RU2848440C2 - Антенные системы, содержащие устройство связи, антенну с двумя отражателями и линзу с градиентом показателя преломления - Google Patents

Abstract

Использование: для создания антенных систем. Сущность изобретения заключается в том, что антенная система содержит устройство связи, антенну с двумя отражателями, линзу с градиентом показателя преломления (GRIN-линзу), при этом антенна выполнена с возможностью передачи первичных плоских электромагнитных волн GRIN-линзе, причем GRIN-линза выполнена с возможностью преобразования передаваемых первичных плоских электромагнитных волн в гауссовский луч излучения, антенна с двумя отражателями выполнена с возможностью преобразования гауссовского луча излучения во вторичные плоские электромагнитные волны и передачи вторичных плоских электромагнитных волн за пределы антенной системы, а устройство связи выполнено с возможностью изменения направления распространения передаваемых вторичных плоских электромагнитных волн посредством изменения направления распространения передаваемых первичных плоских электромагнитных волн. Технический результат - обеспечение возможности создания антенной системы, способной работать в условиях воздействий окружающей среды на антенную систему, чтобы поддерживать достаточный коэффициент усиления антенной системы. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 17 ил.

Description

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к антенным системам, содержащим устройство связи и антенну с двумя отражателями.

Уровень техники

Настоящее изобретение относится к области антенных систем. Такая антенная система может содержать устройство связи и антенну с двумя отражателями для передачи и/или приема электромагнитных волн. Антенна с двумя отражателями может представлять собой антенну, содержащую два отражателя для передачи и/или приема электромагнитных волн.

Раскрытие сущности изобретения

Авторами выдвинуты следующие соображения:

В настоящее время связь в диапазоне миллиметровых волн, связь в терагерцовом диапазоне и оптическая беспроводная связь имеют схожие мотивы для предъявления сложных требований к новому поколению антенн с отражателями, которые можно охарактеризовать очень высоким коэффициентом усиления, исключительно острым лучом и возможностью управления лучом.

На миллиметровых волнах (MMW) в E-диапазоне и в D-диапазоне транзитные радиолинии, длина которых превышает один километр, могут потребовать коэффициентов усиления антенны более 50 дБи (децибел относительно изотропного излучателя), такие линии должны соответствовать энергетическому потенциалу имеющих большую дальность линий связи прямой видимости, устойчивых к любым атмосферным условиям; соответствующие антенны с шириной луча меньше половины градуса могут нуждаться в очень аккуратном и точном монтаже. Более того, этот класс параболических антенн (т.н. «тарелок») большого диаметра подвержен большим ветровым нагрузкам, и, в случае установки таких антенн на высоких башнях или мачтах, на их наведение могут оказывать нежелательное воздействие отклонения, раскачивание и вибрации опорных конструкций. Если рассмотреть типичный случай транзитной антенны E-диапазона, работающей на частотах от 71 до 86 ГГц, с диаметром отражателя («тарелки») 2 фута (660 мм), иными словами около 170 длин волн, и эквивалентный случай антенны D-диапазона, работающей на частотах от 130 до 175 ГГц, с номинальным диаметром отражателя 1 фут, обе антенны могут иметь коэффициент усиления более 50 дБи при ширине луча меньше 0.4 градуса, так что один градус отклонения опорной конструкции может сбить ориентацию антенны и снизить ее коэффициент усиления до 40 дБи.

В свете изложенного выше, настоящее изобретение нацелено на создание антенной системы, которая может работать в условиях воздействий окружающей среды на антенную систему, где такие воздействия окружающей среды вызывают отклонения, раскачивание и вибрации антенной системы. Целью изобретения может быть создание антенной системы, способной работать в условиях воздействий окружающей среды на антенную систему, чтобы поддерживать достаточный коэффициент усиления антенной системы.

