RU2802763C1 - Irradiating system of a tracking mirror antenna - Google Patents

Abstract

FIELD: antennas.

SUBSTANCE: used as part of reflector antennas of space communication earth stations. The irradiating system of the servo reflector antenna consists of a multimode horn, an orthogonal mode coupler H₂₁, a dual-band frequency diplexer, an orthomode converter, an auto-tracking channel, a reception channel, a local oscillator module and a control module. The auto-tracking channel consists of a pair of low-noise frequency-to-intermediate-frequency converters “МШУ-Пр”, installed at the outputs of the H₂₁ mode coupler, and an UPS polarization matching device connected to the outputs of “МШУ-Пр”. The receiving channel consists of similar elements installed at the output of the OMC. The four-channel local oscillator module LOM and the control module CM are connected to the inputs of the corresponding “МШУ-Пр”. “МШУ-Пр” perform coherent frequency conversion of signals with external heterodyne signals from the CM, which has independent phase control of heterodyne signals in each channel. UPSs have an identical construction and are formed by three cascaded quadrature directional couplers QDC with adjustable connections. The outputs of both UPSs receive separated signals of orthogonal polarizations with minimized cross-components of these signals. With temporal changes in the polarizations of incoming waves, both linear and rotating, the differential phase shift of the phase shifters PS1 and PS2 changes accordingly in both UPSs.

EFFECT: provision in tracking mirror antennas of stabilization of the angular dependence of the error signal and minimization of cross-polarization components of signals at the outputs of the receiving channel for any polarizations of incoming signals, as well as reduction of overall dimensions and weight of the irradiating system.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области антенной техники и может быть использовано в составе зеркальных антенн станций космической связи.The invention relates to the field of antenna technology and can be used as part of mirror antennas of space communication stations.

В современных системах космической связи для повышения пропускной способности применяется повторное использование частот в диапазонах приема и передачи сигналов на ортогональных поляризациях как на вращающихся, так и на линейных.In modern space communications systems, to increase capacity, reuse of frequencies is used in the ranges of reception and transmission of signals on orthogonal polarizations, both rotating and linear.

Повторное использование частот предусматривает исключение взаимного влияния сигналов в сопряженных стволах, что должно обеспечиваться кросс-поляризационной развязкой каналов приема и передачи сигналов с уровнями, при которых кросс-поляризованные сигналы не будут ухудшать отношения сигнал/шум в линиях «Вверх» и «Вниз». Это требование может выполняться при условии, когда электрическая ось антенны отклоняется от направления на космический аппарат (КА) в пределах углов 1дб-контура основного лепестка диаграммы направленности (ДН) антенны, то есть в угловой области с низким уровнем кросс-поляризационного излучения, а облучающая система обеспечивает согласование поляризаций в линиях «Вверх» и «Вниз».Frequency reuse involves eliminating the mutual influence of signals in adjacent trunks, which should be ensured by cross-polarization isolation of signal reception and transmission channels with levels at which cross-polarized signals will not degrade the signal-to-noise ratio in the “Up” and “Down” lines. This requirement can be met provided that the electrical axis of the antenna deviates from the direction towards the spacecraft (SV) within the 1dB angles of the main lobe of the antenna radiation pattern (DP), that is, in the angular region with a low level of cross-polarization radiation, and the irradiating the system ensures matching of polarizations in the “Up” and “Down” lines.

В случаях, когда КА перемещается в пространстве, или антенна земной станции установлена на подвижном носителе, например, на корабле, или имеют место оба случая, для устойчивого функционирования линий «Вверх» и «Вниз» с требуемым качеством необходимо удерживать направление антенны на КА, а при работе на линейных поляризациях обязательно потребуется также адаптивная подстройка поляризаций по максимуму кросс-поляризационной развязки.In cases where the spacecraft is moving in space, or the earth station antenna is installed on a moving carrier, for example, on a ship, or both cases occur, for stable operation of the Up and Down links with the required quality, it is necessary to maintain the direction of the antenna on the spacecraft, and when working on linear polarizations, adaptive adjustment of the polarizations to the maximum cross-polarization isolation will also be required.

Для автоматического сопровождения КА (или удержания антенны в направлении на КА) в антеннах земных станций реализуют режим слежения приходящих сигналов с использованием, как правило, моноимпульсного метода при формировании суммарной и разностной ДН или четырехрупорным облучателем, или рупорным облучателем, возбуждаемым основной модой и модами высших типов.To automatically track a spacecraft (or keep the antenna in the direction of the spacecraft), the antennas of earth stations implement a tracking mode for incoming signals using, as a rule, a monopulse method when forming a total and difference pattern or a four-horn feed, or a horn feed excited by the fundamental mode and higher modes types.

При слежении КА, являющегося источником радиоизлучения (ИРИ), на выходах пеленгационного и информационного каналов появляются сигналы, принимаемые по разностной и суммарной ДН антенны, Е_Δ и Е_Σ, при этом сигналы Е_Δ содержат данные о положении электрической оси антенны относительно направления прихода сигналов и имеют нулевые значения, когда электрическая ось антенны совмещается с направлением на КА.When tracking a spacecraft that is a source of radio emission (ER), signals received at the outputs of the direction finding and information channels appear on the differential and total antenna patterns, E _Δ and E _Σ , while the signals E _Δ contain data on the position of the electrical axis of the antenna relative to the direction of arrival of the signals and have zero values when the electrical axis of the antenna is aligned with the direction towards the spacecraft.

