RU2659303C1 - Satellite multi-band antenna unit - Google Patents

Satellite multi-band antenna unit Download PDF

Info

Publication number
RU2659303C1
RU2659303C1 RU2017108746A RU2017108746A RU2659303C1 RU 2659303 C1 RU2659303 C1 RU 2659303C1 RU 2017108746 A RU2017108746 A RU 2017108746A RU 2017108746 A RU2017108746 A RU 2017108746A RU 2659303 C1 RU2659303 C1 RU 2659303C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
frequency
antenna unit
plate
frequency band
band
Prior art date
Application number
RU2017108746A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Тома ЛОРИ
Клаус БРАЙТЗАМЕТЕР
Георг Эмануэль Август ШТРАУСС
Original Assignee
Этелсат С А
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Этелсат С А filed Critical Этелсат С А
Application granted granted Critical
Publication of RU2659303C1 publication Critical patent/RU2659303C1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q19/00—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
    • H01Q19/10—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces
    • H01Q19/12—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces wherein the surfaces are concave
    • H01Q19/13—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces wherein the surfaces are concave the primary radiating source being a single radiating element, e.g. a dipole, a slot, a waveguide termination
    • H01Q19/132—Horn reflector antennas; Off-set feeding
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/0006—Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices
    • H01Q15/0013—Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices said selective devices working as frequency-selective reflecting surfaces, e.g. FSS, dichroic plates, surfaces being partly transmissive and reflective
    • H01Q15/0026—Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices said selective devices working as frequency-selective reflecting surfaces, e.g. FSS, dichroic plates, surfaces being partly transmissive and reflective said selective devices having a stacked geometry or having multiple layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/0006—Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices
    • H01Q15/0013—Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices said selective devices working as frequency-selective reflecting surfaces, e.g. FSS, dichroic plates, surfaces being partly transmissive and reflective
    • H01Q15/0033—Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices said selective devices working as frequency-selective reflecting surfaces, e.g. FSS, dichroic plates, surfaces being partly transmissive and reflective used for beam splitting or combining, e.g. acting as a quasi-optical multiplexer
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q19/00—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
    • H01Q19/10—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces
    • H01Q19/12—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces wherein the surfaces are concave
    • H01Q19/17—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces wherein the surfaces are concave the primary radiating source comprising two or more radiating elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q19/00—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
    • H01Q19/10—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces
    • H01Q19/18—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces having two or more spaced reflecting surfaces
    • H01Q19/19—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces having two or more spaced reflecting surfaces comprising one main concave reflecting surface associated with an auxiliary reflecting surface
    • H01Q19/192—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces having two or more spaced reflecting surfaces comprising one main concave reflecting surface associated with an auxiliary reflecting surface with dual offset reflectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/40—Imbricated or interleaved structures; Combined or electromagnetically coupled arrangements, e.g. comprising two or more non-connected fed radiating elements
    • H01Q5/45—Imbricated or interleaved structures; Combined or electromagnetically coupled arrangements, e.g. comprising two or more non-connected fed radiating elements using two or more feeds in association with a common reflecting, diffracting or refracting device

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Aerials With Secondary Devices (AREA)

Abstract

Изобретение относится к антенной технике. Спутниковый многополосный антенный блок (1), содержащий: основной отражатель (2); частотно-избирательный отражательный блок (3); первый облучатель (4), подключенный к первому спутниковому конвертеру (5), при этом указанный первый облучатель расположен в первом местоположении для приема излучения в первой полосе (20) частот, при этом указанное излучение в первой полосе (20) частот содержит множество падающих лучей, отраженных от указанного основного отражателя (2) и пропущенных через указанный частотно-избирательный отражательный блок (3); второй облучатель (6), подключенный ко второму спутниковому конвертеру (7), при этом указанный второй облучатель расположен во втором местоположении для приема излучения во второй полосе (21) частот, которая ниже, чем указанная первая полоса частот, при этом указанное излучение во второй полосе (21) частот содержит множество падающих лучей, отраженных от основного отражателя (2) и от указанного частотно-избирательного блока (3); передатчик (5), подключенный к одному из указанных первого или второго облучателя, для передачи излучения по восходящему каналу на указанный основной отражатель. Причем указанный частотно-избирательный отражательный блок (3) содержит две электропроводные пластины (30'), обращенные друг к другу, при этом каждая пластина содержит массив отверстий (31'), расположенных на расстоянии друг от друга. Отверстия (31') каждой пластины (30'), расположенные на расстоянии друг от друга, имеют внутренние размеры (A, A), увеличивающиеся с углом (Θ) падающих лучей, при этом указанный угол (Θ) падающих лучей измерен относительно нормального вектора частотно-избирательного отражательного блока (3). 9 з.п. ф-лы, 16 ил.The invention relates to antenna technology. A satellite multi-band antenna unit (1), comprising: a main reflector (2); frequency selective reflective block (3); a first feed (4) connected to the first satellite converter (5), wherein said first feed is located at a first location for receiving radiation in the first frequency band (20), wherein said radiation in the first frequency band (20) contains a plurality of incident rays reflected from the specified main reflector (2) and passed through the specified frequency-selective reflective block (3); a second feed (6) connected to the second satellite converter (7), wherein said second feed is located at a second location for receiving radiation in a second frequency band (21) that is lower than said first frequency band, wherein said radiation is in a second the frequency band (21) contains a plurality of incident rays reflected from the main reflector (2) and from the indicated frequency-selective block (3); a transmitter (5) connected to one of said first or second irradiator for transmitting radiation through an uplink to said main reflector. Moreover, the specified frequency-selective reflective block (3) contains two electrically conductive plates (30 ') facing each other, with each plate containing an array of holes (31') located at a distance from each other. The holes (31 ') of each plate (30'), located at a distance from each other, have internal dimensions (A, A) increasing with the angle (Θ) of the incident rays, while the specified angle (Θ) of the incident rays is measured relative to the normal vector frequency selective reflective block (3). 9 s.p. f-ly, 16 ill.

Description

Настоящее изобретение относится к области спутниковой связи и антеннам для наземных терминалов спутниковой связи и, в частности, направлено на многополосную параболическую антенну.The present invention relates to the field of satellite communications and antennas for terrestrial satellite communication terminals and, in particular, is directed to a multi-band parabolic antenna.

Антенны с большим коэффициентом усиления в то же время с низким уровнем фонового шума имеют большое значение для обмена информацией с помощью электромагнитных сигналов в свободном пространстве. Они применяются, в частности, если получаемые сигналы ослаблены или расстояние между передатчиком и приемником является большим, таким как, например, в случае связи с участием спутников.Antennas with high gain at the same time with low background noise are of great importance for the exchange of information using electromagnetic signals in free space. They are used, in particular, if the received signals are attenuated or the distance between the transmitter and receiver is large, such as, for example, in the case of communication involving satellites.

Хорошо известно, что антенну-отражатель применяют для наземного приема радиосигналов (спутниковое телевидение), которые передают с помощью геостационарного спутника, при этом поверхности этой антенны-отражателя соответствуют параболическому контуру. Антенна-отражатель принимает сигналы от так называемой антенны-облучателя (часто также называемой облучателем или первичными излучателями). Как правило, в облучатель встроен так называемый малошумящий спутниковый конвертер (LNB), который усиливает принимаемые сигналы с минимально возможным уровнем шума и преобразует их в более низкие частоты. Фазовый центр облучателя находится в точке фокусировки параболоида или вблизи нее. Согласно действующему уровню техники, частоты приема телевизионных сигналов в основном лежат в диапазоне Ku, обычно от 10,7 до 12,75 ГГц.It is well known that a reflector antenna is used for terrestrial reception of radio signals (satellite television), which are transmitted using a geostationary satellite, while the surfaces of this reflector antenna correspond to a parabolic contour. A reflector antenna receives signals from a so-called irradiator antenna (often also called an irradiator or primary emitters). As a rule, the so-called low-noise satellite converter (LNB) is built into the irradiator, which amplifies the received signals with the lowest possible noise level and converts them to lower frequencies. The phase center of the irradiator is located at or near the focal point of the paraboloid. According to the state of the art, the frequencies for receiving television signals generally lie in the Ku band, typically from 10.7 to 12.75 GHz.

