UA17158U

UA17158U - Multibeam spherical reflector antenna

Info

Publication number: UA17158U
Application number: UAU200602980U
Authority: UA
Inventors: Liubov Mykhailivna Lobkova; Vladyslav Viktorovych Holovin; Yurii Mykolaiovych Tyschuk; Oleksandr Viktorovyc Troitskyi; Maksym Ihorovych Redin
Original assignee: Univ Sevastopol Nat Technical
Priority date: 2006-03-20
Filing date: 2006-03-20
Publication date: 2006-09-15

Abstract

The proposed multibeam spherical reflector antenna contains a spherical reflector and a radiating system. The radiating system is designed as an array of cylindrical spiral radiating elements that are arranged on the spherical focal surface of the reflector. The radiating elements are in-phase excited. The adjacent radiating elements are turned by 180 degrees relative to each other. The proposed design of the antenna provides a possibility to form the directional pattern of the antenna without attenuators and phase changers.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Корисна модель відноситься до антенних пристроїв та може бути використана в системах супутникового 2 зв'язку.The utility model refers to antenna devices and can be used in satellite 2 communication systems.

Відомі багатопроменеві дзеркальні антени, що утримуються як опромінююча система богатоелементної фазірованої антенної решітки (ФАР) |дивись наприклад, Архипов Н.С., Гряник М.В., Ломан В.И., Нестеренко И.К.Known multibeam mirror antennas, which are maintained as a radiating system of a rich-element phased array antenna (PAR) | see, for example, N.S. Arkhipov, M.V. Gryanyk, V.Y. Loman, I.K. Nesterenko.

Гибридно-зеркальньсе антеннь //Зарубежная радиозлектроника. -1988. -Мо12. -С.62-77|.Hybrid mirror antennas // Foreign radio electronics. -1988. -Mo12. - P.62-77|.

Використання ФАР як опромінюючої системи вимагає створення громіздких діаграмоутворюючих схем (ДУС), 70 що містять дільники потужності, атенюатори і фазообертачі. Головними недоліками таких ДУС є великі габаритні розміри, конструктивна і технологічна складність, великі енергетичні втрати, обмеження частотних характеристик антени і висока вартість виготовлення.The use of a PAR as an irradiating system requires the creation of cumbersome diagram-forming circuits (DUS), 70 containing power dividers, attenuators and phase shifters. The main disadvantages of such DUS are large overall dimensions, structural and technological complexity, large energy losses, limitation of frequency characteristics of the antenna and high manufacturing cost.

Найбільш близьким до передбачуваної корисної моделі по технічної сутності є багатопроменева дзеркальна антена, що містить дзеркало і решітку випромінювачів, що можуть бути розташовані на плоскій або сферичній 12 поверхні. ДУС містить два ідентичних канали, перший призначений для прийому, другий - для передачі сигналу.The closest to the intended useful model in terms of technical essence is a multi-beam mirror antenna containing a mirror and an array of emitters that can be located on a flat or spherical 12 surface. DUS contains two identical channels, the first is intended for reception, the second - for signal transmission.

Кожний з каналів містить дві гібридні матриці, підсилювачі на лампах рухомої хвилі і схему керування багатопроменевою діаграмою спрямованості. Гібридні матриці містять М вихідних та М вхідних портів і являють собою систему спрямованих відгалужувачів. Між собою вони з'єднаються підсилювачами. Формування діаграми спрямованості (ДС) здійснюється у блоці керування ДУС за допомогою пар сполучених фазообертачів і атенюаторів (див. Пат. 005936592А США, МПК НО1021/00 Кесопіїдигабіе тиріе реат зайейе геПесіог апіеппа м/п ап аїітау Теед. Рагпіпазагайу Катапціат, Зцапакаг К. Као, Корегп Е. Машдпап, Чатез С. МеСіеагу (О5А). -Мо09/092510; Заявлено 05.06.1998. Опубл. 10.08.1999).Each of the channels contains two hybrid matrices, amplifiers on traveling wave lamps and a control circuit for a multi-beam directional pattern. Hybrid matrices contain M output and M input ports and represent a system of directional splitters. They will be connected to each other by amplifiers. The formation of the directional pattern (DS) is carried out in the DUS control unit using pairs of coupled phase shifters and attenuators (see US Pat. 005936592A, IPC НО1021/00 , Koregp E. Mashdpap, Chatez S. MeSieagu (O5A). -Mo09/092510; Claimed 06/05/1998. Published 08/10/1999).