Сигналы ошибки Е_ош, которые получают нормированием сигналов Е_Δ сигналами Е_Σ, изменяются линейно при отклонении от оси на угол в, что позволяет представить их в видеError signals E _osh , which are obtained by normalizing signals E _Δ by signals E _Σ , change linearly when deviating from the axis by an angle b, which allows them to be represented in the form

коэффициент k определяется наклоном характеристики сигнала ошибки, k=∂Е_ош/∂π.coefficient k is determined by the slope of the error signal characteristic, k=∂E _error /∂π.

Поскольку пеленгационные характеристики следящей антенны зависят не только от построения облучающей системы, формирующей суммарно-разностные ДН, но и от степени согласования ее поляризаций с поляризацией приходящих сигналов, то они могут существенно ухудшаться при изменении поляризации сигналов, особенно в случае изменения во времени ориентации вектора линейно-поляризационного сигнала.Since the direction finding characteristics of the tracking antenna depend not only on the design of the irradiating system that forms the total-difference patterns, but also on the degree of coordination of its polarizations with the polarization of incoming signals, they can significantly deteriorate when the polarization of the signals changes, especially if the orientation of the vector changes linearly over time - polarization signal.

В этой связи, одним из основных условий устойчивого приема сигналов в режиме автосопровождения КА является обеспечение согласования поляризации приходящих сигналов с поляризациями выходов не только суммарного (информационного), но и пеленгационного каналов.In this regard, one of the main conditions for stable reception of signals in the auto-tracking mode of a spacecraft is to ensure coordination of the polarization of incoming signals with the polarization of the outputs of not only the summary (information) channel, but also the direction finding channel.

Известна облучающая система следящей антенной системы [1 - D. Savini. An improved automatic tracking system for linear and circular polarization. CSELT Rapp.Tech/ 1980, 8 pp. 239-282], предназначенной для приема сигналов с повторным использованием частот, как на линейных, так и на круговых поляризациях. Облучающая система формирует информационные каналы и пеленгационный канал, имея в своем составе многомодовый рупор, вращающийся ответвитель моды Н₂₁, конический переход, 90°-поляризатор (для выбора круговых и линейных поляризаций), 180°-поляризатор (для подстройки линейных поляризаций) и ортомодовый преобразователь (ОМП) для разделения принимаемых сигналов ортогональных поляризаций. Ответвитель моды Н₂₁ представляет собой компактное устройство, устанавливаемое позади горловины рупора, которое содержит две пары продольных узких щелей, введенных в секции круглого волновода с диаметром, достаточным для поддержания мод Н₁₁ и Н₂₁ в полосе приема. Осевое расстояние между секциями круглого волновода составляет примерно половину длины волны моды Н₂₁ для возбуждения двух максимальных сигналов стоячей волной благодаря коническому переходу, соединяющему многомодовый волновод (Н₁₁, H₂₁₎ с одномодовым волноводом (Н₁₁). Относительная ориентация 45° между двумя парами щелей, расположенных на азимутальных углах ϕ и ϕ+45°, позволяет возбудить две ортогональные моды Н₂₁ для получения полной информации о распределении поля внутри волновода. Сигналы от каждой пары диаметрально расположенных щелей передаются через два плеча прямоугольных волноводов с одинаковыми поперечными сечениями к Е - плоскостному гибридному соединению для получения сигнала слежения. К выходам гибридных соединений присоединен следящий приемник. Сигналы ошибки в следящем приемнике формируются нормированием опорного сигнала, который ответвляется от выходов ОМП.The irradiating system of the tracking antenna system is known [1 - D. Savini. An improved automatic tracking system for linear and circular polarization. CSELT Rapp.Tech/ 1980, 8 pp. 239-282], designed for receiving signals with frequency reuse, both linear and circular polarizations. The irradiating system forms information channels and a direction finding channel, incorporating a multimode horn, a rotating H ₂₁ mode coupler, a conical junction, a 90° polarizer (for selecting circular and linear polarizations), a 180° polarizer (for adjusting linear polarizations) and an orthomode converter (OMP) for separating received signals of orthogonal polarizations. The H ₂₁ mode coupler is a compact device installed behind the horn neck, which contains two pairs of longitudinal narrow slots inserted into sections of a circular waveguide with a diameter sufficient to maintain the H ₁₁ and H ₂₁ modes in the receiving band. The axial distance between sections of the circular waveguide is approximately half the wavelength of the H ₂₁ mode to excite two maximum standing wave signals due to a conical junction connecting the multimode waveguide (H ₁₁ , H ₂₁₎ to the single-mode waveguide (H ₁₁ ). A relative orientation of 45° between two pairs of slits located at azimuthal angles ϕ and ϕ+45° allows the excitation of two orthogonal H ₂₁ modes to obtain complete information about the field distribution inside the waveguide. Signals from each pair of diametrically located slits are transmitted through two arms of rectangular waveguides with identical cross sections to the E-plane hybrid connection to obtain a tracking signal. A tracking receiver is connected to the outputs of the hybrid connections. Error signals in the tracking receiver are formed by normalizing the reference signal, which branches off from the OMP outputs.

На вращающихся поляризациях сигналы ошибки с выходов следящего приемника могут напрямую использоваться электроприводами системы наведения антенны.On rotating polarizations, the error signals from the outputs of the tracking receiver can be directly used by the electric drives of the antenna pointing system.