В последнее время доступ к Интернету через спутник приобретает все большее значение; он предлагает очень хороший вариант для таких потребителей, которые заинтересованы в широкополосном доступе в Интернет, при котором не доступны наземные альтернативы, такие как услуги широкополосного доступа с помощью кабельной или телефонной линии. В настоящее время применяют спутниковый доступ к Интернету, и он получил благоприятное признание на рынке. В этом случае обмен сигналами между наземной антенной и спутником происходит двунаправленно. В указанных двунаправленных системах могут быть применены, например, частоты в диапазоне Ka, обычно от 26,6 до 40 ГГц (канал восходящей связи), и в диапазоне K, обычно от 18 до 26,5 ГГц (канал нисходящей связи), которые не перекрываются частотами, предусмотренными для телевидения (диапазон Ku).Recently, access to the Internet via satellite has become increasingly important; it offers a very good option for those consumers who are interested in broadband Internet access, in which terrestrial alternatives are not available, such as cable or telephone line broadband services. Satellite Internet access is currently being used, and it has gained favorable market acceptance. In this case, the signal exchange between the ground-based antenna and the satellite occurs bidirectionally. In these bidirectional systems, for example, frequencies in the Ka band, typically from 26.6 to 40 GHz (uplink), and in the K band, usually from 18 to 26.5 GHz (downlink), which are not overlap with frequencies provided for television (Ku band).

Сервис, предлагающий услугу двунаправленного высокоскоростного доступа к Интернету через спутник, однако, может обработать ограниченное число пользователей и, более того, требует громоздкого оборудования, которое трудно установить (тяжелые опоры для антенны, обязательное добавление второй антенны или замена существующей антенны и прокладка одного или двух дополнительных коаксиальных кабелей).A service offering bidirectional high-speed Internet access via satellite, however, can handle a limited number of users and, moreover, requires cumbersome equipment that is difficult to install (heavy antenna mounts, the addition of a second antenna, or the replacement of an existing antenna and laying one or two additional coaxial cables).

Известное решение этой проблемы состоит в создании единой параболической антенны с возможностью обработки двустороннего Интернет-соединения, а также прием в диапазоне Ku спутника. Такое решение раскрыто в документе US6512485, в котором описана спутниковая многополосная антенна, содержащая:A well-known solution to this problem is to create a single parabolic antenna with the ability to handle two-way Internet connection, as well as receiving in the Ku band of the satellite. Such a solution is disclosed in US6512485, which describes a satellite multi-band antenna containing:

- основной параболический отражатель;- main parabolic reflector;

- вспомогательный отражатель с частотно-избирательной отражающей поверхностью (FSS);- an auxiliary reflector with a frequency selective reflective surface (FSS);

- первый облучатель, подключенный к первому LNB, причем указанный первый облучатель расположен в первом местоположении для приема сигналов в диапазоне Ku, отраженных от основного отражателя и пропущенных через вспомогательный отражатель с FSS; - a first feed connected to the first LNB, said first feed being located at a first location for receiving signals in the Ku band reflected from the main reflector and passed through an auxiliary reflector with FSS;

- второй облучатель, подключенный ко второму LNB, причем указанный второй облучатель расположен во втором местоположении для приема сигналов в диапазоне Ka, отраженных от основного отражателя и от вспомогательного отражателя с FSS;- a second feed connected to the second LNB, said second feed being located at a second location for receiving signals in the Ka range reflected from the main reflector and from the secondary reflector with FSS;

- передатчик, подключенный к указанному второму облучателю для передачи сигналов канала восходящей связи в диапазоне Ka на основной отражатель.- a transmitter connected to the specified second feed for transmitting the signals of the uplink channel in the Ka band to the main reflector.

Вспомогательный отражатель с FSS, согласно документу US6512485, состоит из листа из диэлектрического материала, на котором расположены на расстоянии друг от друга резонансные элементы. Резонансные элементы рассчитаны и выполнены с возможностью резонирования на частотах, которые должны быть отражены FSS.The auxiliary reflector with FSS, according to the document US6512485, consists of a sheet of dielectric material on which the resonant elements are located at a distance from each other. Resonance elements are designed and configured to resonate at frequencies that should be reflected by the FSS.

Обычно применяют FSS со встроенными резонансными элементами, если необходимы низкочастотные характеристики FSS. Потери при передаче FSS, построенной с резонансными элементами и применяемой в качестве фильтра высоких частот, могут быть слишком высокими.FSS with integrated resonant elements is usually used if the low frequency characteristics of the FSS are needed. Losses in the transmission of an FSS built with resonant elements and used as a high-pass filter may be too high.

Также известны другие типы FSS (смотреть, например, статью "Performance of the X-/Ka-/KABLE-Band Dichroic Plate in the DSS-13 Beam Waveguide Antenna" - Chen и др. - TDA Progress Report 42-115, ноябрь 1993 г.). В последнем случае FSS представляет собой отдельную проводящую пластину с отверстиями. Недостатки такой компоновки в основном заключаются в сложности изготовления, так чтобы требования к передаче и отражению могли быть выполнены; среди прочего, толщина пластины по сравнению с толщиной боковых стенок отверстий, т.е. соотношение сторон, должно быть относительно большим. Поскольку отверстия выполнены в прямоугольной форме, простое изготовление путем сверления не представляется возможным. В других публикациях форма отверстий отличается (например, крестообразная) или поперечное сечение отверстия изменяется в зависимости от глубины отверстия, для которого также требуется очень сложный производственный процесс.Other types of FSS are also known (see, for example, the article "Performance of the X- / Ka- / KABLE-Band Dichroic Plate in the DSS-13 Beam Waveguide Antenna" - Chen et al. - TDA Progress Report 42-115, November 1993 g.). In the latter case, the FSS is a separate conductive plate with holes. The disadvantages of this arrangement are mainly the complexity of manufacture, so that the transmission and reflection requirements can be met; among other things, the thickness of the plate compared to the thickness of the side walls of the holes, i.e. aspect ratio should be relatively large. Since the holes are made in a rectangular shape, simple manufacturing by drilling is not possible. In other publications, the shape of the holes differs (for example, cross-shaped) or the cross section of the hole varies depending on the depth of the hole, which also requires a very complex manufacturing process.

В документе EP0059343 раскрывается многополосная антенна, содержащая частотно-избирательную отражающую поверхность (FSRS) высокочастотного типа. FSRS содержит две или три металлических решетки с квадратными отверстиями, расположенные параллельно друг другу. Взаимодействия между решетками создают резонансные точки, расширяющие характеристику полосы пропускания FSRS. Однако с такой резонансной конструкцией FSRS, описанная в документе EP0059343, может иметь непредсказуемое влияние на характеристики антенны и энергетический потенциал линии связи по спутнику. Особенно сложным с такой резонансной конструкцией может быть поддержание характеристик антенны в соответствии с техническими требованиями оператора спутниковой связи. Это касается главным образом диаграммы направленности боковых лепестков антенны для передающих антенн и кросс-поляризационной селекции. Такая FSRS может быть достаточно хорошей для решений, предназначенных только для приема от спутника высокой мощности, которые обеспечивают достаточный энергетический запас линии связи, чтобы компенсировать ослабление, вносимое частотно-избирательной поверхностью, но не для решений, предназначенных для приема и передачи в антеннах с ограниченной мощностью передачи.EP0059343 discloses a multi-band antenna comprising a high-frequency-frequency-selective reflective surface (FSRS). FSRS contains two or three metal gratings with square holes located parallel to each other. The interactions between the gratings create resonant points that extend the FSRS bandwidth response. However, with such a resonant design, the FSRS described in EP0059343 can have an unpredictable effect on the characteristics of the antenna and the energy potential of the satellite link. Particularly difficult with such a resonant design may be maintaining the characteristics of the antenna in accordance with the technical requirements of the satellite operator. This applies mainly to the pattern of the side lobes of the antenna for transmitting antennas and cross-polarization selection. Such FSRS may be good enough for solutions designed only for receiving from a satellite of high power, which provide sufficient energy reserves of the communication line to compensate for the attenuation introduced by the frequency-selective surface, but not for solutions designed for reception and transmission in antennas with limited transmission power.

Одной целью настоящего изобретения является создание спутникового многополосного антенного блока для обеспечения двухстороннего широкополосного доступа к Интернету и прямого телевизионного вещания, при этом в указанном антенном блоке применяется FSS-блок типа фильтра высоких частот, который проще в изготовлении, и который обладает улучшенными характеристиками, особенно с точки зрения частотной избирательности.One objective of the present invention is to provide a satellite multi-band antenna unit for providing two-way broadband Internet access and direct television broadcasting, wherein said antenna unit uses an FSS unit such as a high-pass filter, which is easier to manufacture and which has improved characteristics, especially with point of view of frequency selectivity.