Эти и другие цели достигаются посредством технического решения настоящего изобретения, как оно описано в независимых пунктах формулы изобретения. Преимущественные варианты реализации дополнительно определены в зависимых пунктах формулы изобретения.

Первый аспект настоящего изобретения предлагает антенную систему, содержащую: устройство связи; антенну с двумя отражателями; и линзу с градиентом показателя преломления (далее - градиентную линзу) (gradient-index lens (GRIN lens)). Устройство связи выполнено с возможностью передачи первичных плоских электромагнитных волн GRIN-линзе, причем GRIN-линза выполнена с возможностью преобразования переданных первичных плоских электромагнитных волн в гауссовский луч излучения (луч с гауссовским распределение напряженности электрического поля). Антенна с двумя отражателями выполнена с возможностью преобразования гауссовского луча излучения во вторичные плоские электромагнитные волны и передачи вторичных плоских электромагнитных волн за пределы антенной системы. Устройство связи выполнено с возможностью изменения направления распространения передаваемых вторичных плоских электромагнитных волн посредством изменения направления распространения передаваемых первичных плоских электромагнитных волн.

Другими словами, первый аспект предлагает использование антенны с двумя отражателями и GRIN-линзы в дополнение к устройству связи для передачи вторичных плоских электромагнитных волн, причем направление распространения передаваемых вторичных плоских электромагнитных волн может быть изменено посредством изменения направления распространения передаваемых первичных плоских электромагнитных волн.

Иными словами, устройство связи может быть выполнено с возможностью осуществления управления лучом вторичных плоских электромагнитных волн посредством изменения направления распространения первичных плоских электромагнитных волн. Изменение направления распространения первичных плоских электромагнитных волн может называться управлением лучом первичных плоских электромагнитных волн. Изменение направления распространения вторичных плоских электромагнитных волн или осуществление управления лучом вторичных плоских электромагнитных волн соответствует наведению или содержит наведение (изменение наведения) антенного луча, который может быть передан (например, в виде вторичных плоских электромагнитных волн) посредством антенной системы в пространство вне этой антенной системы. В качестве синонима термина «управление лучом» может быть использован термин «сканирование лучом».

Поэтому, предлагаемая антенная система позволяет компенсировать влияние отклонений, раскачивания и/или вибраций (например, из-за сильного ветра) на эту антенную систему, например, на наведение таких антенных систем. А именно, такая антенная система выполнена с возможностью изменения направления распространения вторичных плоских электромагнитных волны и, таким образом, наведения заново такой антенной системы (т.е. луча антенны этой антенной системы). В результате, можно уменьшить нежелательное воздействие отклонений, раскачивания и вибраций или полностью устранить такое воздействие на коэффициент усиления антенной системы, так что коэффициент усиления антенной системы может быть устойчивым к воздействию на антенную систему внешней среды, которые приводят к отклонениям, раскачиваниям и/или вибрациям антенной системы.

Как указано выше, антенная система согласно первому аспекту позволяет осуществлять полное управление лучом антенны (например, управление лучом вторичных плоских электромагнитных волны в пределах некого углового сектора (например, ограниченного углового сектора)). Этот угловой сектор может быть, например, ±1,5 градуса (±1,5°). Это позволяет использовать такую антенную систему для сервисов радиосвязи. В дополнение к этому или в качестве альтернативы, такая антенная система может быть использована для наземных станций спутниковых телекоммуникационных систем и/или для антенн радиотелескопов (например, больших антенн радиотелескопов). Такая антенная система позволяет поддерживать снижение коэффициента усиления и другие проявления деградации диаграмм направленности излучения, обусловленные управлением лучом, настолько малыми, насколько это возможно. Например, антенная система может иметь снижение коэффициента усиления не более 1.5 дБ (≤ 1,5 дБ). Такая антенная система может удовлетворять требованиям стандарта ETSI Class 4, т.е. она может представлять собой антенную систему согласно требованиям ETSI Class 4, как описано в Европейском нормативном документе ETSI EN 302 217-4.