В случае линейных поляризаций для исключения паразитных составляющих в сигналах ошибки азимутальный угол ϕ щелей ответвителя моды Н₂₁ (щели параллельные плоскости земли), также как и один из выходов ОМП, должны быть согласованы с плоскостью поляризации падающей волны, имеющей угол α. Это согласование выполняется вращением ответвителя моды Н₂₁ с присоединенным к нему следящим приемником и секции 180°-поляризатора на угол α/2, которое осуществляется одним синхронно-передающим приводом по команде от модуля управления, входящего в состав облучающей системы.In the case of linear polarizations, in order to eliminate spurious components in the error signals, the azimuthal angle ϕ of the slots of the H ₂₁ mode coupler (slots parallel to the ground plane), as well as one of the OMP outputs, must be matched with the plane of polarization of the incident wave, which has an angle α. This matching is performed by rotating the H ₂₁ mode coupler with the tracking receiver attached to it and the 180° polarizer section at an angle α/2, which is carried out by one synchronous transmitting drive upon command from the control module included in the irradiating system.

К основным недостаткам этой облучающей системы следует отнести:The main disadvantages of this irradiation system include:

- возможность формирования сигналов ошибки по пилот-сигналу только определенной частоты без возможности перенастройки на другие несущие в пределах рабочей полосы приемного канала, что определяется рабочей полосой следящего ответвителя (менее 2%);- the ability to generate error signals using a pilot signal of only a certain frequency without the possibility of reconfiguring to other carriers within the operating band of the receiving channel, which is determined by the operating band of the tracking coupler (less than 2%);

- низкий уровень отбора мощности сигнала ошибки (минус 3дБ) следящим ответвителем, уменьшающим крутизну пеленгационной характеристики;- low level of error signal power take-off (minus 3 dB) by the tracking coupler, which reduces the steepness of the direction-finding characteristic;

- громоздкость и сложность конструкции из-за применения синхронно-передающего привода для вращения двух устройств, секции 180°-поляризатора и сборки, включающей ответвитель моды Н₂₁, приемник слежения и линию опорного сигнала.- bulkiness and complexity of the design due to the use of a synchronous transmitting drive for rotating two devices, a 180° polarizer section and an assembly including an H ₂₁ mode coupler, a tracking receiver and a reference signal line.

Известна облучающая система (ОС) зеркальной антенны типа Кассегрена [2 - Lee J. Cooper. A frequency reuse, monopulse tracking feed for cassegrain antenna application. 1980 Internation IEEE AP-S Digest pp. 97-100], которая наиболее близка по технической сущности и достигаемому результату и выбрана в качестве прототипа. Эта ОС обеспечивает прием и передачу сигналов на ортогональных круговых или линейных поляризациях в разнесенных диапазонах частот (4 ГГц и 6 ГГц соответственно) в режиме автосопровождения приходящих сигналов моноимпульсным методом. ОС состоит из многомодового рупора, двухканального тракта автосопровождения сигналов, образованного ответвителем ортогональных мод Н₂₁, гибридным соединением и моторизованным двухпозиционным волноводным переключателем (ВП2х2), двухполяризационного частотного диплексера и двухканальных трактов приема и передачи сигналов. Тракты приема и передачи сигналов имеют идентичное построение и состоят из последовательно соединенных 180°- и 90°- поляризаторов с дифференциальными секциями, вращаемых электромеханическими приводами, и ортомодовых преобразователей. Позиционирование дифференциальных секций поляризаторов выполняется от модуля управления, что позволяет осуществлять дистанционно в обоих трактах выбор вращающихся или линейных поляризаций (90°-поляризаторы) или установку плоскости линейной поляризации (180°- поляризаторы). Выбор поляризации по выходу тракта слежения, левого или правого направления вращения, осуществляется позиционированием входов/выходов ВП2х2.A known irradiation system (OS) of a Cassegrain-type mirror antenna [2 - Lee J. Cooper. A frequency reuse, monopulse tracking feed for cassegrain antenna application. 1980 Internation IEEE AP-S Digest pp. 97-100], which is the closest in technical essence and achieved result and was chosen as a prototype. This OS provides reception and transmission of signals on orthogonal circular or linear polarizations in spaced frequency ranges (4 GHz and 6 GHz, respectively) in the auto-tracking mode of incoming signals using the monopulse method. The OS consists of a multimode horn, a two-channel auto-tracking path of signals formed by an orthogonal mode coupler N ₂₁ , a hybrid connection and a motorized two-position waveguide switch (VP2x2), a dual-polarization frequency diplexer and two-channel paths for receiving and transmitting signals. The signal reception and transmission paths have an identical structure and consist of series-connected 180°- and 90°-polarizers with differential sections, rotated by electromechanical drives, and orthomode converters. The positioning of the differential sections of the polarizers is carried out from the control module, which allows you to remotely select rotating or linear polarizations (90° polarizers) or set the linear polarization plane (180° polarizers) in both paths. The choice of polarization based on the output of the tracking path, left or right direction of rotation, is carried out by positioning the inputs/outputs of VP2x2.