Точнее, настоящее изобретение предоставляет спутниковый многополосный антенный блок, содержащий:More specifically, the present invention provides a satellite multi-band antenna unit comprising:

- основной отражатель;- main reflector;

- частотно-избирательный отражательный блок;- frequency selective reflective block;

- первый облучатель, подключенный к первому спутниковому конвертеру, при этом указанный первый облучатель расположен в первом местоположении для приема излучения в первой полосе частот, при этом указанное излучение в первой полосе частот содержит множество падающих лучей, отраженных от указанного основного отражателя и пропущенных через указанный частотно-избирательный отражательный блок;- a first illuminator connected to the first satellite converter, wherein said first illuminator is located at a first location for receiving radiation in the first frequency band, wherein said radiation in the first frequency band contains a plurality of incident rays reflected from said main reflector and transmitted through said frequency -selective reflective block;

- второй облучатель, подключенный ко второму спутниковому конвертеру, при этом указанный второй облучатель расположен во втором местоположении для приема излучения во второй полосе частот, ниже, чем указанная первая полоса частот, при этом указанное излучение во второй полосе частот содержит множество падающих лучей, отраженных от указанного основного отражателя и от указанного частотно-избирательного блока;a second irradiator connected to a second satellite converter, wherein said second irradiator is located at a second location for receiving radiation in a second frequency band, lower than said first frequency band, wherein said radiation in the second frequency band contains a plurality of incident rays reflected from the specified main reflector and from the specified frequency-selective block;

- передатчик, подключенный к одному из указанных первому или второму облучателю для передачи излучения по восходящему каналу на указанный основной отражатель;- a transmitter connected to one of the first or second irradiator for transmitting radiation through the uplink to the specified primary reflector;

при этом указанный частотно-избирательный отражательный блок содержит по меньшей мере две электропроводные пластины, обращенные друг к другу, при этом у каждой пластины есть массив отверстий, расположенных на расстоянии друг от друга, и при этом у каждой пластины отверстия, расположенные на расстоянии друг от друга, имеют внутренние размеры, увеличивающиеся с углом падающих лучей, при этом указанный угол падающих лучей измерен относительно нормального вектора частотно-избирательного отражательного блока. wherein said frequency-selective reflective block contains at least two electrically conductive plates facing each other, each plate has an array of holes spaced apart from each other, and each plate has holes spaced apart from each other other, have internal dimensions increasing with the angle of the incident rays, while the specified angle of the incident rays is measured relative to the normal vector of the frequency-selective reflective block.

Настоящее изобретение направлено на антенный блок, содержащий частотно-избирательный отражательный блок с характеристиками фильтра высоких частот.The present invention is directed to an antenna unit comprising a frequency selective reflective unit with high-pass filter characteristics.

Согласно настоящему изобретению, предлагается применять по меньшей мере две электропроводные пластины, расположенные каскадно и на указанном расстоянии для улучшения частотных характеристик частотно-избирательного отражательного блока. Каждое отверстие электропроводных пластин можно понимать как волновод, т.е. полую проводящую трубку с равномерным поперечным сечением произвольной формы, а не в качестве резонансной конструкции.According to the present invention, it is proposed to use at least two electrically conductive plates arranged in cascade and at a specified distance to improve the frequency characteristics of the frequency-selective reflective block. Each hole of the conductive plates can be understood as a waveguide, i.e. a hollow conductive tube with a uniform cross section of arbitrary shape, and not as a resonant structure.

Сам факт применения каскада пластин (вместо отдельной толстой пластины) делает возможным применение тонких пластин с очень небольшим соотношением сторон и которые намного легче изготовить (например, получить прямоугольные или квадратные отверстия посредством сверления). Кроме того, тот факт, что внутренние размеры отверстий увеличиваются с увеличением угла падающих лучей, позволяет коэффициенту передачи и коэффициенту отражения быть одинаковыми для каждого луча падающего излучения.The fact of using a cascade of plates (instead of a separate thick plate) makes it possible to use thin plates with a very small aspect ratio and which are much easier to manufacture (for example, to obtain rectangular or square holes by drilling). In addition, the fact that the internal dimensions of the holes increase with increasing angle of the incident rays allows the transmission coefficient and reflection coefficient to be the same for each incident radiation beam.

В спутниковой многополосной антенне, согласно настоящему изобретению, может также присутствовать один или несколько из перечисленных ниже признаков, рассматриваемых отдельно или в соответствии со всеми технически возможными комбинациями:In a satellite multiband antenna according to the present invention, one or more of the following features may also be present, considered separately or in accordance with all technically possible combinations:

- указанный передатчик подключен к указанному первому облучателю;- said transmitter is connected to said first feed;

- указанная первая полоса частот охватывает диапазон K и/или диапазон Ka; предпочтительно, указанная первая полоса частот представляет собой диапазон K;- the specified first frequency band covers the range K and / or the range Ka; preferably, said first frequency band is a range of K;

- указанная вторая полоса частот представляет собой диапазон Ku;- said second frequency band is a Ku band;

- расстояние между указанными пластинами по существу равно λ/4, где λ – это длина волны на частоте среза волновода указанных отверстий;- the distance between these plates is essentially equal to λ / 4, where λ is the wavelength at the cutoff frequency of the waveguide of these holes;

- указанные пластины разделены с помощью диэлектрического материала;- these plates are separated using a dielectric material;

- указанный диэлектрический материал имеет диэлектрическую проницаемость, по существу равную единице;- said dielectric material has a dielectric constant substantially equal to unity;

- указанные пластины имеют по существу одинаковые размеры;- these plates have essentially the same dimensions;

- блок, согласно настоящему изобретению, содержит более двух пластин, расположенных каскадно, при этом каждая последующая пластина обращена к предыдущей;- the block according to the present invention contains more than two plates arranged in cascade, with each subsequent plate facing the previous one;

- для каждой пластины соотношение между толщиной указанной пластины и шириной отверстия меньше либо равно 1:4 (Соотношение рабочего примера составляет 1:4).- for each plate, the ratio between the thickness of the specified plate and the width of the hole is less than or equal to 1: 4 (The ratio of the working example is 1: 4).

Другие отличительные признаки и преимущества настоящего изобретения будут очевидны из нижеследующего описания варианта осуществления настоящего изобретения, приведенного в качестве примера и со ссылками на прилагаемые графические материалы, на которых:Other features and advantages of the present invention will be apparent from the following description of an embodiment of the present invention, given by way of example and with reference to the accompanying drawings, in which:

- на фиг. 1 схематически показан спутниковый многополосный антенный блок 1 согласно настоящему изобретению;- in FIG. 1 schematically shows a satellite multi-band antenna unit 1 according to the present invention;

- на фиг. 2–4 схематически изображены частотно-зависимые характеристики передачи и отражения частотно-избирательного отражательного блока, включенного в антенный блок по фиг. 1;- in FIG. 2-4, frequency-dependent transmission and reflection characteristics of a frequency-selective reflective unit included in the antenna unit of FIG. one;

- на фиг. 5 и 6 показаны соответственно вид сверху и вид сбоку тонкой пластины, применяемой в каскаде в первом варианте осуществления антенного блока согласно настоящему изобретению;- in FIG. 5 and 6 respectively show a top view and a side view of a thin plate used in a cascade in a first embodiment of an antenna unit according to the present invention;

- на фиг. 7 изображена электрическая эквивалентная схема тонкой пластины по фиг. 5 и 6;- in FIG. 7 shows the electrical equivalent circuit of the thin plate of FIG. 5 and 6;

- на фиг. 8 и 9 показаны частотно-зависимые характеристики коэффициента отражения и коэффициента передачи (в дБ) в зависимости от частоты для двух различных размеров отверстий тонкой пластины по фиг. 5 и 6;- in FIG. 8 and 9 show the frequency-dependent characteristics of the reflection coefficient and transmission coefficient (in dB) versus frequency for two different sizes of the thin plate openings of FIG. 5 and 6;

- на фиг. 10 схематически изображен частотно-избирательный отражательный блок, включенный в антенный блок первого варианта осуществления;- in FIG. 10 schematically shows a frequency selective reflective unit included in an antenna unit of a first embodiment;

- на фиг. 11 и 12 изображены две электрические эквивалентные схемы частотно-избирательного отражательного блока по фиг. 10;- in FIG. 11 and 12 depict two electrical equivalent circuits of the frequency selective reflective block of FIG. 10;

- на фиг. 13 и 14 показаны частотно-зависимые характеристики коэффициента отражения и коэффициента передачи (в дБ) в зависимости от частоты для частотно-избирательного отражательного блока по фиг. 10;- in FIG. 13 and 14 show the frequency-dependent characteristics of the reflection coefficient and transmission coefficient (in dB) as a function of frequency for the frequency-selective reflection unit of FIG. 10;

- на фиг. 15 изображены амплитуды коэффициента отражения и коэффициента передачи в зависимости от угла поля падающего излучения; и- in FIG. 15 shows the amplitudes of the reflection coefficient and transmission coefficient depending on the angle of the field of the incident radiation; and

- на фиг. 16 показан вид сверху тонкой пластины, применяемой в каскаде во втором варианте осуществления антенного блока, согласно настоящему изобретению.- in FIG. 16 is a plan view of a thin plate used in a cascade in a second embodiment of an antenna unit according to the present invention.