Использование антенны с двумя отражателями в сочетании с GRIN-линзой позволяет изменять направление распространения передаваемых вторичных плоских электромагнитных волн и, таким образом, направление наведения (повторного наведения) антенного луча, который может быть передан такой антенной системой, путем изменения направления распространения передаваемых первичных плоских электромагнитных волн. Поэтому, антенная система согласно первому аспекту не нуждается в перемещении линзы с двумя отражателями, GRIN-линзы и/или устройства связи (например, в изменении положения и/или ориентации линзы с двумя отражателями, GRIN-линзы и/или устройства связи). В результате, нет необходимости в средствах для перемещения механических компонентов антенны (например, в одном или нескольких двигателях). Другими словами, антенна с двумя отражателями, GRIN-линза и устройство связи могут оставаться неподвижными в соответствующем месте установки (т.е. не двигаться). Это имеет то преимущество, что здесь отсутствует износ или деградации из-за перемещения механических компонентов, и, таким образом, отсутствует риск выхода антенной системы из строя из-за такого износа или деградации. В дополнение к этому, перемещение линзы с двумя отражателями, GRIN-линзы и/или устройства связи для повторного наведения может ограничить скорость повторного наведения при управлении антенным лучом. Таким образом, антенная система согласно первому аспекту может достигать высоких скоростей повторного наведения при управлении антенным лучом (т.е. при изменении направления вторичных плоских электромагнитных волн). В результате, такая антенная система может быть выполнена с возможностью отслеживания с высокой скоростью сигнала маяка СВЧ-диапазона посредством простого конического сканирования антенным лучом. Поскольку здесь не нужны никакие средства для перемещения механических компонентов антенной системы, такая антенная система может обладать низкой сложностью и невысокой стоимостью.

Антенная система согласно первому аспекту может обеспечивать управляемое электронным способом сканирование антенным лучом (например, первичными плоскими электромагнитными волнами, и, таким образом, вторичными плоскими электромагнитными волнами) для компенсации раскачивания. Такая антенная система может быть выполнена с возможностью управляемого электронным способом сканирования антенным лучом в пределах некого диапазона углов сканирования лучом (например, в пределах ограниченного угла сканирования лучом) посредством GRIN-линзы.

Путем обеспечения антенной системы согласно первому аспекту, настоящее изобретение позволяет создать смешанное антенное устройство с очень высоким коэффициентом усиления, где антенна с двумя отражателями может быть согласована с устройством связи (например, фидером антенной решетки) посредством градиентной линзы (GRIN).

Линза с градиентом показателя преломления (GRIN-линза, GRIN lens) или градиентная линза представляет собой линзу с варьируемым или изменяющимся показателем преломления в пределах самой линзы. Иными словами, GRIN-линза может характеризоваться неоднородным показателем преломления. Такая GRIN-линза имеет распределенную плотность материала для достижения переменного показателя преломления в пределах самой линзы. Термины «показатель преломления» и «показатель рефракции» могут быть использованы в качестве синонима для термина «показатель преломления». Термин «линза с градиентом показателя преломления» может быть использован в качестве синонима для термина «градиентная линза», что может быть сокращено до «GRIN-линза». Гауссовский луч, преобразуемый GRIN-линзой из передаваемых первичных плоских электромагнитных волн, может называться «первичный гауссовский луч».

Первичные плоские электромагнитные волны и вторичные плоские электромагнитные волны могут представлять собой радиоволны (такие как волны СВЧ-диапазона, миллиметровые волны или волны терагерцового диапазона) или оптические волны. Первичные плоские электромагнитные волны и вторичные плоские электромагнитные волны могут сокращенно называться «первичные плоские волны» и «вторичные плоские волны» соответственно. Иными словами, термин «электромагнитные волны» может быть сокращен до термина «волны».