Поскольку каналы тракта слежения имеют только вращающиеся поляризации, то приходящие сигналы линейных поляризаций будут приниматься по обоим каналам одновременно, при этом эти сигналы будут иметь разные фазово-частотные характеристики, зависящие от угла наклона плоскости поляризации сигнала α.Since the channels of the tracking path have only rotating polarizations, incoming signals of linear polarizations will be received on both channels simultaneously, and these signals will have different phase-frequency characteristics, depending on the angle of inclination of the polarization plane of the signal α.

Изменение ориентации секции 90°- поляризаторов на ±45° при переходе с круговой поляризации на линейную или наоборот, а также изменение ориентации секции 180°-поляризатора на угол ϕ/2 при подстройке вектора электрического поля приходящей линейно-поляризованной волны на угол ϕ приводит к возникновению разницы групповой задержки опорного сигнала U_Σ и сигнала ошибки U_Δ разностного канала на входе приемника. Для компенсации этой разницы опорный канал должен иметь в своем составе фазовращатель с разрядностью не менее шести, управляемый по командам, формируемым модулем управления по данным, содержащим углы ориентации дифференциальных секции 180°- и 90°- поляризаторов приемного тракта и состояние выходного переключателя тракта слежения ВП2х2. При отсутствии компенсации в каналах слежения появятся перекрестные помехи, из-за которых будут возникать ошибки наведения антенны, приводящие к срыву слежения КА.Changing the orientation of the 90° polarizer section by ±45° when switching from circular polarization to linear or vice versa, as well as changing the orientation of the 180° polarizer section by an angle ϕ/2 when adjusting the electric field vector of an incoming linearly polarized wave by an angle ϕ leads to the occurrence of a difference between the group delay of the reference signal U _Σ and the error signal U _Δ of the difference channel at the receiver input. To compensate for this difference, the reference channel must include a phase shifter with a bit width of at least six, controlled by commands generated by the control module based on data containing the orientation angles of the differential sections of 180° and 90° polarizers of the receiving path and the state of the output switch of the tracking path VP2x2 . In the absence of compensation, crosstalk will appear in the tracking channels, due to which antenna pointing errors will occur, leading to failure of spacecraft tracking.

Основными недостатками известного устройства-прототипа являются:The main disadvantages of the known prototype device are:

- ограниченное применение из-за повышенной массы и больших габаритных размеров конструкции, требующей для установки конструктивный объем зеркального и подзеркального пространства, который, как показывает анализ существующих следящих зеркальных антенн (ЗА), может быть реализован при диаметре рефлектора не менее (90÷100) λ_ср рабочего диапазона частот;- limited use due to the increased weight and large overall dimensions of the structure, which requires a structural volume of mirror and submirror space for installation, which, as an analysis of existing tracking mirror antennas (SA) shows, can be implemented with a reflector diameter of at least (90÷100) λ _avg operating frequency range;

- формирование сигналов ошибки при работе на линейных поляризациях реализуется только по сигналам, не имеющим смежных ортогонально поляризованных сигналов;- the generation of error signals when working on linear polarizations is implemented only for signals that do not have adjacent orthogonally polarized signals;

- формируемый на линейных поляризациях уровень сигнала ошибки U_Δ не менее чем в два раза ниже, чем на круговых, что существенно сказывается на крутизне пеленгационной характеристики и, соответственно, на точности слежения;- the error signal level U _Δ formed on linear polarizations is no less than two times lower than on circular polarizations, which significantly affects the steepness of the direction finding characteristic and, accordingly, the tracking accuracy;

- при быстрых изменениях ориентации плоскостей приходящих ортогонально-поляризованных сигналов волноводный 180°- поляризатор с электромеханическим приводом из-за ошибок позиционирования фазосдвигающей секции не может поддерживать в каналах приемного тракта устойчивый уровень кросс-поляризационных составляющих сигналов;- with rapid changes in the orientation of the planes of incoming orthogonally polarized signals, the waveguide 180° polarizer with an electromechanical drive cannot maintain a stable level of cross-polarization components of the signals in the channels of the receiving path due to positioning errors of the phase-shifting section;

- для обеспечения работы с сигналами круговых и линейных поляризаций опорный канал должен содержать фазовращатель с разрядностью не менее шести, управляемый модулем управления.- to ensure operation with signals of circular and linear polarizations, the reference channel must contain a phase shifter with a bit depth of at least six, controlled by a control module.

Технической проблемой, на решение которой направлено предлагаемое изобретение является обеспечение в следящих зеркальных антеннах стабилизации угловой зависимости сигнала ошибки и минимизации кросс-поляризационных составляющих сигналов в каналах приема при любых поляризациях приходящих сигналов, а также уменьшении габаритных размеров и массы облучающей системы.The technical problem to be solved by the present invention is to ensure in tracking mirror antennas stabilization of the angular dependence of the error signal and minimization of cross-polarization components of signals in reception channels for any polarization of incoming signals, as well as reducing the overall dimensions and weight of the irradiating system.

Для решения указанной технической проблемы предлагается облучающая система следящей зеркальной антенны состоящая из многомодового рупора, ответвителя ортогональных мод Н₂₁, двухполяризационного частотного диплексера, ортомодового преобразователя, канала автосопровождения, канала приема, модуля гетеродина и модуля управления.To solve this technical problem, a irradiating system of a tracking mirror antenna is proposed, consisting of a multimode horn, an orthogonal mode coupler H ₂₁ , a dual-polarization frequency diplexer, an orthomode converter, an auto-tracking channel, a receiving channel, a local oscillator module and a control module.