На фиг. 1 схематически показан спутниковый многополосный антенный блок 1, согласно настоящему изобретению.In FIG. 1 schematically shows a satellite multi-band antenna unit 1 according to the present invention.

Указанный спутниковый многополосный антенный блок 1 содержит:The specified satellite multiband antenna unit 1 contains:

- основной отражатель 2;- main reflector 2;

- частотно-избирательный отражательный (FSR) блок 3;- frequency selective reflective (FSR) unit 3;

- первый облучатель 4, прикрепленный к приемопередатчику 5 в корпусе, в том числе первый спутниковый конвертер (LNB) и передатчик, выполняющий функцию преобразователя с повышением частоты;- the first feed 4 attached to the transceiver 5 in the housing, including the first satellite converter (LNB) and a transmitter that performs the function of the converter with increasing frequency;

- второй облучатель 6, подключенный ко второму LNB 7.- the second feed 6, connected to the second LNB 7.

Основной отражатель 2, например, представляет собой параболическую тарелку-отражатель, которая представляет собой офсетный параболический отражатель с передним расположением облучателя с главным фокусом 8 на передней вогнутой стороне 9 тарелки. Задняя выпуклая сторона 10 тарелки 2 закреплена с помощью, например, болтов на непоказанном расположенном сзади опорном кронштейне, опирающимся на непоказанную монтажную мачту. Предпочтительно, FSR 3 наклонен под углом по отношению к оси симметрии AA' параболической формы основного отражателя 2. Типичное значение этого угла α составляет 70°; указанный угол α предпочтительно меньше или равен 90°.The main reflector 2, for example, is a parabolic reflector plate, which is an offset parabolic reflector with a front irradiator with a main focus 8 on the front concave side 9 of the plate. The rear convex side 10 of the plate 2 is secured with, for example, bolts to a support bracket (not shown) located at the rear, which is supported by a mounting mast (not shown). Preferably, the FSR 3 is inclined at an angle with respect to the axis of symmetry AA 'of the parabolic shape of the main reflector 2. A typical value of this angle α is 70 °; said angle α is preferably less than or equal to 90 °.

Первый облучатель 4 обеспечивает возможность осуществлять Интернет-связь двунаправленно и по существу расположен в главном фокусе 8 (т.е. в точке фокусировки параболического отражателя или вблизи нее).The first irradiator 4 provides the ability to carry out Internet communication bi-directionally and is essentially located at the main focus 8 (i.e., at the focal point of the parabolic reflector or near it).

Как упомянуто выше, приемопередатчик 5 содержит:As mentioned above, the transceiver 5 comprises:

- первый LNB получает от указанного первого облучателя 4 сигналы канала нисходящей связи, которые могут быть в диапазоне K (18–26,5 ГГц), усиливает принятые сигналы с минимально возможным шумом и преобразует их в более низкие частоты для предоставления на установленный в помещении модем данных;- the first LNB receives downlink channel signals from the specified first illuminator 4, which can be in the K band (18–26.5 GHz), amplifies the received signals with the lowest possible noise and converts them to lower frequencies for presentation to a modem installed in the room data;

- преобразователь с повышением частоты, который получает сигналы от модема данных и преобразовывает их в более высокие частоты, чем могут быть, например, в диапазоне Ka (26,6–40 ГГц) для обеспечения сигналов канала восходящей связи на указанный первый облучатель 4.- an upconverter that receives signals from a data modem and converts them to higher frequencies than they can be, for example, in the Ka band (26.6–40 GHz) to provide uplink channel signals to said first feed 4.

FSR-блок 3, когда он выполняет функцию отражателя, устанавливают для определения заднего фокуса 11 основного отражателя 2. Конструкция FSR-блока 3, согласно настоящему изобретению, будет подробно описана ниже со ссылкой на фиг. 10 и 16.The FSR unit 3, when it acts as a reflector, is set to determine the back focus 11 of the main reflector 2. The construction of the FSR unit 3 according to the present invention will be described in detail below with reference to FIG. 10 and 16.

Второй облучатель 6 обеспечивает возможность обрабатывать сигналы телевидения и, по существу, расположен в заднем фокусе 11 (т.е. в точке заднего фокуса главного параболического отражателя 2 или вблизи нее).The second irradiator 6 provides the ability to process television signals and is essentially located in the rear focus 11 (i.e., at or near the back focal point of the main parabolic reflector 2).

Второй LNB 7 получает от указанного второго облучателя 6 сигналы канала нисходящей связи, которые могут быть в диапазоне Ku (10,7–12,75 ГГц), усиливает принятые сигналы с минимально возможным шумом и преобразует их в более низкие частоты для обеспечения ТВ сигналов.The second LNB 7 receives downlink channel signals from the specified second feed 6, which can be in the Ku band (10.7–12.75 GHz), amplifies the received signals with the lowest possible noise and converts them to lower frequencies to provide TV signals.

В настоящем варианте осуществления, рассмотренном исключительно в качестве примера, частоты в диапазоне Ka (канала восходящей связи) и диапазоне K (канала нисходящей связи) не перекрываются частотами, предусмотренными в диапазоне Ku для телевидения.In the present embodiment, considered solely as an example, the frequencies in the Ka band (uplink channel) and the K band (downlink channel) do not overlap the frequencies provided in the Ku band for television.

FSR-блок 3 расположен на траектории луча между облучателями (т.е. указанными первым и вторым облучателями 4 и 6 соответственно) и основным отражателем 2.The FSR block 3 is located on the path of the beam between the irradiators (i.e., the first and second irradiators 4 and 6, respectively) and the main reflector 2.

FSR-блок 3 предназначен для различной работы в зависимости от частоты сигнала; другими словами, сигналы либо передаются через FSR-блок 3, либо отражаются указанным FSR-блоком. В этом случае желательно, чтобы для определенной частоты было либо очень большое отражение, а передача очень маленькая, либо передача очень большая, а отражение сигналов очень маленькое.FSR-block 3 is designed for different work depending on the frequency of the signal; in other words, the signals are either transmitted through the FSR block 3 or reflected by the indicated FSR block. In this case, it is desirable that for a certain frequency there is either a very large reflection, and the transmission is very small, or the transmission is very large, and the reflection of the signals is very small.

На фиг. 2–4 схематически показаны частотно-зависимые характеристики передачи и отражения FSR-блока 3, включенного в антенный блок по фиг. 1, для различных частот. Как это можно увидеть на графических материалах, FSR-блок 3 предназначен и выполнен с возможностью быть по существу прозрачным для первого поля 20 излучения в диапазонах Ka или K (фиг. 2), в то же время, отражая второе поле 21 излучения в диапазоне Ku (фиг. 3). Оба поля 20 и 21 излучения могут накладываться друг на друга (фиг. 4), что приводит к многополосной антенне связи (обычно диапазон Ku выделен для телевидения, а диапазон K / Ka выделен для интернет-доступа). Здесь, частотно-зависимые характеристики FSR-блока 3 соответствуют фильтру высоких частот: высокочастотные сигналы, соответствующие первому полю 20 излучения (то есть, например выше чем 19,5 ГГц), передаются, в то время как низкочастотные сигналы, соответствующие второму полю 21 излучения (то есть, например, ниже 12,75 ГГц), отражаются FSR-блоком 3.In FIG. 2–4, frequency-dependent transmission and reflection characteristics of the FSR block 3 included in the antenna block of FIG. 1, for various frequencies. As can be seen in the graphic materials, the FSR unit 3 is designed and configured to be substantially transparent to the first radiation field 20 in the Ka or K bands (Fig. 2), while reflecting the second radiation field 21 in the Ku band (Fig. 3). Both radiation fields 20 and 21 can overlap each other (Fig. 4), which leads to a multi-band communication antenna (usually the Ku band is dedicated to television, and the K / Ka band is dedicated to Internet access). Here, the frequency-dependent characteristics of the FSR block 3 correspond to a high-pass filter: high-frequency signals corresponding to the first radiation field 20 (i.e., for example, higher than 19.5 GHz) are transmitted, while low-frequency signals corresponding to the second radiation field 21 (i.e., for example, below 12.75 GHz) are reflected by the FSR block 3.