Связь в терагерцовом (ТГц) диапазоне (THz communications), использующая волны ТГц диапазона в качестве электромагнитных волн, позволяет перекрыть зазор между связью в миллиметровом диапазоне и оптической беспроводной связью. Возможность электронного управления лучом антенн с высоким коэффициентом усиления на частотах терагерцового диапазона, обеспечиваемая способностями управления лучом антенных систем согласно первому аспекту, может позволить значительно увеличить дальность радиосвязи. Это позволяет создавать множество приложений для удовлетворения все возрастающих требований пользователей о достижении более высоких скоростей передачи данных.

Оптическая беспроводная связь, использующая оптические волны в качестве электромагнитных волн, например, оптические линии связи в свободном пространстве (free-space optical (FSO)), позволяет добиться более высоких скоростей передачи данных, улучшить физическую защищенность и избежать электромагнитных помех. Стабильность и качество FSO-линий связи могут быть в значительной степени зависимыми от атмосферных факторов, таких как дождь, туман, пыль и жара. Таким образом, возможности электронного управления лучом, которые могут быть обеспечены способностью управлять лучом в антенных системах согласно первому аспекту, составляют преимущество для оптической беспроводной связи.

Первичные плоские электромагнитные волны могут называться первичным излучением или первичным лучом излучения, а вторичные плоские электромагнитные волны могут называться вторичным излучением или вторичным лучом излучения.

Антенна с двумя отражателями, GRIN-линза и устройство связи могут быть построены и установлены таким образом, что они не являются подвижными, т.е. они механически зафиксированы. Например, GRIN-линза и устройство связи построены и установлены так, что они не двигаются для осуществления управления лучом вторичных плоских волн. Другими словами, устройство связи может быть выполнено с возможностью изменения направления распространения вторичных плоских электромагнитных волн посредством изменения направления распространения первичных плоских волн без перемещения GRIN-линзы. Например, антенная система может быть выполнена с возможностью изменения направления распространения вторичных плоских электромагнитных волн посредством изменения направления распространения первичных плоских электромагнитных волн без перемещения GRIN-линзы и, в качестве опции, устройства связи. Антенная система может быть выполнена с возможностью изменения направления распространения вторичных плоских электромагнитных волн посредством изменения направлен распространения первичных плоских электромагнитных волн без перемещения антенны с двумя отражателями, GRIN-линзы и устройства связи.

Гауссовский луч излучения может представлять собой сферические электромагнитные волны, амплитуда которых изменяется вдоль волнового фронта согласно гауссовскому распределению. Термин «гауссовский луч излучения» может быть сокращен до термина «гауссовский луч».

Устройство связи антенной системы согласно первому аспекту может представлять собой передатчик. Термины «антенный фидер» и «фидер» могут быть использованы для указания, что устройство связи является передатчиком.

В качестве опции, антенна с двумя отражателями может быть выполнена с возможностью приема вторичных плоских электромагнитных волн извне относительно антенной системы и преобразовывать принимаемые вторичные плоские электромагнитные волны в гауссовский луч излучения, причем GRIN-линза может быть выполнена с возможностью преобразования гауссовского луча излучения в первичные плоские электромагнитные волны. Устройство связи может быть выполнено с возможностью приема первичных плоских электромагнитных волн GRIN-линзы и изменения направления распространения принимаемых вторичных плоских электромагнитных волн посредством изменения направления распространения принимаемых первичных плоских электромагнитных волн. Другими словами, в качестве опции, устройство связи антенной системы согласно первому аспекту может представлять собой приемопередатчик для передачи и приема электромагнитных волн (например, первичных плоских электромагнитных волн). Приведенное выше описание относительно передаваемых первичных плоских волн и передаваемых вторичных плоских волн соответственно действительно для принимаемых первичных плоских волн и принимаемых вторичных плоских волн. Когда устройство связи антенной систем согласно первому аспекту представляет собой приемопередатчик, описание антенной системы согласно второму аспекту может быть соответственно действительно для антенной системы согласно первому аспекту.