Согласно изобретению к выходам ответвителя ортогональных мод Н₂₁ присоединены малошумящие усилители-частотные преобразователи, соединенные со входами устройства поляризационного согласования, а к синфазным выходам ортомодового преобразователя, также присоединены малошумящие усилители-частотные преобразователи, соединенные со входами устройства поляризационного согласования, при этом оба устройства поляризационного согласования имеют идентичное построение и образованы тремя каскадно-соединенными квадратурными направленными ответвителями с регулируемыми связями, между первым и вторым квадратурными направленными ответвителями - в виде перестраиваемых дифференциальных фазовращателей, между вторым и третьим квадратурными направленными ответвителями - в виде коммутируемых фазовращателей 0↔π/2, при этом малошумящие усилители-частотные преобразователи осуществляют когерентное частотное преобразование сигналов с гетеродинными сигналами, поступающими от 4-х канального модуля гетеродина с независимой регулировкой фазы гетеродинных сигналов в каждом канале, а согласование поляризаций приходящих сигналов в канале автосопровождения и канале приема производится одновременно изменением состояний всех перестраиваемых дифференциальных фазовращателей обоих устройств поляризационного согласования по единым командам, формируемым модулем управления по измеренным отношениям уровня кросс-поляризационной составляющей сигнала к уровню сигнала на основной поляризации.According to the invention, low-noise amplifiers-frequency converters connected to the inputs of a polarization matching device are connected to the outputs of the orthogonal mode coupler H ₂₁ , and low-noise amplifiers-frequency converters connected to the inputs of the polarization matching device are also connected to the common-mode outputs of the orthogonal mode converter, while both devices are polarized the matching has an identical structure and is formed by three cascade-connected quadrature directional couplers with adjustable connections, between the first and second quadrature directional couplers - in the form of tunable differential phase shifters, between the second and third quadrature directional couplers - in the form of switched phase shifters 0↔π/2, with In this case, low-noise amplifiers-frequency converters carry out coherent frequency conversion of signals with heterodyne signals coming from a 4-channel local oscillator module with independent adjustment of the phase of heterodyne signals in each channel, and the coordination of the polarizations of incoming signals in the auto-tracking channel and the receiving channel is carried out simultaneously by changing the states of all tunable differential phase shifters of both polarization matching devices according to single commands generated by the control module based on the measured ratios of the level of the cross-polarization component of the signal to the signal level at the main polarization.

Таким образом, технический результат заключался в получении в облучающей системе поляризационного согласования как канала приема, так и канала автосопровождения с приходящими сигналами ортогональных вращающихся или ортогональных линейных поляризаций. В результате угловая зависимость сигналов ошибки, возникающих в канале автосопровождения при отклонении электрической оси антенны от линии визирования на ИРИ, будет одинаковой для всех видов поляризаций.Thus, the technical result was to obtain in the irradiating system polarization matching of both the receiving channel and the auto-tracking channel with incoming signals of orthogonal rotating or orthogonal linear polarizations. As a result, the angular dependence of the error signals that arise in the auto-tracking channel when the electrical axis of the antenna deviates from the line of sight on the IRI will be the same for all types of polarizations.

На фиг.1 приведена схема облучающей системы следящей зеркальной антенны. На фиг.2 приведена схема устройства поляризационного согласования.Figure 1 shows a diagram of the irradiating system of the tracking mirror antenna. Figure 2 shows a diagram of a polarization matching device.