Каждая из этих электромагнитных волн 20 и 21 может быть представлена множеством лучей. Из-за конечного расстояния между основным отражателем 2 и FSR-блоком 3 (фиг.1) (или между облучателями 4, 6 и FSR-блоком 3, если учитывать передачу спутниковых сигналов), каждый луч падает под различным углом на FSR-блок 3. Таким образом, считается, что падающие лучи не параллельны друг другу. Лучи передаваемого поля 20 излучения сходятся в главном фокусе 8, тогда как лучи отраженного поля 21 излучения сходятся в заднем фокусе 11.Each of these electromagnetic waves 20 and 21 can be represented by multiple beams. Due to the finite distance between the main reflector 2 and the FSR block 3 (Fig. 1) (or between the irradiators 4, 6 and the FSR block 3, taking into account the transmission of satellite signals), each beam falls at a different angle to the FSR block 3 Thus, it is believed that the incident rays are not parallel to each other. The rays of the transmitted radiation field 20 converge in the main focus 8, while the rays of the reflected radiation field 21 converge in the rear focus 11.

Иначе говоря, угол между каждым лучом и направлением, перпендикулярным к поверхности пластины 30, изменяется в зависимости от положения луча на указанной поверхности. В примере на фиг. 2 показаны три падающих луча 201, 202 и 203: верхний луч 201 является падающим на FSR-блок 3, при этом угол Θ1 больше угла Θ2 среднего луча 202, который сам по себе больше угла Θ3 нижнего луча 203 (Θ1 > Θ2 > Θ3). Нижний луч 203 является ближайшим лучом к точкам фокусировки 8 и 11 (главный фокус 8 и задний фокус 11 обращены к нижней части FSR-блока 3).In other words, the angle between each beam and the direction perpendicular to the surface of the plate 30 varies depending on the position of the beam on the specified surface. In the example of FIG. Figure 2 shows three incident beams 201, 202, and 203: the upper beam 201 is incident on the FSR block 3, and the angle Θ 1 is greater than the angle Θ 2 of the middle beam 202, which itself is larger than the angle Θ 3 of the lower beam 203 (Θ 1 > Θ 2 > Θ 3 ). The lower beam 203 is the closest beam to the focal points 8 and 11 (the main focus 8 and the rear focus 11 are facing the bottom of the FSR block 3).

Согласно настоящему изобретению, FSR-блок 3 содержит несколько (здесь две) частотно-избирательных тонких пластин и (такие как тонкая пластина 30, представленная на фиг. 5 и 6, или тонкая пластина 30', представленная на фиг. 16) в качестве каскада с указанным определенным расстоянием. Преимущества применения двух или более пластин каскадно будут объяснены далее, в отношении фигур 5–14.According to the present invention, the FSR unit 3 comprises several (here two) frequency-selective thin plates and (such as the thin plate 30 shown in Figs. 5 and 6, or the thin plate 30 'shown in Fig. 16) as a cascade with the specified specific distance. The advantages of using two or more plates in cascade will be explained below in relation to figures 5-14.

На фиг. 5 и 6 показаны соответственно вид сверху и вид сбоку тонкой пластины 30, которая может быть включена в FSR-блок 3 в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения. Указанная тонкая пластина 30 представляет собой частотно-избирательную пластину с множеством прямоугольных отверстий 31. В неограничивающем варианте осуществления выбранная пластина 30 квадратная.In FIG. 5 and 6 respectively show a top view and a side view of a thin plate 30, which may be included in the FSR unit 3 in accordance with the first embodiment of the present invention. Said thin plate 30 is a frequency selective plate with a plurality of rectangular holes 31. In a non-limiting embodiment, the selected plate 30 is square.

Все прямоугольные отверстия 31 тонкой пластины 30 являются идентичными и имеют длины кромок Ах и Ау. Устройство основано на квадратной сетке с периодом р. Указанные отверстия 31, таким образом, периодически (вдоль обеих своих длин) расположены в соответствии с решетчатой структурой. На фиг. 5 каждое из выбранных прямоугольных отверстий 31 является квадратным (т.е. Ax=Ay), но отверстие может отличаться по размеру и форме.All rectangular holes 31 of the thin plate 30 are identical and have edge lengths A x and A y . The device is based on a square grid with a period of p. Said openings 31 are thus periodically (along both their lengths) arranged in accordance with the lattice structure. In FIG. 5, each of the selected rectangular holes 31 is square (i.e., A x = A y ), but the hole may vary in size and shape.

Толщина пластины 30 составляет h. Как упомянуто ранее, пластина 30 тонкая, что означает, что внутренние размеры отверстий (обеих длин кромок Ax и Ay) значительно больше чем толщина h. Предпочтительно, соотношение между толщиной указанной пластины 30 и размером A (здесь A=Ax=Ay) отверстия составляет или меньше чем 1:4.The thickness of the plate 30 is h. As mentioned previously, the plate 30 is thin, which means that the internal dimensions of the holes (both edge lengths A x and A y ) are significantly larger than the thickness h. Preferably, the ratio between the thickness of said plate 30 and the size A (here A = A x = A y ) of the hole is or less than 1: 4.

Исключительно в качестве примера (т.е. размеры не являются ограничивающими признаками) выбраны следующие размеры р = 8 мм, wx = 50 мкм и h = 50 мкм.The following dimensions p = 8 mm, w x = 50 μm and h = 50 μm are selected solely as an example (i.e., the dimensions are not limiting features).

Сама пластина 30 изготовлена из электропроводного материала, такого как металл. Предпочтительно, следует выбирать материал с большой проводимостью (например, медь, серебро, алюминий или латунь).The plate 30 itself is made of an electrically conductive material such as metal. Preferably, a material with high conductivity should be selected (for example, copper, silver, aluminum or brass).

Каждое из отверстий 31 следует рассматривать как волновод (учитывая пластину 30 в качестве двумерной сетки с отверстиями, имеющими поперечное сечение, которое не зависит от глубины), который, подобно корпусу полого волновода, имеет частоту среза fсреза. Это означает, что электромагнитные волны с частотой, которая существенно ниже чем fсреза, не могут проходить сквозь отверстия и отражаются. И наоборот, если частота электромагнитной волны существенно выше, чем fсреза, то она может проходить пластину практически без потерь с весьма низким коэффициентом отражения.Each of the holes 31 should be considered as a waveguide (considering the plate 30 as a two-dimensional grid with holes having a cross section that does not depend on depth), which, like the body of a hollow waveguide, has a cutoff frequency f cutoff . This means that electromagnetic waves with a frequency that is significantly lower than the cutoff f cannot pass through the holes and are reflected. And vice versa, if the frequency of the electromagnetic wave is significantly higher than the cutoff f, then it can pass through the plate almost without loss with a very low reflection coefficient.

Как показано на фиг. 7, тонкая пластина 30 эквивалентна электрической схеме с двумя входами, которая состоит из параллельно подключенной катушки индуктивности L. Эта эквивалентная схема приблизительно описывает приблизительно электрические характеристики потока сигнала для рассматриваемого диапазона частоты (следует отметить, что полностью эквивалентная схема должна содержать емкость, но влияние такой емкости в рассматриваемом частотном диапазоне незначительное).As shown in FIG. 7, a thin plate 30 is equivalent to a two-input circuitry, which consists of a parallel-connected inductor L. This equivalent circuitry approximately describes the electrical characteristics of the signal flow for the frequency range in question (it should be noted that a fully equivalent circuitry must contain capacitance, but the effect is capacitance in the considered frequency range is insignificant).

Индуктивность L зависит от расширения волноводов перпендикулярно направлению вектора электрического поля, то есть от внутренних размеров Ax, Ay отверстий 31, и от длины волновода (то есть от толщины h пластины 30). При уменьшении размера (Ax и/или Ay) отверстий 31 индуктивность L уменьшается и, с точки зрения ее свойств, приближает короткое замыкание. То же самое происходит и когда длина h волноводов 31 увеличивается. Кроме того, индуктивность L определяет частоту среза волноводов, и, следовательно, характеристики передачи и отражения пластины.The inductance L depends on the expansion of the waveguides perpendicular to the direction of the electric field vector, that is, on the internal dimensions A x , A y of the holes 31, and on the length of the waveguide (i.e., on the thickness h of the plate 30). When reducing the size (A x and / or A y ) of the holes 31, the inductance L decreases and, from the point of view of its properties, brings a short circuit closer. The same thing happens when the length h of the waveguides 31 increases. In addition, the inductance L determines the cutoff frequency of the waveguides, and therefore the transmission and reflection characteristics of the plate.