Однак така антена має малий діапазон робочих частот. Крім того, наявність великого числа фазообертачів і дільників потужності вносить великі втрати. Втрати компенсуються підсилювачами, що вносять перекручення, які компенсуються використанням додаткової корекції. Крім того, використання фазообертачів приводить до в значного зменшення діапазону робочих частот, а складність формування багатопроменевої ДС потребує поділу каналів прийомів і передачі, що вдвічі збільшує конструкцію ДУС та знижує коефіцієнт використання поверхні.However, such an antenna has a small range of operating frequencies. In addition, the presence of a large number of phase shifters and power dividers causes large losses. Losses are compensated by amplifiers that introduce distortion, which is compensated by the use of additional correction. In addition, the use of phase shifters leads to a significant reduction in the range of operating frequencies, and the complexity of forming a multi-beam DC requires the separation of reception and transmission channels, which doubles the design of the DC and reduces the surface utilization factor.

В основу корисної моделі покладено задачі збільшення коефіцієнта використання поверхні, розширення робочої смуги частот, спрощення конструкції системи, що опромінює, яка досягається тим, що в якості со фокусуючої системи використовується дзеркало зі сферичним профілем, а в опромінюючій системі, що містить о антенну решітку та ДУС як первинні випромінювачі, використовуються циліндричні спіральні антени, що розташовані на фокальній поверхні сферичного дзеркала (Фіг.-), при цьому у декартовій системі координат -- геометрія спіралей описується співвідношеннями: ча х:асозо; ухавіпо; 2--аоіор,The useful model is based on the tasks of increasing the coefficient of surface utilization, expanding the working frequency band, simplifying the design of the irradiating system, which is achieved by using a mirror with a spherical profile as a co-focusing system, and in the irradiating system, which contains an antenna array and DUS as primary emitters use cylindrical spiral antennas located on the focal surface of a spherical mirror (Fig.-), while in the Cartesian coordinate system -- the geometry of the spirals is described by the ratios: cha x:asozo; uhavipo; 2--aoior,

Зо де а - радіус циліндра, на який намотується спіраль, р - кут нахилу витків спіралі, о, - центральний кут, що в -- межах одного витка спіралі змінюється від 0 до 2л, а для спіралі з п витками буде змінюватися від 0 до 2лп.Where a is the radius of the cylinder on which the spiral is wound, p is the angle of inclination of the turns of the spiral, о is the central angle that varies from 0 to 2l within one turn of the spiral, and for a spiral with n turns it will vary from 0 to 2 lp.

При цьому кут нахилу витків спіралі ВД, крок намотування П, діаметр циліндра 4, кількість витків спіралі п вибираються зі співвідношень: « 20 д-72...139, п-(0,175...0,3)Х., - с а-(0,35...0,4) Х, пе 7...11. й Також додаткове розширення функціональних можливостей сферичної дзеркальної антени досягається за «» допомогою використання характеристик поляризаційної структури поля випромінювання спіральних антен.At the same time, the angle of inclination of the turns of the spiral VD, the winding step P, the diameter of the cylinder 4, the number of turns of the spiral n are selected from the ratios: "20 d-72...139, n-(0.175...0.3)X., - s a-(0.35...0.4) X, pe 7...11. Also, additional expansion of the functional capabilities of the spherical mirror antenna is achieved by using the characteristics of the polarization structure of the radiation field of spiral antennas.

Причому в решітці усі спіральні антени збуджуються синфазно, для цього лінії живлення, що підключаютьMoreover, in the grid, all spiral antennas are excited in phase, for this the power lines connecting

Спіральні випромінювачі до ДУС, мають однакову довжину, а у конструкції ДУС виключаються усі фазообертацчі. - При цьому багатопроменева ДС формується через зсув спіральних випромінювачів щодо фокальної осі дзеркала на кут і повороту кожної зі спіралей навколо своєї осі. Точка живлення кожної зі спіралей це. розташовується не на осі утворюючого циліндра, а на його периметрі. Для формування багатопроменевої ДС у - решітці спіралі розташовуються так, як показано на Фіг.: дві поруч розташовані спіралі розгорнуті навколо 5р своїх осей відносно одна одної на 1802. Спіралі розташовуються над екраном (див. Фіг.). і-й Ці властивості запропонованої конструкції опромінюючої системи є новими, оскільки в прототипі формування (Че багатопроменевої ДС здійснюється за допомогою блоку фазообертачів і атенюаторів, що виключається з запропонованої конструкції. Погрішність при виконанні конструкції живильних ліній рівної довжини можна компенсувати за допомогою додаткового настроювання спіралей у решітці через додатковий поворот відповідної спіралі навколо своєї осі.The spiral emitters for the DUS have the same length, and in the design of the DUS, all phase rotations are excluded. - At the same time, the multibeam DS is formed due to the shift of the spiral emitters relative to the focal axis of the mirror by an angle and the rotation of each of the spirals around its axis. The power point of each of the spirals is this. is located not on the axis of the forming cylinder, but on its perimeter. To form a multi-beam DS in the grid, the spirals are arranged as shown in Fig.: two adjacent spirals are deployed around 5p of their axes relative to each other at 1802. The spirals are located above the screen (see Fig.). and-th These properties of the proposed design of the irradiating system are new, since in the prototype of the formation (Che multibeam DS is carried out using a block of phase shifters and attenuators, which is excluded from the proposed design. The error in the design of the feeder lines of equal length can be compensated by means of additional adjustment of the spirals in lattice due to the additional rotation of the corresponding spiral around its axis.

