способ управления диаграммой направленности параболической антенны

Формула изобретения

Способ управления диаграммой направленности параболической антенны, основанный на смещении источника излучения относительно фокуса отражателя, отличающийся тем, что источник излучения смещают по дуге радиусом r 1,13f, где f фокусное расстояние отражателя, с центром, лежащим на фокальной оси отражателя, сохраняя параллельным фокальной оси отражателя направление максимума диаграммы направленности источника излучения и уменьшая ее ширину _n через каждые градусов по закону арифметической прогрессии

q_n= 2-[2+2(n-1),

где 2 - ширина диаграммы направленности источника излучения в фокусе отражателя;

- дискрет смещения источника излучения;

n 1, 2, 3 порядок дискрета.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано для приема программ спутникового телевидения.

При приема с помощью параболической антенны программ с нескольких спутников возникают проблемы, связанные с управлением диаграммы направленности (ДН) антенны в широком секторе обзора.

Известен способ управления ДН параболической антенны путем вращения всей антенной системы с помощью электромеханических приводов с позиционерами, позволяющий вести поочередный обзор спутников [1] Этот способ требует больших затрат, обусловленных изготовлением сложных устройств для вращения всей системы, и неудобен.

Известен способ управления ДН параболической антенны путем смещения источника излучения из фокуса в направлении, перпендикулярном фокальной оси отражателя [2] При малых смещениях источника излучения форма ДН практически не искажается. Но с увеличением смещения появляются нелинейные фазовые ошибки, приводящие к не допустимому искажению формы ДН и росту боковых лепестков. Максимальный угол, на который смещается ДН, не превышает двух или трех ее ширин, поэтому с помощью данного способа возможен прием программ не более чем трех спутников.

Известен способ управления ДН в более широком секторе обзора, реализованный в широкоугольной многолучевой антенне [3] и принятый за прототип.

Согласно этому способу в фокальной области параболического отражателя размещают идентичные облучатели и вспомогательный отражатель, предназначенный для корректировки фазовых ошибок. Поочередно или одновременно возбуждают облучатели, имитируя тем самым смещение фазового центра источника излучения относительно фокуса отражателя. Это приводит к смещению ДН в рабочем секторе обзора.

В этом способе полный рабочий сектор равен 25^o (12,5^o относительно фокуса), что позволяет вести одновременный прием программ восьми спутников в диапазоне 10,95 111,7 ГГц. Но это достигается за счет использования дополнительного отражателя, т.е. за счет дополнительных затрат.

Задачей изобретения является обеспечение возможности управления ДН однозеркальной параболической антенны в расширенном рабочем секторе обзора.

Задача решена тем, что в способе управления диаграммой направленности параболической антенны, основанном на смещении источника излучения относительно фокуса отражателя, источник излучения смещают по дуге радиусом r= 1,13f, где f фокусное расстояние отражателя с центром, лежащим на фокальной оси отражателя, и проходящей через его фокус, сохраняя параллельным фокальной оси отражателя направление максимума диаграммы направленности источника излучения и уменьшая ее ширину _n через каждые градусов по закону арифметической прогрессии q_n= 2-[2+2(n-1)] где 2 ширина диаграммы направленности источника излучения в фокусе отражателя; g дискрет смещения источника излучения; n=1, 2, 3 порядок дискрета.

Расширение сектора обзора достигается за счет выбора траектории смещения источника излучения, соответствующей квазифокальной дуге эквивалентного сферического отражателя, уменьшения ширины ДН источника и выбора направления максимума излучения, обеспечивающих минимальные фазовые ошибки при незначительном снижении коэффициента усиления антенны.

На чертеже приведена параболическая антенна, в которой реализуется предлагаемый способ управления, общий вид.

Антенна содержит параболический отражатель 1 и облучатели 2, размещенные на дуге 3, проходящей через фокус F отражателя 1. Облучатели 2 расположены на дуге 3 таким образом, что направления максимумов ДН параллельны фокальной оси отражателя 1. Радиус дуги 3 r=1,13f, где f фокусное расстояние отражателя 1.

Центры облучателей 2 расположены на расстоянии g3^o друг от друга, определяемом угловым расстоянием между спутниками. Максимальное количество облучателей при g3^o для диапазона 10,95 11,7 ГГц 11.

Ширина диаграмм направленности q_n облучателей 2 уменьшается от значения 2 (центральный облучатель), равного углу раствора отражателя 1 (120^o), до значения q_k (крайние облучатели) по закону арифметической прогрессии и определяется по формуле

_n= 2-[2+2(n-1)] (1)

где n=1, 2, 3.

К каждому облучателю 2 подключены каналы приемного устройства.

Управление ДН антенны осуществляется путем поочередного или одновременного возбуждения облучателей 2. При этом имитируется смещение фазового центра источника излучения и происходит смещение ДН антенны в пространстве.

Физический смысл предложенного способа управления ДН параболической антенны заключается в следующем.

Траектория 3 смещения фазового центра источника излучения 2 является квазифокальной дугой сферического отражателя 4 радиусом R, который в секторе 30^o эквивалентен с необходимой точностью реальному параболическому отражателю 1 с фокусным расстоянием f причем R=f+r а оптимальное отношение f/R находится в пределах 0,456 0,475 [4, c.89-90]

Облучатель, установленный в фокусе отражателя 1 и имеющий ширину ДН на уровне минус 10 дБ, равную углу раствора отражателя 1, обеспечивает оптимальное формирование ДН антенны в направлении, совпадающем с фокальной осью 00. Другие облучатели, установленные по дуге 3 через угол g соответствующий размещению спутников на орбите, обеспечивает формирование ДН антенны в направлениях, параллельных соответствующим радиусам OP.

Ширина ДН каждого облучателя 2 от соответствующего радиального направления до внутреннего ската не должна превышать значения Эта ширина соответствует облучению на уровне не более минус 10 -12 дБ области отражателя 1, где радиус-векторы сферического ^c и параболического ⁿ отражателей отличаются в заданных пределах, обеспечивая фазовую ошибку на краю области не более p/2 а внутри не более /4

Чтобы при смещении излучателя на n градусов (n=1, 2, 3.) от центра не возникало искажений формируемой ДН, связанных с переобучением, и незначительно уменьшался коэффициент усиления антенны, необходимо уменьшать ширину ДН облучателей, сохраняя при этом направление максимумов ДН, параллельным фокальной оси.

Предлагаемый способ позволяет с помощью обычной параболической антенны диаметром 2,5 м вести одновременный прием в диапазоне 10,95 11,7 ГГц программ 11 спутников-ретрансляторов в секторе до 30^o, при этом крайние ДН отличаются от центральной по усилению не более, чем на 1,5 дБ. Рабочий сектор обзора может быть увеличен до 30^o, но за счет снижения усиления крайних лучей до 3дБ относительно центрального (на чертеже облучатель K).

Источники информации

1. Антенная система спутникового телевидения ГРАДИЕНТ: Инструкция по эксплуатации. -Ростов н/Д. ВНИИ "Градиент",1992.

2. Айзенберг Г.З. и др. Антенны УКВ, ч. 1. -М. Связь, 1977, с. 336.

3. Патент США N 4355314, кл. H 01 Q 19/19, 1982.

4. Айзенберг Г.З. и др. Антенны УКВ, ч. 2. М. Связь, 1977, с. 89-90.