На основании эквивалентной схемы, согласно фиг. 7, частотно-зависимые характеристики коэффициента отражения и коэффициента передачи (в дБ) для двух различных размеров A1 и A2>A1 (стрелка 32 указывает на увеличение размера A) отверстий, которые показаны на фиг. 8 (коэффициент отражения в зависимости от частоты в ГГц) и 9 (коэффициент передачи в зависимости от частоты в ГГц). Указанный коэффициент передачи представляет собой отношение плотностей мощности переданных электромагнитных волн и падающих электромагнитных волн, а указанный коэффициент отражения представляет собой отношение плотностей мощности отраженных электромагнитных волн и падающих электромагнитных волн.Based on the equivalent circuit of FIG. 7, the frequency-dependent characteristics of the reflection coefficient and transmission coefficient (in dB) for two different sizes A1 and A2> A1 (arrow 32 indicates an increase in size A) of the holes shown in FIG. 8 (reflection coefficient depending on frequency in GHz) and 9 (transmission coefficient depending on frequency in GHz). The specified transmission coefficient is the ratio of the power densities of the transmitted electromagnetic waves and incident electromagnetic waves, and the specified reflection coefficient is the ratio of the power densities of the reflected electromagnetic waves and incident electromagnetic waves.

В первую очередь следует отметить, что увеличение размера А (А = Ах = Ay в этом примере) (как уменьшение толщины h) приводит к тому, что коэффициент отражения становится все меньше, а коэффициент передачи становится все выше.First of all, it should be noted that an increase in the size A (A = A x = A y in this example) (as a decrease in the thickness h) leads to the fact that the reflection coefficient becomes smaller and the transmission coefficient becomes higher.

Кроме того, как это можно увидеть на фиг. 8 и 9, требования к коэффициенту отражения и коэффициенту передачи (показаны прямоугольником со штриховкой) не могут быть выполнены одновременно ни для отверстия размером А1, ни для отверстий размером А2. В таком случае трудно определить размер отверстия для получения эффективных характеристик (высокого коэффициента отражения) с точки зрения частоты в диапазоне Ku, но с низкой эффективностью (высокий коэффициент передачи) с точки зрения частоты в диапазонах K и Kа.Furthermore, as can be seen in FIG. 8 and 9, the requirements for reflection coefficient and transmission coefficient (shown with a hatching rectangle) cannot be satisfied simultaneously for holes of size A1, or for holes of size A2. In this case, it is difficult to determine the hole size to obtain effective characteristics (high reflection coefficient) in terms of frequency in the Ku band, but with low efficiency (high transmission coefficient) in terms of frequency in the K and Ka ranges.

Согласно настоящему изобретению, с целью выполнения одновременно требований к коэффициенту отражения и коэффициенту передачи, предлагается применять по меньшей мере две тонкие пластины каскадно для FSR-блока 3. В первом варианте осуществления FSR-блока 3 пластины, применяемые каскадно, относятся к типу, представленному на фиг. 5 и 6, с отверстиями одинакового размера. Такая компоновка FSR-блока 3 представлена на фиг. 10.According to the present invention, in order to meet the requirements for reflection coefficient and transmission coefficient at the same time, it is proposed to use at least two thin plates in cascade for FSR block 3. In the first embodiment of FSR block 3, the plates used in cascade are of the type shown in FIG. 5 and 6, with holes of the same size. Such an arrangement of the FSR block 3 is shown in FIG. 10.

FSR-блок 3 содержит:FSR block 3 contains:

- первую электропроводную пластину 30A;- the first conductive plate 30A;

- вторую электропроводную пластину 30B;- a second conductive plate 30B;

- диэлектрическую распорку 12 между указанной первой электропроводной пластиной 30A и указанной второй электропроводной пластиной 30B.a dielectric spacer 12 between said first conductive plate 30A and said second conductive plate 30B.

Согласно первому варианту осуществления, показанному на фиг. 10, указанная первая электропроводная пластина 30A и указанная вторая электропроводная пластина 30B имеют одинаковые размеры и выполнены из одинакового материала; предпочтительно, каждая из первой и второй пластин 30A и 30B идентичны пластине 30, показанной на фиг. 5 и 6. Пластины 30A и 30B обращены друг к другу, так чтобы отверстие пластины 30A было обращено к соответствующему отверстию пластины 30B. Расстояние между пластинами 30A и 30B, т.е. толщина d диэлектрической распорки 12, по существу равно λ/4, где λ – это длина волны на частоте среза указанных отверстий 31.According to a first embodiment shown in FIG. 10, said first conductive plate 30A and said second conductive plate 30B are the same size and are made of the same material; preferably, each of the first and second plates 30A and 30B are identical to the plate 30 shown in FIG. 5 and 6. The plates 30A and 30B face each other so that the opening of the plate 30A faces the corresponding hole of the plate 30B. The distance between the plates 30A and 30B, i.e. the thickness d of the dielectric spacer 12 is substantially equal to λ / 4, where λ is the wavelength at the cutoff frequency of these holes 31.

Однако можно предположить, что пластины имеют разные размеры и формы.However, it can be assumed that the plates have different sizes and shapes.

Электрически изолирующая распорка 12 должна предпочтительно иметь значение относительной диэлектрической проницаемости ɛr близкое к единице. Следует отметить, что также могут быть использованы материалы с высокой диэлектрической проницаемостью. Предпочтительно, угол диэлектрических потерь должен быть маленьким (например, меньше 0,01). В качестве примеров изолирующих материалов, используемых для изолирующей распорки 12, приводятся Rohacell® (Evonic) или пенометариалы типа полистирола.The electrically insulating spacer 12 should preferably have a relative dielectric constant ɛ r close to unity. It should be noted that materials with a high dielectric constant can also be used. Preferably, the dielectric loss angle should be small (for example, less than 0.01). As examples of the insulating materials used for the insulating spacer 12, Rohacell® (Evonic) or polystyrene-type foam materials are provided.

На фиг. 11 показана первая эквивалентная схема частотно-избирательного отражательного блока по фиг. 10. Каждую из отдельных тонких пластин 30A и 30B заменяют индуктивностью L (как описано применительно к фиг. 7), тогда как диэлектрическую распорку 12 заменяют линий передачи длиной λ / 4.In FIG. 11 shows a first equivalent circuit of a frequency selective reflective block of FIG. 10. Each of the individual thin plates 30A and 30B is replaced by an inductance L (as described in relation to FIG. 7), while the dielectric spacer 12 is replaced by transmission lines of length λ / 4.

Линия передачи длиной λ / 4 выполняет функцию инвертора сопротивления, константа которого равна волновому сопротивлению линии передачи. Таким образом, линия передачи длиной λ / 4 и катушка индуктивности L справа на фиг. 11 могут быть замещены конденсатором С, последовательно подключенным с катушкой индуктивности L слева. Таким образом получают LC-схему, как показано на фиг. 12, которая представляет другую эквивалентную схему (которая соответствует фильтру высоких частот) частотно-избирательного отражательного блока по фиг. 10.A transmission line of length λ / 4 acts as a resistance inverter, the constant of which is equal to the wave resistance of the transmission line. Thus, a transmission line of length λ / 4 and an inductor L on the right in FIG. 11 can be replaced by a capacitor C connected in series with the inductor L on the left. In this way, an LC circuit is obtained as shown in FIG. 12, which is another equivalent circuit (which corresponds to a high-pass filter) of the frequency selective reflective block of FIG. 10.

Другими словами, характер фильтра высоких частот, присущий схеме по фиг. 7, улучшен за счет образования каскада с последовательно подключенным конденсатором, чтобы получить частотно-избирательный отражательный блок по фиг. 10, эквивалентный LC-схеме, т.е. простому фильтру высоких частот.In other words, the nature of the high-pass filter inherent in the circuit of FIG. 7 is improved by forming a cascade with a series-connected capacitor to obtain the frequency-selective reflective block of FIG. 10 equivalent to the LC circuit, i.e. a simple high pass filter.

Диэлектрическая распорка 12 должна обеспечивать настолько низкий уровень потерь, насколько это возможно, поэтому ее диэлектрическая проницаемость должна быть как можно ближе к единице. Толщина d слоя приблизительно равна λ / 4, где λ – это длина волны на частоте среза fсреза фильтра высоких частот. В данном случае, частота среза составляет 12,5 ГГц, которая с диэлектрической проницаемостью ɛr, по существу равной 1, соответствует длине волны 24 мм и приводит к d = 6 мм.The dielectric spacer 12 should provide as low a loss level as possible, therefore, its dielectric constant should be as close to unity as possible. The thickness d of the layer is approximately equal to λ / 4, where λ is the wavelength at the cutoff frequency f of the cutoff of the high-pass filter. In this case, the cutoff frequency is 12.5 GHz, which with a dielectric constant ɛ r essentially equal to 1 corresponds to a wavelength of 24 mm and leads to d = 6 mm.

