EA 32674B1 20190628

	Патентная документация ЕАПВ
Запрос:	ea000032674b*\id
Результат:	ID\|Номер и дата охранного документа

больше ...

Термины запроса в документе

Реферат

[RU]

1. Антенна для приема данных с низколетящих спутников, содержащая антенное зеркало, установленное в фиксированном положении; облучатель, выполненный с возможностью перемещения; механизм позиционирования облучателя, выполненный с возможностью перемещения облучателя в фокальной плоскости антенного зеркала и имеющий главную и вспомогательную оси вращения; и устройство управления, выполненное с возможностью отправки управляющих сигналов механизму позиционирования облучателя, отличающаяся тем, что главная ось вращения механизма позиционирования облучателя проходит через центр антенного зеркала и перпендикулярна фокальной плоскости антенного зеркала, а вспомогательная ось вращения механизма позиционирования облучателя параллельна главной оси вращения; механизм позиционирования облучателя содержит равноплечую конструкцию, содержащую первое плечо и второе плечо, каждое из которых расположено в плоскости, перпендикулярной главной и вспомогательной осям вращения; причем первое плечо присоединено одним своим концом к главной оси вращения с возможностью поворота относительно нее; облучатель присоединен к концу второго плеча и первое плечо и второе плечо соединены друг с другом на вспомогательной оси вращения с возможностью поворота относительно друг друга, причем диаметр антенного зеркала составляет по меньшей мере 1,5 м и фокусное расстояние антенного зеркала составляет по меньшей мере 1,0 м.

2. Антенна по п.1, в которой антенное зеркало зафиксировано в горизонтальной плоскости относительно поверхности земли.

3. Антенна по п.1 или 2, в которой вспомогательная ось вращения механизма позиционирования облучателя находится в пределах антенного зеркала.

4. Антенна по любому из пп.1-3, в которой облучатель выполнен с возможностью криволинейного перемещения.

5. Антенна по любому из пп.1-4, также содержащая радиопрозрачное укрытие, установленное над антенным зеркалом и механизмом позиционирования облучателя.

6. Антенна по любому из пп.1-5, которая функционирует в Х-диапазоне частот.

7. Антенна по любому из пп.1-6, в которой механизм позиционирования облучателя содержит приводы, выполненные с возможностью приведения в движение частей механизма позиционирования облучателя.

8. Антенна по любому из пп.1-7, в которой устройство управления выполнено с возможностью осуществления управления механизмом позиционирования облучателя на основе заданных режимов управления.

9. Антенна по любому из пп.1-8, в которой диаметр антенного зеркала составляет 2,0 м и фокусное расстояние антенного зеркала составляет 1,4 м.

10. Способ приема данных антенной для приема данных с низколетящих спутников по п.1, согласно которому принимают сигнал о приближающемся спутнике посредством устройства управления, отправляют управляющие сигналы от устройства управления механизму позиционирования облучателя, перемещают облучатель посредством механизма позиционирования относительно антенного зеркала согласно управляющим сигналам, причем перемещение облучателя выполняют в течение по меньшей мере одного временного интервала, во время которого поворачивают первое плечо и/или второе плечо.

11. Способ по п.10, в котором управляющие сигналы обеспечивают перемещение облучателя на основе заданных режимов управления.

Полный текст патента

(57) Реферат / Формула:

4. Антенна по любому из пп.1-3, в которой облучатель выполнен с возможностью криволинейного перемещения.

6. Антенна по любому из пп.1-5, которая функционирует в Х-диапазоне частот.