В одном из вариантов осуществления первого аспекта устройство связи представляет собой многоканальное устройство связи, выполненное с возможностью изменения направления распространения передаваемых первичных плоских электромагнитных волн посредством изменения фаз двух или более каналов многоканального устройства связи.

Иными словами, многоканальное устройство связи выполнено с возможностью осуществления электронно-лучевого управления вторичными плоскими электромагнитными волнами посредством изменения фаз двух или более каналов при многоканальной связи. Изменение фаз двух или более каналов изменяет направление распространения первичных плоских электромагнитных волн (т.е. осуществляется управление лучом первичных плоских электромагнитных волн). Это изменяет направление распространения вторичных плоских электромагнитных волн и, таким образом, обеспечивает управление лучом вторичных плоских электромагнитных волн. Каналы многоканального устройства связи могут быть выполнены с возможностью управления фазой этих каналов электронными средствами.

Многоканальное устройство связи может содержать несколько каналов, т.е. два или более каналов. Например, многоканальное устройство связи может содержать матрицу из четырех каналов или шестнадцати каналов. Эти каналы могут называться радиоканалами.

В качестве опции, устройство связи может представлять собой многоканальное устройство, выполненное с возможностью изменения направления распространения принимаемых первичных плоских электромагнитных волн посредством изменения фаз двух или более каналов в многоканальном устройстве связи. Другими словами, в качестве опции, многоканальное устройство связи в антенной системе согласно первому аспекту может представлять собой приемопередатчик для передачи и приема электромагнитных волн (например, первичных плоских электромагнитных волн).

В одном из вариантов осуществления первого аспекта устройство связи содержит одноканальное устройство связи и зеркало. Одноканальное устройство связи может быть выполнено с возможностью передачи через зеркало первичных плоских электромагнитных волн GRIN-линзе, причем устройство связи может быть выполнено с возможностью изменения направления распространения передаваемых первичных плоских электромагнитных волн посредством поворота зеркала.

Другими словами, одноканальное устройство связи может быть выполнено с возможностью передачи первичных плоских электромагнитных волн зеркалу; зеркало может быть выполнено с возможностью отражения передаваемых первичных плоских электромагнитных волн GRIN-линзы; и устройство связи может быть выполнено с возможностью изменения направления распространения передаваемых первичных плоских электромагнитных волн посредством поворота зеркала. Зеркало может представлять собой плоское зеркало.

В качестве опции, одноканальное устройство связи может быть выполнено с возможностью приема через зеркало первичных плоских электромагнитных волн для GRIN-линзы, причем устройство связи может быть выполнено с возможностью изменения направления распространения принимаемых первичных плоских электромагнитных волн посредством поворота зеркала. Другими словами, в качестве опции, устройство связи, содержащее одноканальное устройство связи и зеркало, в антенной системе согласно первому аспекту может представлять собой приемопередатчик для передачи и приема электромагнитных волн (например, первичных плоских электромагнитных волн).

В одном из вариантов осуществления первого аспекта антенна с двумя отражателями содержит главный отражатель и суботражатель. Суботражатель может быть выполнен с возможностью отражения гауссовского луча излучения от GRIN-линзы на главный отражатель. Главный отражатель может быть выполнен с возможностью преобразования гауссовского луча излучения в передаваемые вторичные плоские электромагнитные волны посредством отражения гауссовского луча излучения.