Если необходимо достичь характеристик передачи, которые соответствуют фильтру большего числа циклов (больше 2), более двух тонких пластин может быть соответствующим образом каскадно расположено описанным выше способом.If it is necessary to achieve transmission characteristics that correspond to a filter of a larger number of cycles (more than 2), more than two thin plates can be appropriately cascaded in the manner described above.

Благодаря настоящему изобретению, таким образом, обеспечивается возможность применения каскадных тонких пластин с окнами или отверстиями, которые значительно проще в изготовлении, чем толстые пластины с окнами, тогда как их частотные характеристики аналогичны. Такие характеристики с точки зрения требований к частоте показаны на фиг. 13 и 14, которые представляют соответственно частотно-зависимые характеристики коэффициента отражения и коэффициента передачи (в дБ) в зависимости от частоты (в ГГц) для частотно-избирательного отражательного блока 3 по фиг. 10 (см. кривые 40 и 41). Можно легко увидеть, что требования к частоте теперь выполнены для FSR-блока 3 с эффективными характеристиками (высокий коэффициент отражения) с точки зрения частоты в диапазоне Ku и с высокой эффективностью (высокий коэффициент передачи) в диапазонах K и Kа.Thanks to the present invention, it is thus possible to use cascading thin plates with windows or holes, which are much easier to manufacture than thick plates with windows, while their frequency characteristics are similar. Such characteristics in terms of frequency requirements are shown in FIG. 13 and 14, which respectively represent frequency-dependent characteristics of the reflection coefficient and transmission coefficient (in dB) versus frequency (in GHz) for the frequency-selective reflection unit 3 of FIG. 10 (see curves 40 and 41). You can easily see that the frequency requirements are now met for the FSR unit 3 with effective characteristics (high reflection coefficient) in terms of frequency in the Ku band and with high efficiency (high transmission coefficient) in the K and Ka bands.

Как показано на фиг. 15, коэффициент отражения и коэффициент передачи зависят от угла Θ лучей, которые составляют поле падающего излучения. В частности, с увеличением угла Θ коэффициент передачи понижается, тогда как коэффициент отражения увеличивается. Таким образом, характеристики отражения и передачи волноводов могут изменяться в зависимости от их расположения в пластинах.As shown in FIG. 15, the reflection coefficient and transmission coefficient depend on the angle Θ of the rays that make up the field of incident radiation. In particular, as the angle угла increases, the transmission coefficient decreases, while the reflection coefficient increases. Thus, the reflection and transmission characteristics of the waveguides can vary depending on their location in the plates.

В FSR-блоке, согласно фиг. 10, при отверстиях одинакового размера зависимость коэффициента отражения и коэффициента передачи с углом наклона Θ может привести к снижению рабочих характеристик антенны, из-за возмущения переданного/отраженного поля излучения. Ослабляются соответствующие свойства антенного блока, такие как усиление, кросс-поляризационная селекция и подавление боковых лепестков. Кросс-поляризационная селекция представляет собой затухание сигнала, переданного в одной поляризации по сравнению с другой поляризацией (с целью удваивания ее емкости, в спутниковой связи традиционно используются две различные поляризации одновременно на одной и той же частоте). Подавление боковых лепестков имеет отношение к уменьшению помех, вызванных утечками сигнала через боковую сторону направленной антенны.In the FSR block according to FIG. 10, for holes of the same size, the dependence of the reflection coefficient and the transmission coefficient with an angle of inclination Θ can lead to a decrease in the antenna’s performance due to disturbance of the transmitted / reflected radiation field. The corresponding properties of the antenna unit are weakened, such as amplification, cross-polarization selection and suppression of side lobes. Cross-polarization selection is the attenuation of a signal transmitted in one polarization compared to another polarization (in order to double its capacity, two different polarizations at the same frequency are traditionally used in satellite communications). Side lobe suppression is related to reducing interference caused by signal leaks through the side of a directional antenna.

Во втором варианте осуществления FSR-блока 3 предлагается принять размеры волновода в каждом узле решетки пластин такими чтобы коэффициент передачи и коэффициент отражения были одинаковыми для каждого луча поля падающего излучения. Таким образом, свойства антенны будут сохранены.In the second embodiment of the FSR block 3, it is proposed to take the dimensions of the waveguide at each node of the plate array so that the transmission coefficient and reflection coefficient are the same for each ray of the incident radiation field. Thus, the properties of the antenna will be preserved.

Такая пластина 30' схематически изображена на фиг. 16. Отверстия 31' в верхней части пластины 30' выполнены большими, чем отверстия 31' в нижней части пластины 30'. Это позволяет повысить уровень коэффициента передачи в верхней части пластины (когда угол падения велик) и уровень коэффициента отражения в нижней части пластины (когда угол падения мал). Внутренние размеры Ax, Ay отверстий 31', принадлежащих к тому же ряду решетки, предпочтительно одинаковы.Such a plate 30 'is shown schematically in FIG. 16. The holes 31 'in the upper part of the plate 30' are larger than the holes 31 'in the lower part of the plate 30'. This makes it possible to increase the level of transmission coefficient in the upper part of the plate (when the angle of incidence is large) and the level of reflection coefficient in the lower part of the plate (when the angle of incidence is small). The internal dimensions A x , A y of the holes 31 'belonging to the same row of lattice are preferably the same.

Например, в антенном блоке 1 по фиг. 1, угол Θ падающих лучей обычно составляет от 30 до 70 градусов. Внутренние размеры отверстий 31 в пластине 30' могут изменяться постепенно от Axi = 8 мм, Ayi = 7 мм до Axn = 6 мм, Ayn = 4 мм, где Axi и Ayi – это внутренние размеры отверстий 31' в первом ряду в верхней части пластины 30', а Axn и Ayn – это внутренние размеры отверстий 31' в последнем ряду в нижней части пластины 30'.For example, in the antenna unit 1 of FIG. 1, the angle Θ of the incident rays is usually 30 to 70 degrees. The internal dimensions of the holes 31 in the plate 30 'can vary gradually from A xi = 8 mm, A yi = 7 mm to A xn = 6 mm, A yn = 4 mm, where A xi and A yi are the internal dimensions of the holes 31' in the first row in the upper part of the plate 30 ', and A xn and A yn are the internal dimensions of the holes 31' in the last row in the lower part of the plate 30 '.

За исключением внутренних размеров отверстий, пластины 30' выполнены с такой же конфигурацией, что и пластины 30 для образования FSR-блока 3 и имеют те же преимущества, что и описанные в отношении фиг. 10–14.With the exception of the internal dimensions of the holes, the plates 30 'are configured with the same configuration as the plates 30 for forming the FSR block 3 and have the same advantages as those described with respect to FIG. 10-14.

Естественно, что настоящее изобретение не ограничивается описанными и показанными примером и вариантом осуществления, и настоящее изобретение может предусматривать многочисленные варианты, которые доступны специалистам в данной области техники.Naturally, the present invention is not limited to the described and shown example and embodiment, and the present invention may include numerous variations that are available to those skilled in the art.

Кроме того, данное изобретение относится к многополосной антенне, пригодной для любого применения, в котором три радиочастотных принимающих или передающих модуля управляются отдельной параболической антенной и три модуля работают на трех частотных диапазонах, и которые не должны быть ограничены до диапазонов Kа и K и применения в диапазоне Ku, описанных выше.Furthermore, the present invention relates to a multi-band antenna suitable for any application in which three radio frequency receiving or transmitting modules are controlled by a separate parabolic antenna and three modules operate on three frequency ranges, and which should not be limited to the ranges Ka and K and application in Ku range described above.