Облучающая система следящей зеркальной антенны (фиг.1) состоит из многомодового рупора (1), ответвителя ортогональных мод Н₂₁ (2), двухполяризационного частотного диплексера (3), ортомодового преобразователя (ОМП) (4), канала автосопровождения (5), модуля гетеродина (МГ) (6), модуля управления (МУ) (7) и канала приема (8). Многомодовый рупор (1) соединен с ответвителем ортогональных мод Н₂₁ (2), далее соединен с двухполяризационным частотным диплексером (3), к выходу которого присоединен ОМП (4), второй вход двухполяризационного частотного диплексера (3) соединен с передатчиком (на фиг.1 показано условно). К выходам ответвителя ортогональных мод Н₂₁ (2) присоединен канал автосопровождения (5) выполненный в виде малошумящих усилителей-частотных преобразователей (МШУ-Пр) (5.1, 5.2), соединенных с входами устройства поляризационного согласования (УПС) (5.3). К выходам ОМП (4) присоединен канал приема (8) выполненный в виде МШУ-Пр (8.1, 8.2), соединенный со входами УПС (8.3). Общий модуль гетеродина (МГ) (6) соединен с входами МШУ-Пр (5.1, 5.2, 8.1, 8.2). Модуль управления (МУ) (7) соединен с МГ (6) и УПС (5.3, 8.3). УПС (5.3, 8.3) обеспечивают подачу сигналов одновременно к МУ (7), приемной аппаратуре и следящему приемнику (на фиг.1 показаны условно как РΔ1, РΔ2, Р"8"1, РΣ2). УПС (5.3) и УПС (8.3) имеют идентичное построение согласно схеме, приведенной на фиг.2 (показана схема одного из УПС (5.3, 8.3)), и образованы тремя каскадно-соединенными квадратурными направленными ответвителями КНO1 (9), КНO2(11), КНО3(13) с регулируемыми связями. Между КНO1 (9) и КНO2 (11) регулируемая связь показана в виде перестраиваемых в пределах 0÷π дифференциальных фазовращателей ФВ1 (10.1) и ФВ2(10.2), между КНO2 (11) и КНО3 (13) - в виде коммутируемых фазовращателей 0↔π/2 ФВ3 (12.1) и ФВ4 (12.2). Выход МШУ-Пр (5.1, 8.1) (фиг.1) подключен к «входу 1» (фиг.2), выход МШУ-Пр (5.2, 8.2) (фиг.1) подключен к «входу 2» (фиг.2) (в УПС 5.3 и 8.3 соответственно). К выходам «выход 1» и «выход 2» (фиг.2) подключены приемная аппаратура и следящий приемник (на фиг.1 показаны условно как РΔ1, РΔ2 или РΣ1, РΣ2).The irradiating system of the tracking mirror antenna (Fig. 1) consists of a multimode horn (1), an orthogonal mode coupler N ₂₁ (2), a dual-polarization frequency diplexer (3), an orthomode converter (OMC) (4), an auto-tracking channel (5), a module local oscillator (MG) (6), control module (MU) (7) and receiving channel (8). The multimode horn (1) is connected to the orthogonal mode coupler H ₂₁ (2), then connected to a dual-polarization frequency diplexer (3), to the output of which an OMP (4) is connected, the second input of the dual-polarization frequency diplexer (3) is connected to the transmitter (in Fig. 1 is shown conditionally). The outputs of the orthogonal mode coupler N ₂₁ (2) are connected to an auto-tracking channel (5) made in the form of low-noise amplifiers-frequency converters (LNA-Fr) (5.1, 5.2), connected to the inputs of a polarization matching device (UPS) (5.3). The receiving channel (8) made in the form of LNA-Pr (8.1, 8.2) is connected to the outputs of the OMP (4), connected to the inputs of the UPS (8.3). The common local oscillator module (MG) (6) is connected to the inputs of the LNA-Pr (5.1, 5.2, 8.1, 8.2). The control module (MU) (7) is connected to the MG (6) and the UPS (5.3, 8.3). UPS (5.3, 8.3) provide signals simultaneously to the MU (7), receiving equipment and tracking receiver (shown in Fig. 1 conventionally as PΔ1, PΔ2, P"8"1, PΣ2). UPS (5.3) and UPS (8.3) have an identical structure according to the diagram shown in Fig. 2 (the diagram of one of the UPS (5.3, 8.3) is shown), and are formed by three cascade-connected quadrature directional couplers KNO1 (9), KNO2 (11 ), KNO3(13) with adjustable connections. Between KNO1 (9) and KNO2 (11) the adjustable connection is shown in the form of differential phase shifters FV1 (10.1) and FV2 (10.2), tunable within 0÷π, between KNO2 (11) and KNO3 (13) - in the form of switched phase shifters 0↔ π/2 FV3 (12.1) and FV4 (12.2). The output of LNA-Pr (5.1, 8.1) (Fig.1) is connected to “input 1” (Fig.2), the output of LNA-Pr (5.2, 8.2) (Fig.1) is connected to “input 2” (Fig.2 ) (in UPS 5.3 and 8.3, respectively). The receiving equipment and the tracking receiver are connected to the outputs “output 1” and “output 2” (Fig. 2) (in Fig. 1 they are shown conventionally as PΔ1, PΔ2 or PΣ1, PΣ2).

Облучающая система следящей зеркальной антенны (фиг.1) работает следующим образом.The irradiating system of the tracking mirror antenna (Fig. 1) operates as follows.

При наведении зеркальной антенны (на фиг. не показана) в направлении на ИРИ сфокусированные сигналы принимаются многомодовым рупором (1) по разностным и суммарным ДН, и независимо от поляризационных характеристик приходящих сигналов их ортогональные составляющие (Е_ΔГор и Е_ΔВер) отбираются по ортогональным выходам ответвителя ортогональных мод Н₂₁ (2), проходят двухполяризационный частотный диплексер (3) и отбираются по ортогональным выходам ОМП (4) (Е_ΣГор и Е_ΣВер). Далее ортогональные составляющие усиливаются и преобразуются по частоте парами МШУ-Пр (5.1, 5.2 и 8.1, 8.2) обоих каналов в сигналы промежуточной частоты (ПЧ) и передаются на входы соответствующих УПС (5.3, 8.3). МШУ-Пр (5.1, 5.2, 8.1, 8.2) выполняются с идентичными амплитудно-частотными характеристиками (АЧХ) и фазово-частотными характеристиками (ФЧХ), при этом в МГ (6) предусмотрена независимая регулировка в каждом из четырех каналов фазы гетеродинного сигнала, поступающего на МШУ-Пр (5.1, 5.2, 8.1, 8.2). Это позволяет реализовать идентичность АЧХ и ФЧХ сигналов ПЧ на входах каждого УПС (5.3, 8.3) и управлять характеристиками сигналов.When pointing the mirror antenna (not shown in Fig.) in the direction of the RES, the focused signals are received by the multimode horn (1) using the difference and total patterns, and regardless of the polarization characteristics of the incoming signals, their orthogonal components (E _ΔHor and E _ΔVer ) are selected along the orthogonal outputs orthogonal mode coupler N ₂₁ (2), pass through a dual-polarization frequency diplexer (3) and are selected from the orthogonal outputs of the OMP (4) (E _ΣGor and E _ΣVer ). Next, the orthogonal components are amplified and frequency converted by LNA-Pr pairs (5.1, 5.2 and 8.1, 8.2) of both channels into intermediate frequency (IF) signals and transmitted to the inputs of the corresponding UPS (5.3, 8.3). MNA-Pr (5.1, 5.2, 8.1, 8.2) are made with identical amplitude-frequency characteristics (AFC) and phase-frequency characteristics (PFC), while in MG (6) independent adjustment is provided in each of the four channels of the heterodyne signal phase, arriving at MSHU-Pr (5.1, 5.2, 8.1, 8.2). This allows you to realize the identity of the frequency response and phase response of the IF signals at the inputs of each UPS (5.3, 8.3) and control the characteristics of the signals.

При работе по сигналам вращающихся поляризаций (правого или левого направлений вращения) фазовращатели ФВ3 и ФВ4 (12.1, 12.2) (фиг.2) устанавливаются в положение «0», а в фазовращателях ФВ1 и ФВ2 (10.1, 10.2) устанавливается дифференциальный фазовый сдвиг равный удвоенному значению угла наклона осей эллипса приходящих волн относительно выхода ОМП (4) (фиг.1). В результате квадратурного суммирования составляющих сигналов, поступающих на входы УПС (5.3, 8.3) (фиг.1) на их выходах получают разделенные сигналы приходящих ортогональных вращающихся поляризаций.When working on signals of rotating polarizations (right or left directions of rotation), phase shifters FV3 and FV4 (12.1, 12.2) (Fig. 2) are set to position “0”, and in phase shifters FV1 and FV2 (10.1, 10.2) the differential phase shift is set equal to double the inclination angle of the ellipse axes of the incoming waves relative to the output of the WMD (4) (Fig. 1). As a result of quadrature summation of the component signals arriving at the inputs of the UPS (5.3, 8.3) (Fig. 1), separated signals of incoming orthogonal rotating polarizations are obtained at their outputs.

При работе на линейных поляризациях в обоих УПС (5.3, 8.3) (фиг.1) один из фазовращателей, ФВ3 или ФВ4 (12.1, 12.2) (фиг.2), устанавливается в положение «π/2», а в фазовращателях ФВ1 и ФВ2 (10.1, 10.2) устанавливается дифференциальный фазовый сдвиг равный удвоенному значению угла наклона векторов электрического поля приходящих волн относительно ориентации выхода ОМП (4) (фиг.1). В результате на выходы УПС (5.3, 8.3) поступают разделенные сигналы ортогональных поляризаций с минимизированными кросс-составляющими этих сигналов. Фазовые состояния фазовращателей ФВ1 - ФВ4 (10.1, 10.2, 12.1, 12.2) (фиг.2) в обоих УПС (5.3, 8.3) (фиг.1) устанавливаются по командам, которые формируются МУ (7), по измерениям отношения кросс-поляризационной составляющей к основному сигналу в каналах приемного тракта.When working on linear polarizations in both UPS (5.3, 8.3) (Fig. 1), one of the phase shifters, FV3 or FV4 (12.1, 12.2) (Fig. 2), is set to the “π/2” position, and in phase shifters FV1 and FV2 (10.1, 10.2) a differential phase shift is set equal to twice the inclination angle of the electric field vectors of the incoming waves relative to the orientation of the OMP output (4) (Fig. 1). As a result, the outputs of the UPS (5.3, 8.3) receive separated signals of orthogonal polarizations with minimized cross-components of these signals. The phase states of the phase shifters FV1 - FV4 (10.1, 10.2, 12.1, 12.2) (Fig. 2) in both UPS (5.3, 8.3) (Fig. 1) are established according to the commands that are generated by the MU (7), according to measurements of the cross-polarization ratio component to the main signal in the channels of the receiving path.

При временных вариациях поляризаций приходящих волн, как линейных, так и вращающихся, соответственно изменяется дифференциальный фазовый сдвиг фазовращателей ФВ1 и ФВ2 (10.1, 10.2) (фиг.2) в обоих УПС (5.3, 8.3) (фиг.1).With temporary variations in the polarizations of incoming waves, both linear and rotating, the differential phase shift of the phase shifters FV1 and FV2 (10.1, 10.2) (Fig. 2) in both UPS (5.3, 8.3) (Fig. 1) changes accordingly.

Таким образом, облучающая система обеспечивает поляризационное согласование канала приема и канала автосопровождения с приходящими сигналами ортогональных вращающихся или ортогональных линейных поляризаций. В результате угловая зависимость сигналов ошибки, возникающих в каналах автосопровождения при отклонении электрической оси антенны от линии визирования на ИРИ, будет одинаковой для всех видов поляризаций.Thus, the irradiating system provides polarization matching of the receiving channel and the auto-tracking channel with incoming signals of orthogonal rotating or orthogonal linear polarizations. As a result, the angular dependence of the error signals that arise in the auto-tracking channels when the electrical axis of the antenna deviates from the line of sight on the IRI will be the same for all types of polarizations.

Поскольку смена и подстройка поляризаций в обоих каналах осуществляется одновременно одним способом - изменением состояний фазовращателей в УПС (5.3, 8.3) (фиг.1), которые имеют идентичные коэффициенты передачи, то фазировка сигналов ошибки каналов автосопровождения, и соответствующих им опорных сигналов каналов приема на входах приемника слежения, будет сохраняться для любых поляризаций сигналов, что обеспечит неизменность пеленгационной характеристики облучающей системы.Since the change and adjustment of polarizations in both channels is carried out simultaneously in one way - by changing the states of the phase shifters in the UPS (5.3, 8.3) (Fig. 1), which have identical transmission coefficients, the phasing of the error signals of the auto-tracking channels and the corresponding reference signals of the receiving channels on inputs of the tracking receiver will be preserved for any polarization of signals, which will ensure that the direction-finding characteristics of the irradiating system remain unchanged.

Анализ известных технических решений (аналогов) в области реализации облучающих систем следящих зеркальных антенн позволяет сделать вывод о том, что хотя использование многомодового рупора (1) (фиг.1), ответвителя ортогональнальных мод H₂₁(2), ОМП (4) и МШУ-Пр (5.1, 5.2, 8.1, 8.2) известно, в предложенной конфигурации облучающей системы с учетом их взаимосвязи с УПС (5.3, 8.3) и МУ (7) позволяет обеспечить стабилизацию угловой зависимости сигнала ошибки в канале автосопровождения (5), минимизацию кросс-поляризационных составляющих сигналов в канале приема (8) при любых приходящих сигналов различных поляризаций, а также уменьшает габаритные размеры и массу, что свидетельствует о получении положительного эффекта.Analysis of known technical solutions (analogues) in the field of implementation of irradiating systems of tracking mirror antennas allows us to conclude that although the use of a multimode horn (1) (Fig. 1), orthogonal mode coupler H ₂₁ (2), OMP (4) and LNA -Pr (5.1, 5.2, 8.1, 8.2) is known, in the proposed configuration of the irradiating system, taking into account their relationship with the UPS (5.3, 8.3) and MU (7), it allows stabilization of the angular dependence of the error signal in the auto-tracking channel (5), minimization of cross - polarization components of signals in the receiving channel (8) for any incoming signals of different polarizations, and also reduces overall dimensions and weight, which indicates a positive effect.

Таким образом, отличительными признаками, характеризующими данную облучающую систему, являются построение канала автосопровождения (5) (фиг.1) и канала приема (8), их взаимная связь и управление.Thus, the distinctive features that characterize this irradiating system are the construction of the auto-tracking channel (5) (Fig. 1) and the receiving channel (8), their mutual connection and control.

Сочетание отличительных признаков и свойств предлагаемого изобретения из литературы не известны, поэтому оно соответствует критериям новизны и изобретательского уровня.The combination of distinctive features and properties of the proposed invention are not known from the literature, therefore it meets the criteria of novelty and inventive step.

Claims (1)

Облучающая система следящей зеркальной антенны, состоящая из многомодового рупора, ответвителя ортогональных мод Н₂₁, двухполяризационного частотного диплексера, ортомодового преобразователя, канала автосопровождения, канала приема, модуля гетеродина и модуля управления, отличающаяся тем, что к выходам ответвителя ортогональных мод Н₂₁ присоединены малошумящие усилители-частотные преобразователи, соединенные со входами устройства поляризационного согласования, а к синфазным выходам ортомодового преобразователя также присоединены малошумящие усилители-частотные преобразователи, соединенные со входами устройства поляризационного согласования, при этом оба устройства поляризационного согласования имеют идентичное построение и образованы тремя каскадно-соединенными квадратурными направленными ответвителями с регулируемыми связями, между первым и вторым квадратурными направленными ответвителями - в виде перестраиваемых дифференциальных фазовращателей, между вторым и третьим квадратурными направленными ответвителями - в виде коммутируемых фазовращателей 0↔π/2, при этом малошумящие усилители-частотные преобразователи осуществляют когерентное частотное преобразование сигналов с гетеродинными сигналами, поступающими от четырехканального модуля гетеродина с независимой регулировкой фазы гетеродинных сигналов в каждом канале, а согласование поляризаций приходящих сигналов в канале автосопровождения и канале приема производится одновременно изменением состояний всех перестраиваемых дифференциальных фазовращателей обоих устройств поляризационного согласования по единым командам, формируемым модулем управления по измеренным отношениям уровня кросс-поляризационной составляющей сигнала к уровню сигнала на основной поляризации.Feeding system of a tracking mirror antenna, consisting of a multimode horn, an orthogonal mode coupler H ₂₁ , a dual-polarization frequency diplexer, an orthomode converter, an auto-tracking channel, a receiving channel, a local oscillator module and a control module, characterized in that low-noise amplifiers are connected to the outputs of the orthogonal mode coupler H ₂₁ -frequency converters connected to the inputs of the polarization matching device, and low-noise amplifiers-frequency converters connected to the inputs of the polarization matching device are also connected to the common-mode outputs of the orthomode converter, while both polarization matching devices have an identical structure and are formed by three cascaded quadrature directional couplers with adjustable connections, between the first and second quadrature directional couplers - in the form of tunable differential phase shifters, between the second and third quadrature directional couplers - in the form of switched phase shifters 0↔π/2, while low-noise amplifiers-frequency converters carry out coherent frequency conversion of signals with heterodyne signals coming from a four-channel local oscillator module with independent adjustment of the phase of heterodyne signals in each channel, and the polarization matching of incoming signals in the auto-tracking channel and the receiving channel is carried out simultaneously by changing the states of all tunable differential phase shifters of both polarization matching devices according to single commands generated by the control module based on measured ratios the level of the cross-polarization component of the signal to the signal level at the main polarization.

Images