Евразийское ои 032674 (13) В1
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ
(45) Дата публикации и выдачи патента (51) Int. Cl. H01Q 3/18 (2006.01)
2019.06.28
(21) Номер заявки 201892177
(22) Дата подачи заявки
2017.08.29
(54) АНТЕННА ДЛЯ ПРИЕМА ДАННЫХ С НИЗКОЛЕТЯЩИХ СПУТНИКОВ
(43) 2019.03.29
(86) PCT/RU2017/000627
(87) WO 2019/045585 2019.03.07 (71)(72)(73) Заявитель, изобретатель и патентовладелец:
ГЕРШЕНЗОН ВЛАДИМИР ЕВГЕНЬЕВИЧ (RU)
(74) Представитель:
Нилова М.И. (RU)
(56) US-B1-6204822 US-A-5751254
DUAN B.Y. ET AL.: "On design and experiment of the feed cable-suspended structure for super antenna", MECHATRONICS, PERGAMON PRESS, OXFORD, GB, vol. 19, no. 4, 1 June 2009 (2009-06-01), pages 503-509, XP026021277, ISSN: 0957-4158, DOI: 10.1016/J.MECHATRONICS.2008.11.018 [retrieved on 2009-01-21], abstract; figure 1
US-A-5714960
(57) Настоящее изобретение относится к антенной технике с подвижным облучателем. Предложена антенна для приема данных с низколетящих спутников, содержащая антенное зеркало, установленное в фиксированном положении, облучатель, выполненный с возможностью перемещения, механизм позиционирования облучателя, выполненный с возможностью перемещения облучателя в фокальной плоскости антенного зеркала и имеющий главную и вспомогательную оси вращения, и устройство управления, выполненное с возможностью отправки управляющих сигналов механизму позиционирования облучателя. Главная ось вращения механизма позиционирования облучателя проходит через центр антенного зеркала и перпендикулярна фокальной плоскости антенного зеркала, а вспомогательная ось вращения механизма позиционирования облучателя параллельна главной оси вращения. Механизм позиционирования облучателя содержит равноплечую конструкцию, содержащую первое плечо и второе плечо, каждое из которых расположено в плоскости, перпендикулярной главной и вспомогательной осям вращения. Первое плечо присоединено одним своим концом к главной оси вращения с возможностью поворота относительно нее, облучатель присоединен к концу второго плеча, первое плечо и второе плечо соединены друг с другом на вспомогательной оси вращения с возможностью поворота относительно друг друга. Диаметр антенного зеркала составляет по меньшей мере 1,5 м и фокусное расстояние антенного зеркала составляет по меньшей мере 1,0 м. Также предложен способ приема спутниковой связи посредством указанной антенны.
Область техники
Настоящее изобретение относится к антенной технике с подвижным облучателем и предназначено для приема информационных потоков съемки Земли из космоса с низколетящих спутников.
Уровень техники
В настоящее время существует большое разнообразие конструкций наземных спутниковых антенн. Зеркальные антенны представляют собой наиболее распространенным классом спутниковых антенн.
Широко используемой конструкцией механической или электромеханической антенны для приема сигналов со спутника является антенна с подвижным отражателем (антенным зеркалом). Однако такое решение требует сложного механизма, перемещающего всю конструкцию антенны.
Также существует возможность сканирования путем перемещения облучателя с неподвижно установленным антенным зеркалом. Данное решение позволяет упростить конструкцию антенны, сделать ее более мобильной и универсальной.
Например, из документа US 5751254 А известен механизм перемещения облучателя и система управления многолучевой антенны, осуществляющей слежение за спутниками с геостационарной орбиты. В данной антенне облучатели перемещаются в неплоской фокальной поверхности антенны спутниковой связи. Также предусмотрена возможность сопровождения спутника в некоторых пределах с помощью перемещения облучателя в неплоской фокальной поверхности антенны спутниковой связи по рельсовому пути.
Недостатком данной конструкции является то, что антенна содержит два отражателя и несколько облучателей, вследствие чего значительно утяжеляется ее конструкция. Также утяжеляет конструкцию каркас антенны, который несет функцию опорной конструкции для двух отражателей и являющийся средством для перемещения облучателей, кроме этого он сложен в сборке и установке. Также стоит отметить, что при применении нескольких облучателей в принимаемый сигнал могут быть включены шумы.
Также известна быстровозводимая и складная приемная спутниковая антенна параболоидного типа (CN 201838708 U), состоящая из антенного зеркала, узла настройки источника облучения и их опорных и регулирующих механизмов. Данная антенна компактна, практична, удобна для переноски и применима в полевых условиях.
Однако данная антенна не предусматривает автоматической перенастройки положения облучателя или антенного зеркала, что в случае необходимости перенаправить антенну в какое-либо другое положение требует выезда на место установки специалиста. Кроме этого, подвижность облучателя не позволяет в полной мере задействовать всю возможную поверхность раскрыва антенного зеркала.
Часть указанных недостатков было решено в антенной системе (US 6204822 В1) для осуществления связи между наземной станцией и спутником. Данная антенная система применяется для осуществления связи с низко- и среднеорбитальными спутниками и представляет собой систему широкополосной спутниковой связи для работы в сантиметровых и миллиметровых диапазонах длин волн. Указанная антенная система содержит одно или несколько сферических антенных зеркал, представляющих собой усеченные сферические поверхности, и взаимодействующие с ними подвижные облучатели, осуществляющие механическое сканирование. Функционирование облучателя осуществляется за счет двухосного позиционирующего механизма.
Недостатком данной антенны является то, что оси механизма позиционирования располагаются в нескольких плоскостях относительно плоскости зеркала, вследствие чего при перемещении облучателя возрастает сложность управления механизмом позиционирования, и, таким образом, возрастает вероятность возникновении ошибок при сканировании. Кроме этого, в случае использования одной антенны обеспечивается сканирование только узкого участка траектории спутника в течение непродолжительного времени, так как форма зеркала антенны, представляющего собой сферическое зеркало, характеризуется большой высотой, а конструкция механизма позиционирования производит неполное облучение поверхности сферического зеркала. В случае использования нескольких антенных зеркал утяжеляется контракция и усложняется установка антенной системы.
Для приема высокоскоростных информационных потоков съемки Земли из космоса с низколетящих спутников наиболее подходящими считаются длиннофокусные зеркала за счет широкого раскрыва антенны. Но они требуют более точного расчета и настройки облучателя. Облучатель с возможностью перемещения позволяет решить эту задачу. Однако среди известных конструкций антенн с подвижным облучателем нет механизма позиционирования облучателя, необходимого для взаимодействия с длиннофокусным зеркалом, обеспечивающего высокое качество информации, принимаемой из космоса. Кроме этого, в настоящее время весьма актуально обеспечить технологичность конструкции антенны, легкость ее возведения, не требующего выезда на место специалиста.
Таким образом, имеется необходимость в создании такой конструкции, которая сочетала бы в себе простоту сборки, установки и обслуживание с высокой функциональностью, позволяющей отслеживать и принимать сигналы в автономном режиме с низколетящих спутников, которые часто используются в настоящее время, например, при экологическом мониторинге и мониторинге состояния инфраструктуры.
Вследствие вышеизложенного задачей настоящего изобретения является создание легко возводя
щейся антенны для приема данных с низколетящих спутников конструкции, позволяющей осуществлять прием сигнала с максимально широкого участка траектории спутника в автономном режиме.
Раскрытие сущности изобретения
Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что антенна для приема данных с низколетящих спутников содержит антенное зеркало, установленное в фиксированном положении, облучатель, выполненный с возможностью перемещения, а также механизм позиционирования облучателя, выполненный с возможностью перемещения облучателя в фокальной плоскости антенного зеркала. Механизм позиционирования имеет главную и вспомогательную оси вращения. Также антенна содержит устройство управления, выполненное с возможностью отправки управляющих сигналов механизму позиционирования облучателя. Главная ось вращения механизма позиционирования облучателя проходит через центр антенного зеркала и перпендикулярна фокальной плоскости антенного зеркала, а вспомогательная ось вращения механизма позиционирования облучателя параллельна главной оси вращения. Механизм позиционирования облучателя содержит равноплечую конструкцию, содержащую первое плечо и второе плечо, каждое которых расположено в плоскости, перпендикулярной главной и вспомогательным осям вращения, при этом первое плечо присоединено одним своим концом к главной оси вращения с возможностью поворота относительно нее, облучатель присоединен к концу второго плеча, а первое плечо и второе плечо соединены друг с другом на вспомогательной оси вращения с возможностью поворота относительно друг друга. Диаметр антенного зеркала по меньшей мере 1,5 м и фокусное расстояние антенного зеркала по меньшей мере 1,0 м.
Такое решение настоящего изобретения обеспечивает технический результат в виде возможности создания технологичной, легко возводимой конструкции, обеспечивающей высокое качество информации, принимаемой из космоса длиннофокусной антенной. Кроме того, предлагаемое изобретение обеспечивает расширение арсенала конструкций для антенных систем.
Указанный технический результат достигается благодаря конфигурации предлагаемой антенне для приема данных с низколетящих спутников, в которой главная ось вращения механизма позиционирования облучателя проходит через центр антенного зеркала и перпендикулярна фокальной плоскости антенного зеркала, вспомогательная ось вращения механизма позиционирования облучателя параллельна главной оси вращения, а механизм позиционирования облучателя содержит равноплечую конструкцию, каждое из плеч которой расположено в плоскости, перпендикулярной главной и вспомогательным осям вращения, при этом первое плечо присоединено одним своим концом к главной оси вращения с возможностью поворота относительно нее, облучатель присоединен к концу второго плеча, причем первое плечо и второе плечо соединены друг с другом на вспомогательной оси вращения с возможностью поворота относительно друг друга, и диаметр антенного зеркала по меньшей мере 1,5 м и фокусное расстояние антенного зеркала по меньшей мере 1,0 м.
Как известно специалисту из данного уровня техники, для качественного приема/передачи информации, перемещающийся облучатель должен находиться в фокальной плоскости антенного зеркала. Фокальная плоскость длиннофокусного зеркала с широким раскрывом, по большей своей части, параллельна плоскости антенны, т.е. плоскости, характеризующей конфигурацию антенны. За счет того, что главная ось вращения механизма позиционирования облучателя проходит через центр антенного зеркала и перпендикулярна фокальной плоскости антенного зеркала, а вспомогательная ось вращения параллельна ей, и благодаря тому, что плечи механизма позиционирования расположены в плоскости, перпендикулярной главной и вспомогательным осям вращения, механизм позиционирования имеет возможность перемещать облучатель в фокальной плоскости.
Кроме того, благодаря предложенному расположению главной и вспомогательной осей вращения и равноплечей конструкции, где первое плечо присоединено одним своим концом к главной оси вращения с возможностью поворота относительно нее, облучатель присоединен к концу второго плеча, причем первое плечо и второе плечо выполнены с возможностью поворота относительно друг друга в месте их соединения, находящемся на вспомогательной оси вращения, обеспечивается возможность того, что облучатель может находиться как в фокусе, так и в любой точке фокальной плоскости, таким образом, данная конструкция позволяет использовать всю плоскость антенного зеркала, исключая возможность появления мертвых зон, что обеспечивает высокое качество информации, принимаемой из космоса длиннофокусной антенной
Оптимальным решением для габаритных размеров антенны является диаметр антенного зеркала величиной по меньшей мере 1,5 м и фокусное расстояние антенного зеркала величиной по меньшей мере 1,0 м. Предложенные размеры позволяют принимать высокоскоростные информационные потоки съемки с низколетящих спутников с обеспечением легкости антенны и возможности ее простой транспортировки.
Также предложенная антенна проста в исполнении за счет антенного зеркала, устанавливающегося в фиксированном положении (неподвижно относительно Земли), т.е. в составе антенны нет механизма позиционирования антенного зеркала, что исключает большое количества деталей, а также облегчает конструкцию и обеспечивает удобство при транспортировке антенны. Кроме этого антенна легко возводится на любой поверхности.
Немаловажно и то, что перемещение облучателя обеспечивается за счет устройства управления, выполненного с возможностью отправки управляющих сигналов механизму позиционирования облучателя. Устройство управления позволяет точного направить облучатель в нужную позицию в фокальной плоскости, также, перемещая облучатель, отслеживать максимально возможный участок траектории спутника. Возможность автономного функционирования облучателя позволяет облегчить обслуживание антенны, не требуя дополнительного выезда на место специалиста.
Согласно одному из вариантов реализации антенное зеркало зафиксировано в горизонтальной плоскости относительно поверхности земли. Предложенное расположение антенного зеркала упрощает установку, способствует надежности и долговечности конструкции за счет равномерного распределения сил, действующих на нее. Кроме этого горизонтальное положение антенного зеркала позволяет масштабировать (увеличивать) ее диаметр без существенного увеличения веса узла крепления антенны и экономических затрат на ее комплектующие. Предлагаемое решение направлено на максимальную эффективность использования поверхности зеркала.
Согласно еще одному из вариантов реализации вспомогательная ось вращения механизма позиционирования облучателя находится в пределах антенного зеркала. Плечи механизма позиционирования, сцепляющееся в месте, находящемся на вспомогательной оси вращения, обеспечивают доступность облучателя в любую необходимую точку фокальной плоскости. Расположение вспомогательной оси вращения за пределами антенного зеркала нецелесообразно. Кроме этого, расположение упомянутой оси в пределах антенного зеркала способствует уменьшению металлоемкости равноплечей конструкции механизма позиционирования, и как следствие, облечению конструкции.
Согласно еще одному из вариантов реализации облучатель выполнен с возможностью криволинейного перемещения. Конструкция механизма позиционирования позволяет перемещать облучатель в любую точку фокальной плоскости различным образом, в том числе посредством криволинейного перемещения, причем криволинейное перемещение облучателя способствует достижению наилучшей его траектории.
Согласно еще одному из вариантов реализации антенна содержит радиопрозрачное укрытие, установленное над антенным зеркалом и механизмом позиционирования облучателя. Такое укрытие защищает механико-электрическую часть антенны от атмосферных осадков, таких как дожди, которые сильно влияют на качество приема данных. Кроме этого, радиопрозрачное укрытие может являться частью опорной конструкции механизма позиционирования облучателя.
Согласно еще одному из вариантов реализации антенна функционирует в Х-диапазоне частот. Х-диапазон позволяет осуществлять прием данных с низколетящих спутников. Кроме этого, антенны, работающие в Х-диапазоне, более чувствительны к туману и облакам и могут использоваться для обнаружения снежных осадков и зон неинтенсивного дождя. Также антенны на основе предложенного диапазона частот легко изготовить небольших размеров, облегчающих транспортировку, что упрощает их использование.
Согласно еще одному из вариантов реализации механизм позиционирования облучателя содержит приводы, выполненные с возможностью приведения в движения частей механизма позиционирования облучателя. Данное решение позволяет приводить в движение плечи механизма позиционирования облучателя, и как следствие, облучатель.
Согласно еще одному из вариантов реализации устройство управления выполнено с возможностью осуществления управлением механизмом позиционирования облучателя на основе заданных режимов управления. Зная время и траекторию движения спутника, попадающей в область приема антенны, возможно заранее задать траекторию движения облучателя в фокальной плоскости. Таким образом, механизм позиционирования облучателя на основе заданных режимов управления автоматизирует конструкцию.
Предпочтительно диаметр антенного зеркала составляет 2,0 м и фокусное расстояние антенного зеркала составляет 1,4 м. Предложенные размеры позволяют принимать высокоскоростные информационные потоки съемки с низколетящих спутников с сохранением легкости антенны и возможности ее простой транспортировки.
Также предложен способ приема данных антенной посредством указанной антенны, принимающей данные с низколетящих спутников, согласно которому принимают сигнал о приближающемся спутнике посредством устройства управления, отправляют управляющие сигналы от устройства управления механизму позиционирования облучателя, перемещают облучатель посредством механизма позиционирования относительно антенного зеркала согласно управляющим сигналам. Перемещение облучателя выполняют в течение по меньшей мере одного временного интервала, во время которого поворачивают первое плечо и/или второе плечо.
Технический результат предложенного способа заключается в увеличении зоны охвата при сканировании антенной, одновременно обеспечивая высокую точность принимаемых данных со спутника.
Согласно одному из вариантов реализации управляющие сигналы обеспечивают перемещение облучателя посредством механизма позиционирования на основе заданных режимов управления.
Таким образом, предлагаемая конструкция антенны позволяет принимать сигнал с максимально
широкого участка траектории спутника благодаря использованию длиннофокусного антенного зеркала и, перемещающегося относительно его, облучателя. Предложенная конструкция механизма позиционирования обеспечивает стабильное и устойчивое перемещение облучателя в фокальной плоскости, что позволяет принимать высокоскоростные информационные потоки съемки Земли высокого пространственного разрешения с низколетящих спутников. Причем разработанная антенна отвечает всем требованиям по надежности и долговечности ее конструкции, является технологичной и простой в установке.
Краткое описание чертежей Сущность изобретения более подробно поясняется со ссылкой на прилагаемые чертежи: на фиг. 1 схематично показана конструкция антенны согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения;
на фиг. 2 показана антенна с радиопрозрачным укрытием согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения;
на фиг. 3 проиллюстрирован пример принятого антенной изображения с действующего спутника дистанционного зондирования Земли.
Подробное описание
Предлагаемая антенна для приема данных с низколетящих спутников представляет собой длиннофокусное антенное зеркало с подвижным облучателем.
Антенна для приема данных с низколетящих спутников (фиг. 1) содержит антенное зеркало 1, установленное в фиксированном положении, выполненное в форме параболоида с широким раскрывом (длиннофокусное антенное зеркало). Также антенна содержит облучатель 2, выполненный с возможностью перемещения, а также механизм 3 позиционирования облучателя 2, выполненный с возможностью перемещения облучателя 2 в фокальной плоскости 4 антенного зеркала 1. При этом облучатель 2 не имеет в своей конструкции контррефлектора, как в известных решениях, что уменьшает затенение поверхности антенного зеркала 1. Также антенна содержит устройство управления (не показано), выполненное с возможностью отправки управляющих сигналов механизму позиционирования облучателя. Антенное зеркало 1 в данном варианте реализации представляет собой параболическое зеркало и устанавливается на некоторую поверхность с помощью ножек 5, которые являются частью опорной конструкции для антенны. Также к опорной конструкции относится каркас 6 (фиг. 2), удерживающий механизм 3 позиционирования облучателя 2.
В других вариантах реализации антенное зеркало может иметь видоизмененную форму и может быть установлено в фиксированном положении другим образом, например, посредством его подвешивания или закрепления на опоре.
Параболоидные зеркала различаются, в частности, по величине отношения фокусного расстояния к диаметру раскрыва (f/D). К длиннофокусным относятся антенны с отношением f/D больше 0,5, а к короткофокусным - с отношением f/D менее 0,3. Фокусное расстояние, в свою очередь, связано с глубиной зеркала - чем ближе фокус, тем оно глубже. Глубина зеркала заметно влияет на электрические параметры антенны. Мелкие зеркала облучаются более равномерно, чем глубокие, что позволяет получить более высокий коэффициент усиления.
Технический результат в виде технологичной, легко возводимой конструкции, обеспечивающей высокое качество информации, принимаемой из космоса длиннофокусной антенной, достигается благодаря тому, что механизм 3 позиционирования имеет главную ось 7 и вспомогательную ось 8 вращения, такие что главная ось 7 вращения механизма 3 позиционирования облучателя 2 проходит через центр антенного зеркала 1 и перпендикулярна фокальной плоскости антенного зеркала 1, а вспомогательная ось 8 вращения механизма 3 позиционирования облучателя 2 параллельна главной оси 7 вращения.
Также технический результат достигается за счет того, что механизм 3 позиционирования облучателя 2 содержит равноплечую конструкцию 9, каждое из плеч которой расположено в плоскости, перпендикулярной главной 7 и вспомогательной 8 осям вращения. При этом первое плечо 11 присоединено одним своим концом к главной оси 7 вращения с возможностью поворота относительно нее, облучатель 2 присоединен к концу второго плеча 12, причем первое плечо 11 и второе плечо 12 выполнены с возможностью поворота относительно друг друга в месте их соединения, находящемся на вспомогательной оси 8 вращения. При этом диаметр антенного зеркала 1 составляет по меньшей мере 1,5 м и фокусное расстояние антенного зеркала 1 составляет по меньшей мере 1,0 м.
Фокальная плоскость длиннофокусного зеркала с широким раскрывом, по большей своей части, параллельна плоскости антенны. За счет того, что главная ось 7 вращения механизма 3 позиционирования облучателя 2 проходит через центр антенного зеркала 1 и перпендикулярна фокальной плоскости 4 антенного зеркала 1, а вспомогательная ось 8 вращения параллельна ей и благодаря тому, что плечи 11, 12 механизма 3 позиционирования расположены в плоскости, перпендикулярной главной и вспомогательным осям 7, 8 вращения, механизм 3 позиционирования имеет возможность перемещать облучатель 2 в фокальной плоскости 4.
Кроме того, благодаря предложенному расположению главной и вспомогательной осей 7, 8 вращения и равноплечей конструкции, где первое плечо 11 присоединено одним своим концом к главной оси 7 вращения с возможностью поворота относительно нее, облучатель 2 присоединен к концу второго плеча
12, причем первое плечо 11 и второе плечо 12 выполнены с возможностью поворота относительно друг друга в месте их соединения, находящемся на вспомогательной оси 8 вращения, обеспечивается возможность того, что облучатель 2 может находиться как в фокусе, так и в любой точке фокальной плоскости 4, таким образом, данная конструкция позволяет использовать всю плоскость антенного зеркала, исключая возможность появления мертвых зон, что обеспечивает высокое качество информации, принимаемой из космоса длиннофокусной антенной.
Оптимальным решением для габаритных размеров антенны является по меньшей мере 1,5 м для диаметра антенного зеркала и по меньшей мере 1,0 м для фокусного расстояния антенного зеркала 1,0 м. Данные параметры ориентированы на наименьшие потери облучения антенного зеркала, и позволяют принимать высокоскоростные информационные потоки съемки с низколетящих спутников. Кроме этого, такие габариты антенны делают ее легкой и легко транспортируемой.
Немаловажно то, что перемещение облучателя обеспечивается за счет устройства управления (не показано), выполненного с возможностью отправки управляющих сигналов механизму 3 позиционирования облучателя 4. Устройство управления позволяет точного направлять облучатель 4 в нужную позицию в фокальной плоскости 4, а также перемещая облучатель 2, отслеживать максимально возможный участок траектории спутника. Возможность автономного функционирования облучателя 4 позволяет облегчить обслуживание антенны, не требуя дополнительного выезда на место специалиста.
Также предложенная антенна проста в исполнении за счет антенного зеркала, устанавливающегося в фиксированном положении (неподвижно относительно Земли), т.е. в составе антенны нет механизма позиционирования антенного зеркала, что исключает большое количества деталей, а также облегчает конструкцию и обеспечивает удобство при транспортировке антенны. Кроме этого антенна легко возводится на любой поверхности.
Предпочтительным вариантом ориентации антенного зеркала 1 будет его закрепление в горизонтальной плоскости относительно поверхности земли. Предложенное расположение антенного зеркала 1 упрощает установку, способствует надежности и долговечности конструкции за счет равномерного распределения сил, действующих на нее. Кроме этого горизонтальное положение антенного зеркала 1 позволяет масштабировать (например, увеличивать) ее диаметр без существенного увеличения веса узла крепления антенны и экономических затрат на ее комплектующие. Предлагаемое решение направлено на максимальную эффективность использования поверхности зеркала.
Также важной особенностью изобретения является расположение вспомогательной оси 8 вращения механизма позиционирования облучателя в пределах антенного зеркала 1. Плечи 11, 12 механизма 3 позиционирования, соединенные в месте, находящемся на вспомогательной оси 8 вращения, обеспечивают доступность облучателя 4 в любую необходимую точку фокальной плоскости. Расположение вспомогательной оси 8 вращения за пределами антенного зеркала 1 нецелесообразно. Кроме этого, расположение упомянутой оси в пределах антенного зеркала 1 способствует уменьшению металлоемкости равноплечей конструкции 9 механизма 3 позиционирования, и как следствие, облечению конструкции.
Также возможно выполнения облучателя с обеспечением его прямолинейного и/или криволинейного перемещения. Конструкция механизма позиционирования позволяет перемещать облучатель 2 в любую точку фокальной плоскости 4. Криволинейное перемещение облучателя 2 способствует достижению наилучшей его траектории.
Для защиты механико-электрической части антенны от атмосферных осадков, которые сильно влияют на качество приема, в некоторых вариантах реализации применяется радиопрозрачное укрытие 13 над антенным зеркалом 1 и механизмом 3 позиционирования облучателя 2. Кроме этого, радиопрозрачное укрытие 13 может являться частью опорной конструкции механизма позиционирования облучателя. Предпочтительным вариантом использования данного является пластик или плексиглас с наименьшими потерями в X-диапазоне.
Наиболее подходящим диапазоном частот, позволяющим осуществлять прием данных с низколетящих спутников, является Х-диапазон. Антенны, работающие в Х-диапазоне, более чувствительны к туману и облакам, могут использоваться для обнаружения снежных осадков и зон неинтенсивного дождя. Также антенны на основе предложенного диапазона частот легко сделать небольших размеров, облегчающих транспортировку, что упрощает их использование.
Для приведения в движение механизма позиционирования, и, как следствие, облучателя, возможно использовать приводы в местах соединения равноплечей конструкции, находящиеся на главной и вспомогательной осях. Данное решение делает возможным движение плеч механизма позиционирования как одновременно, так и каждое плечо в отдельности, что позволяет привести облучатель в точно рассчитанное положение.
Также допускается вариант реализации, когда устройство управления выполнено с возможностью осуществления управлением механизмом позиционирования облучателя на основе заданных режимов управления. Зная время и траекторию движения спутника, попадающего в область приема антенны, возможно заранее задать траекторию движения облучателя в фокальной плоскости. Таким образом, механизм позиционирования облучателя на основе заданных режимов управления автоматизирует конструкцию.
Прием данных антенной с низколетящих спутников может быть выполнен следующим образом. Если антенна предварительно не установлена, ее доставляют к месту установки и располагают антенное зеркало 1 так, чтобы обеспечить возможность захвата траектории требуемого спутника. Далее устанавливают каркас 6 антенны, после чего фиксируют на нем механизм 3 позиционирования и облучатель 2. При приближении спутников сигнал о приближающемся спутнике принимают посредством устройства управления (не показано), после чего отправляют управляющие сигналы от устройства управления механизму 3 позиционирования облучателя 2. Далее перемещают облучатель 2 посредством механизма 3 позиционирования относительно антенного зеркала 1 согласно управляющим сигналам. Перемещение облучателя 2 выполняют в течение по меньшей мере одного временного интервала, во время которого поворачивают первое плечо 11 и/или второе плечо 12, так что может быть обеспечено прямолинейное и/или криволинейное перемещение облучателя.
Предложенный способ приема данных антенной позволяет обеспечить технический результат в виде увеличения зоны охвата при сканировании антенной, одновременно обеспечивая высокую точность принимаемых данных со спутника.
Также возможно, что управляющие сигналы обеспечивают перемещение облучателя посредством механизма позиционирования на основе заданных режимов управления. Например, перемещение облучателя в данном случае выполняют в определенное время посредством поворота первого плеча и второго плеча одновременно или последовательно любым необходимым образом для расположения облучателя в необходимых положениях.
В предпочтительном варианте исполнения антенны для приема данных с низколетящих спутников должны иметь длиннофокусные зеркала с отношением f/D, равным или больше значения 0,6. Такая конфигурация позволяет ограничиться параллельным движением облучателя в фокальной плоскости зеркала для управления сканированием луча, тем самым максимально упростив кинематическую схему. Под такие параметры наилучшим образом подходит антенное зеркало, имеющее диаметр 2 м, фокусное расстояние 1,4 м, кроме того, радиус зоны вращения облучателя Х-диапазона длин волн составляет до 0,5 м. Такие параметры антенны позволяют осуществлять слежение за низколетящими спутниками (порядка 600-650 км над поверхностью Земли) на протяжении короткого зенитного участка траектории (порядка 30 сек, что соответствует длине трека порядка 200 км) с целью приема высокоскоростных (до 500 Мбит/с) информационных потоков съемки Земли из космоса, предоставляющих изображения Земли с пространственным разрешением до 1 м и лучше. Антенна в предложенном варианте исполнения, обслуживает локальную зону, радиус которой 100-150 км от точки установки. При такой конфигурации антенны обеспечены оптимальные параметры приема данных с сохранением компактных размеров антенны.