Claims (17)

1. Спутниковый многополосный антенный блок (1), содержащий:1. Satellite multi-band antenna unit (1), comprising: основной отражатель (2);main reflector (2); частотно-избирательный отражательный блок (3);frequency selective reflective block (3); первый облучатель (4), подключенный к первому спутниковому конвертеру (5), при этом указанный первый облучатель расположен в первом местоположении для приема излучения в первой полосе (20) частот, при этом указанное излучение в первой полосе (20) частот содержит множество падающих лучей, отраженных от указанного основного отражателя (2) и пропущенных через указанный частотно-избирательный отражательный блок (3);a first feed (4) connected to the first satellite converter (5), wherein said first feed is located at a first location for receiving radiation in the first frequency band (20), wherein said radiation in the first frequency band (20) contains a plurality of incident rays reflected from the specified main reflector (2) and passed through the specified frequency-selective reflective block (3); второй облучатель (6), подключенный ко второму спутниковому конвертеру (7), при этом указанный второй облучатель расположен во втором местоположении для приема излучения во второй полосе (21) частот, которая ниже, чем указанная первая полоса частот, при этом указанное излучение во второй полосе (21) частот содержит множество падающих лучей, отраженных от основного отражателя (2) и от указанного частотно-избирательного блока (3);a second feed (6) connected to the second satellite converter (7), wherein said second feed is located at a second location for receiving radiation in a second frequency band (21) that is lower than said first frequency band, wherein said radiation is in a second the frequency band (21) contains a plurality of incident rays reflected from the main reflector (2) and from the indicated frequency-selective block (3); передатчик (5), подключенный к одному из указанных первого или второго облучателя, для передачи излучения по восходящему каналу на указанный основной отражатель;a transmitter (5) connected to one of said first or second irradiator for transmitting radiation through an uplink to said main reflector; где указанный частотно-избирательный отражательный блок (3) содержит по меньшей мере две электропроводные пластины (30'), обращенные друг к другу, при этом каждая пластина содержит массив отверстий (31'), расположенных на расстоянии друг от друга; иwhere the specified frequency-selective reflective block (3) contains at least two electrically conductive plates (30 ') facing each other, each plate containing an array of holes (31') located at a distance from each other; and причем отверстия (31') каждой пластины (30'), расположенные на расстоянии друг от друга, имеют внутренние размеры (Ax, Ay), увеличивающиеся с углом (Θ) падающих лучей, при этом указанный угол (Θ) падающих лучей измерен относительно нормального вектора частотно-избирательного отражательного блока (3).moreover, the holes (31 ') of each plate (30'), located at a distance from each other, have internal dimensions (A x , A y ) increasing with the angle (Θ) of the incident rays, while the specified angle (Θ) of the incident rays is measured relative to the normal vector of the frequency selective reflective block (3). 2. Антенный блок по п. 1, отличающийся тем, что указанный передатчик (5) подключен к указанному первому облучателю (4).2. The antenna unit according to claim 1, characterized in that said transmitter (5) is connected to said first feed (4). 3. Антенный блок по п. 1 или 2, отличающийся тем, что указанная первая полоса частот охватывает диапазон K и/или диапазон Ka.3. The antenna unit according to claim 1 or 2, characterized in that said first frequency band covers the range K and / or the range Ka. 4. Антенный блок по п. 1 или 2, отличающийся тем, что указанная вторая полоса частот представляет собой диапазон Ku.4. The antenna unit according to claim 1 or 2, characterized in that said second frequency band is a Ku band. 5. Антенный блок по п. 1 или 2, отличающийся тем, что расстояние между указанными пластинами (30') по существу равно λ/4, где λ – это длина волны на частоте среза указанных отверстий (31').5. The antenna unit according to claim 1 or 2, characterized in that the distance between these plates (30 ') is essentially equal to λ / 4, where λ is the wavelength at the cut-off frequency of these holes (31'). 6. Антенный блок по п. 1 или 2, отличающийся тем, что указанные пластины (30') разделены с помощью диэлектрического материала (12).6. The antenna unit according to claim 1 or 2, characterized in that said plates (30 ') are separated by means of a dielectric material (12). 7. Антенный блок по предыдущему пункту, отличающийся тем, что указанный диэлектрический материал (12) имеет диэлектрическую проницаемость, по существу равную единице.7. The antenna unit according to the preceding paragraph, characterized in that said dielectric material (12) has a dielectric constant substantially equal to unity. 8. Антенный блок по любому из пп. 1, 2, 7, отличающийся тем, что указанные пластины (30') имеют по существу одинаковые размеры.8. The antenna unit according to any one of paragraphs. 1, 2, 7, characterized in that said plates (30 ') have substantially the same dimensions. 9. Антенный блок по любому из пп. 1, 2, 7, отличающийся тем, что указанный антенный блок содержит более двух пластин (30'), расположенных каскадно, при этом каждая последующая пластина обращена к предыдущей.9. The antenna unit according to any one of paragraphs. 1, 2, 7, characterized in that said antenna unit contains more than two plates (30 ') arranged in cascade, with each subsequent plate facing the previous one. 10. Антенный блок по любому из пп. 1, 2, 7, отличающийся тем, что для каждой пластины (30') соотношение между толщиной указанной пластины и шириной отверстия (31') меньше либо равно 1:4. 10. The antenna unit according to any one of paragraphs. 1, 2, 7, characterized in that for each plate (30 ') the ratio between the thickness of the specified plate and the width of the hole (31') is less than or equal to 1: 4.
RU2017108746A 2014-08-22 2014-08-22 Satellite multi-band antenna unit RU2659303C1 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/IB2014/001845 WO2016027119A1 (en) 2014-08-22 2014-08-22 Satellite multiband antenna unit

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2659303C1 true RU2659303C1 (en) 2018-06-29

Family

ID=52396720

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017108746A RU2659303C1 (en) 2014-08-22 2014-08-22 Satellite multi-band antenna unit

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP3183775A1 (en)
RU (1) RU2659303C1 (en)
WO (1) WO2016027119A1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108333788A (en) * 2018-01-15 2018-07-27 上海机电工程研究所 Radio frequency and infrared beams complex method and simulator

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4476471A (en) * 1981-02-09 1984-10-09 Nippon Electric Co., Ltd. Antenna apparatus including frequency separator having wide band transmission or reflection characteristics
JPS61142806A (en) * 1984-12-17 1986-06-30 Nec Corp High frequency demultiplexing device
GB2328319A (en) * 1994-06-22 1999-02-17 British Aerospace A frequency selective surface
US20020140617A1 (en) * 2001-03-12 2002-10-03 Luly Robert A. Multi-band antenna for bundled broadband satellite internet access and DBS television service
US20140225796A1 (en) * 2013-02-08 2014-08-14 Chien-An Chen Ultra-broadband offset cassegrain dichroic antenna system for bidirectional satellite signal communication

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2153323B1 (en) * 1999-06-07 2001-07-16 Univ Madrid Politecnica FLAT REFLECTORS IN MULTI-PAPER PRINTED TECHNOLOGY AND ITS DESIGN PROCEDURE.

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4476471A (en) * 1981-02-09 1984-10-09 Nippon Electric Co., Ltd. Antenna apparatus including frequency separator having wide band transmission or reflection characteristics
JPS61142806A (en) * 1984-12-17 1986-06-30 Nec Corp High frequency demultiplexing device
GB2328319A (en) * 1994-06-22 1999-02-17 British Aerospace A frequency selective surface
US20020140617A1 (en) * 2001-03-12 2002-10-03 Luly Robert A. Multi-band antenna for bundled broadband satellite internet access and DBS television service
US20140225796A1 (en) * 2013-02-08 2014-08-14 Chien-An Chen Ultra-broadband offset cassegrain dichroic antenna system for bidirectional satellite signal communication

Also Published As

Publication number Publication date
WO2016027119A1 (en) 2016-02-25
EP3183775A1 (en) 2017-06-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2017202335A1 (en) Apparatus and methods for reducing mutual couplings in an antenna array
US7202832B2 (en) Vehicle mounted satellite antenna system with ridged waveguide
US10741930B2 (en) Enhanced directivity feed and feed array
US9385436B2 (en) Dual-band dichroic polarizer and system including same
JP3029231B2 (en) Double circularly polarized TEM mode slot array antenna
US9246225B2 (en) Low-noise-figure aperture antenna
US11329391B2 (en) Enhanced directivity feed and feed array
CN114520418A (en) Dual polarized horn antenna with asymmetric radiation pattern
US20230335902A1 (en) Multi-band antenna and communication device
Ullah et al. Design and analysis of a compact dual-band patch antenna for 5G mmW application
KR100815154B1 (en) Multiband antenna feeder for satellite communications organized waveguide
Zhang et al. Highly integrated transmitting and receiving phased array with multi‐channels and high efficiency in K/Ka‐band SatCom application
RU2659303C1 (en) Satellite multi-band antenna unit
EP3641059B1 (en) Feed device, dual-frequency microwave antenna and dual-frequency antenna device
KR102332501B1 (en) Circularly polarized window and antenna includnig the same
Hernandez et al. High-directivity beam-steerable lens antenna for simultaneous transmit and receive
US10109917B2 (en) Cupped antenna
Prasannakumar Wideband bi-static and monostatic STAR antenna systems
KR101508074B1 (en) Frequency selective surface using patch
CN220553598U (en) Antenna unit, antenna and base station
WO2024145734A1 (en) Radiating elements having feed stalks with frequency selective surfaces and base station antennas including such radiating elements
EP3079202A1 (en) A microwave antenna, and a method of generating first signals and detecting second signals
US20230261387A1 (en) Metasurface superstrate (mss) enabled radiator for a multiband antenna apparatus
US8665165B1 (en) Broad beam waveguide feed and reflector antenna employing same
WO2022146859A1 (en) Antenna assembly with dielectric isolator and base station antenna

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner