частот по облучателям. Так, если облучатель 3 работает на больших частотах (например, в Ka диапазоне), а дополнительный облучатель 5 - на меньших частотах (в Ku или С диапазоне), то размеры облучателя 3 будут много меньше длин волн излучения дополнительного облучателя 5. В этом случае воздействие облучателя 3 на проходящие мимо него электромагнитные волны дополнительного облучателя 5 будет мало.The
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 два облучателя 3 и 5, что повышает эффективность антенны. Кроме того, входы облучателей 3 и 5 в предлагаемой антенне расположены навстречу друг другу, что позволяет разместить между ними миниатюрную приемно-передающую аппаратуру и за счет этого сократить длину волноводных линий, тем самым дополнительно повысив 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 separation of the reception into two
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, Н04 В1/00. / A.M. Сомов, А.В. Пугачев; Заявка RU 98105930 от 17.03.1998 г.; Опубл. 27.08.1999 г.3. The cascade of the microwave receiver with frequency separation of orthogonal polarizations of two frequency ranges: Patent RU 2136088: IPC H01R 1/161, H04 B1/00. / A.M. Somov, A.V. Pugachev; Application RU 98105930 dated March 17, 1998; Published 08/27/1999
4. Многолучевая комбинированная зеркальная антенна: Патент RU 2627284: МПК H01Q5/00. / A.M. Сомов; Заявка RU 2016127926 от 12.07.2016 г.; Опубл. 04.08.2017 г.4. Multibeam combined reflector antenna: Patent RU 2627284: IPC H01Q5/00. / A.M. Somov; Application RU 2016127926 dated July 12, 2016; Published 08/04/2017
Claims (1)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2798411C1 true RU2798411C1 (en) | 2023-06-22 |
Family
ID=
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3927408A (en) * | 1974-10-04 | 1975-12-16 | Nasa | Single frequency, two feed dish antenna having switchable beamwidth |
SU1450022A2 (en) * | 1987-01-08 | 1989-01-07 | Киевское Высшее Военное Инженерное Дважды Краснознаменное Училище Связи Им.М.И.Калинина | Double-reflector multirange aearial |
RU2064212C1 (en) * | 1993-03-25 | 1996-07-20 | Анатолий Михайлович Сомов | Double-reflector axisymmetrical antenna |
US6172650B1 (en) * | 1998-07-02 | 2001-01-09 | Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho | Antenna system |
US20050110694A1 (en) * | 2001-09-14 | 2005-05-26 | Andrew Corporation | Co-Located Multi-Band 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 |
RU2627284C1 (en) * | 2016-07-12 | 2017-08-04 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие Ордена Трудового Красного Знамени Научно-Исследовательский Институт Радио (Фгуп Ниир) | Multibeam combined mirror antenna |
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3927408A (en) * | 1974-10-04 | 1975-12-16 | Nasa | Single frequency, two feed dish antenna having switchable beamwidth |
SU1450022A2 (en) * | 1987-01-08 | 1989-01-07 | Киевское Высшее Военное Инженерное Дважды Краснознаменное Училище Связи Им.М.И.Калинина | Double-reflector multirange aearial |
RU2064212C1 (en) * | 1993-03-25 | 1996-07-20 | Анатолий Михайлович Сомов | Double-reflector axisymmetrical antenna |
US6172650B1 (en) * | 1998-07-02 | 2001-01-09 | Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho | Antenna system |
US20050110694A1 (en) * | 2001-09-14 | 2005-05-26 | Andrew Corporation | Co-Located Multi-Band Antenna |
RU2627284C1 (en) * | 2016-07-12 | 2017-08-04 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие Ордена Трудового Красного Знамени Научно-Исследовательский Институт Радио (Фгуп Ниир) | Multibeam combined 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 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6320553B1 (en) | Multiple frequency reflector antenna with multiple feeds | |
Rao | Advanced antenna technologies for satellite communications payloads | |
US7868840B2 (en) | Multi-beam and multi-band antenna system for communication satellites | |
US6937203B2 (en) | Multi-band antenna system supporting multiple communication services | |
US9478861B2 (en) | Dual-band multiple beam reflector antenna for broadband satellites | |
US6774861B2 (en) | Dual band hybrid offset reflector antenna system | |
US6329957B1 (en) | Method and apparatus for transmitting and receiving multiple frequency bands simultaneously | |
US10714841B1 (en) | Imaging reflector antenna system and method | |
RU2798411C1 (en) | Axisymmetric dual band antenna | |
RU2798412C1 (en) | Axisymmetric dual band antenna | |
Zhu et al. | AK/Ka‐band dielectric and metallic 3D printed aperture shared multibeam parabolic reflector antenna for satellite communication | |
RU2776723C1 (en) | Axisymmetric multiband multimirror antenna | |
RU2776724C1 (en) | Multibeam multiband multimirror antenna with axisymmetric counter-reflectors | |
RU2776725C1 (en) | Multibeam multiband multireflector 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 | |
Kildal et al. | Scalar horn with shaped lens improves Cassegrain efficiency | |
RU2807497C1 (en) | Axisymmetric multi-band multi-beam multi-mirror antenna | |
Wan et al. | A hybrid reflector antenna for two contoured beams with different shapes | |
RU2664792C1 (en) | Multi-beam combined non-axisymmetric mirror antenna | |
RU2805126C1 (en) | Composite multi-beam two-mirror antenna | |
RU2620875C1 (en) | Multibeam band dish antenna | |
RU2664751C1 (en) | Multi-beam range two-mirror antenna with irradiated radiation | |
RU2805200C1 (en) | Composite multi-beam mirror antenna |