Необходимо отметить, что возможными областями применения настоящего изобретения являются использование его при чрезвычайных ситуациях, в образовательных программах, экологическом мониторинге, прогнозе погоды на локальном уровне (отдельного региона), в лесном, сельском хозяйстве, мониторинге состояния инфраструктуры (здания, дороги, нефтегазопроводы и т.п.), логистические сервисы
и др.
В качестве подтверждения функционирования антенны на фиг. 3 приведено изображение, принятое со спутника Terra 7 декабря 2016 г. в г. Москве посредством антенны для приема данных согласно настоящему изобретению.
Таким образом, предлагаемая конструкция антенны позволяет принимать сигналы с максимально широкого участка траектории спутника благодаря использованию длиннофокусного антенного зеркала и перемещающегося относительно него облучателя. Предложенная конструкция механизма позиционирования обеспечивает стабильное и устойчивое перемещение облучателя в фокальной плоскости, что позволяет принимать высокоскоростные информационные потоки съемки Земли высокого пространственного разрешения с низколетящих спутников. Разработанная антенна отвечает всем требованиям по надежности и долговечности ее конструкции, является технологичной и простой в установке.
Настоящее изобретение не ограничено конкретными вариантами реализации, раскрытыми в описании в иллюстративных целях, и охватывает все возможные модификации и альтернативы, входящие в объем настоящего изобретения, определенный формулой изобретения.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Антенна для приема данных с низколетящих спутников, содержащая антенное зеркало, установленное в фиксированном положении; облучатель, выполненный с возможностью перемещения;
механизм позиционирования облучателя, выполненный с возможностью перемещения облучателя в фокальной плоскости антенного зеркала и имеющий главную и вспомогательную оси вращения; и
устройство управления, выполненное с возможностью отправки управляющих сигналов механизму позиционирования облучателя,
отличающаяся тем, что
главная ось вращения механизма позиционирования облучателя проходит через центр антенного
зеркала и перпендикулярна фокальной плоскости антенного зеркала, а вспомогательная ось вращения механизма позиционирования облучателя параллельна главной оси вращения;
механизм позиционирования облучателя содержит равноплечую конструкцию, содержащую первое плечо и второе плечо, каждое из которых расположено в плоскости, перпендикулярной главной и вспомогательной осям вращения;
причем первое плечо присоединено одним своим концом к главной оси вращения с возможностью поворота относительно нее;
облучатель присоединен к концу второго плеча и
первое плечо и второе плечо соединены друг с другом на вспомогательной оси вращения с возможностью поворота относительно друг друга,
причем диаметр антенного зеркала составляет по меньшей мере 1,5 м и фокусное расстояние антенного зеркала составляет по меньшей мере 1,0 м.
2. Антенна по п.1, в которой антенное зеркало зафиксировано в горизонтальной плоскости относительно поверхности земли.
3. Антенна по п.1 или 2, в которой вспомогательная ось вращения механизма позиционирования облучателя находится в пределах антенного зеркала.
4. Антенна по любому из пп.1-3, в которой облучатель выполнен с возможностью криволинейного перемещения.
5. Антенна по любому из пп.1-4, также содержащая радиопрозрачное укрытие, установленное над антенным зеркалом и механизмом позиционирования облучателя.
6. Антенна по любому из пп.1-5, которая функционирует в Х-диапазоне частот.
7. Антенна по любому из пп.1-6, в которой механизм позиционирования облучателя содержит приводы, выполненные с возможностью приведения в движение частей механизма позиционирования облучателя.
8. Антенна по любому из пп.1-7, в которой устройство управления выполнено с возможностью осуществления управления механизмом позиционирования облучателя на основе заданных режимов управления.
9. Антенна по любому из пп.1-8, в которой диаметр антенного зеркала составляет 2,0 м и фокусное расстояние антенного зеркала составляет 1,4 м.
10. Способ приема данных антенной для приема данных с низколетящих спутников по п.1, согласно которому
принимают сигнал о приближающемся спутнике посредством устройства управления, отправляют управляющие сигналы от устройства управления механизму позиционирования облучателя,
перемещают облучатель посредством механизма позиционирования относительно антенного зеркала согласно управляющим сигналам,
причем перемещение облучателя выполняют в течение по меньшей мере одного временного интервала, во время которого поворачивают первое плечо и/или второе плечо.
11. Способ по п.10, в котором управляющие сигналы обеспечивают перемещение облучателя на основе заданных режимов управления.
11.
Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2
032674
- 1 -
032674
- 1 -
032674
- 1 -
032674
- 1 -
032674
- 8 -
032674
- 9 -