Досягнуте спрощення схеми формування багатопроменевої ДС дозволяє використовувати один тракт як для с прийому, так і для передачі сигналу. При цьому зменшуються маса і габаритні розміри ДУС, збільшується коефіцієнт використання поверхні дзеркала, зменшуються втрати потужності в ДУС. Відсутність фазообертачів дозволяє розширити смугу робочих частот, що буде визначатися характеристиками спіральних антен. во На фігурі показано дзеркало 1, первинні спіральні опромінювачі 2, екран 3, місце живлення спіралей 4, діаграмоутворюючу схему 5, лінії живлення спіральних опромінювачів 6, 7 і 8 - порти введення-висновку.The achieved simplification of the multi-beam DS formation scheme allows the use of one path for both reception and signal transmission. At the same time, the mass and overall dimensions of the DUS decrease, the coefficient of use of the mirror surface increases, and power losses in the DUS decrease. The absence of phase shifters allows you to expand the range of operating frequencies, which will be determined by the characteristics of spiral antennas. In the figure, mirror 1, primary spiral radiators 2, screen 3, place of feeding spirals 4, diagramming circuit 5, supply lines of spiral radiators 6, 7 and 8 - input-output ports are shown in the figure.

Причинно-наслідковій зв'язок між сукупністю заявляємої конструкції антени, та досягаємого технічного результату складається в зменшенні затінення опромінювачем робочої області поверхні дзеркала, виключенням фазообертачів з ДУС, фазіровкою спіралей у решітці шляхом повороту кожної з них навколо своєї осі. 65 Антена містить сферичне дзеркало та опромінюючу систему, що містить антенну решітку і ДУС, яка містить систему дільників потужності. Як первинні випромінювачі використовуються циліндричні спіральні антени,The cause-and-effect relationship between the totality of the proposed antenna design and the achievable technical result consists in the reduction of shading by the irradiator of the working area of the mirror surface, the exclusion of phase shifters from the DUS, the phasing of the spirals in the lattice by rotating each of them around its axis. 65 The antenna includes a spherical mirror and a radiating system that includes an antenna array and a DUS that includes a system of power dividers. Cylindrical spiral antennas are used as primary emitters,

розташовані на фокальній поверхні сферичного дзеркала. При цьому кут нахилу витків спіралі Д, крок намотування Пп, діаметр циліндра а, кількість витків спіралі п вибираються зі співвідношень: д-72...139, п-(0,175...0,3)Х., а-(0,35...04) Х, п-7...11.located on the focal surface of a spherical mirror. At the same time, the angle of inclination of the turns of the spiral D, the pitch of the winding Pp, the diameter of the cylinder a, the number of turns of the spiral n are selected from the ratios: d-72...139, n-(0.175...0.3)X., a-(0 ,35...04) X, n-7...11.

У решітці всі спіральні антени збуджуються синфазно, для цього лінії живлення, що підключають спіральні опромінювачі до ДУС, мають однакову довжину, а з конструкції ДУС виключаються всі фазообертачі. При цьому багатопроменева ДС формується шляхом зсуву спіральних випромінювачів щодо фокальної осі дзеркала і повороту кожної зі спіралей навколо своєї осі, таким чином, щоб дві поруч варті спіралі були розгорнуті 70 навколо своїх осей відносно одна одної на 1809. Усі спіралі розташовуються над екраном.In the array, all spiral antennas are excited in phase, for this the power lines connecting the spiral irradiators to the DUS have the same length, and all phase shifters are excluded from the design of the DUS. At the same time, the multi-beam DS is formed by shifting the spiral emitters relative to the focal axis of the mirror and rotating each of the spirals around its axis, so that two adjacent spirals are deployed 70 degrees around their axes relative to each other by 1809. All spirals are located above the screen.

Claims

Formulation of the invention Multi-beam spherical mirror antenna containing a spherical mirror and an irradiating system in the form of a grid of emitters located on the focal surface, which is distinguished by the fact that spiral antennas excited in phase are introduced as primary irradiators, and the spirals, which are placed next to each other, are deployed around their axes relative to each other by 180g, and phase shifters and attenuators are excluded from the diagram-forming circuit. - (ee) IF) «- cha yo -

with . and? - -I - 1 IC e) c 60 b5