Антенная система может быть выполнена с возможностью достижения коэффициента усиления больше 47 дБи. Для этого главный отражатель антенны с двумя отражателями может иметь размер апертуры для вторичных плоских волн больше 120 длин волн и усиливать первичные плоские электромагнитные волны, которые могут быть переданы устройством связи. Например, главный отражатель может представлять собой параболический главный отражатель («тарелку») с диаметром больше 120 длин волн для вторичных плоских электромагнитных волн. Например, антенная система может представлять сверхвысокочастотную транзитную антенну E-диапазона, выполненную с возможностью работы на частотах между 71 ГГц и 86 ГГц. Главный отражатель в антенне с двумя отражателями может иметь размер 660 мм (например, представлять собой параболический отражатель с номинальным диаметром 660 мм), что составляет около 170 длин волн для вторичных плоских волн, усиливая первичные плоские электромагнитные волны, которые могут быть переданы устройством связи. В альтернативном варианте, антенная система может представлять собой антенну D-диапазона, выполненную с возможностью работы на частотах между 130 ГГц и 175 ГГц. Главный отражатель антенны с двумя отражателями может иметь размер 360 мм (например, представлять собой параболический отражатель («тарелку») с номинальным диаметром 360 мм). Такая антенная система может быть выполнена так, чтобы иметь коэффициент усиления не менее 50 дБи. Антенная система может быть выполнена с возможностью передачи луча (в виде вторичных плоских электромагнитных волн), имеющего ширину не более (т.е. уже) 0,4 градуса (0,4°)

Если устройство связи в антенной системе согласно первому аспекту представляет собой приемопередатчик, главный отражатель может быть выполнен с возможностью преобразования принимаемых вторичных плоских электромагнитных волн в гауссовский луч излучения посредством отражения принимаемых вторичных плоских электромагнитных волн на суботражатель. Суботражатель может быть выполнен с возможностью отражения гауссовского луча излучения от главного отражателя на GRIN-линзу.

Второй аспект настоящего изобретения предлагает антенную систему, содержащую: устройство связи; антенну с двумя отражателями; и градиентную линзу (GRIN lens). Антенна с двумя отражателями выполнена с возможностью приема вторичных плоских электромагнитных волн из-за пределов антенной системы и преобразования принятых вторичных плоских электромагнитных волн в гауссовский луч излучения, причем GRIN-линза выполнена с возможностью преобразования гауссовского луча излучения в первичные плоские электромагнитные волны. Устройство связи выполнено с возможностью приема первичных плоских электромагнитных волн от GRIN-линзы и изменения направления распространения принимаемых вторичных плоских электромагнитных волн посредством изменения направления распространения принимаемых первичных плоских электромагнитных волн.

Приведенное выше описание антенной системы согласно первому аспекту может быть соответственно действительно для антенной системы согласно второму аспекту. Например, описание устройства связи, GRIN-линзы и антенны с двумя отражателями в антенной системе согласно первому аспекту может быть соответственно действительно для устройства связи, GRIN-линзы и антенны с двумя отражателями в антенной системе согласно второму аспекту. Описание относительно передаваемых первичных плоских волн и передаваемых вторичных плоских волн соответственно действительно для принимаемых первичных плоских волн и принимаемых вторичных плоских волн. Антенная система согласно второму аспекту может представлять собой антенную систему согласно первому аспекту. В таком случае устройство связи может быть выполнено с возможностью передачи и приема первичных плоских электромагнитных волн. Таким образом, в этом случае устройство связи может называться приемопередатчиком.

Антенная система согласно второму аспекту и ее формы реализации и признаки, являющиеся опциями, обеспечивают достижение таких же преимуществ, как и антенная система согласно первому аспекту и ее соответствующие формы реализации и соответствующие признаки, являющиеся опциями.

В одном из вариантов осуществления второго аспекта устройство связи представляет собой многоканальное устройство связи, выполненное с возможностью изменения направления распространения принимаемых первичных плоских электромагнитных волн посредством изменения фаз двух или более каналов многоканального устройства связи. Каналы многоканального устройства связи могут быть выполнены так, чтобы их фазами можно было управлять электронным способом.

В одном из вариантов осуществления второго аспекта устройство связи содержит одноканальное устройство связи и зеркало. Одноканальное устройство связи может быть выполнено с возможностью приема через зеркало первичных плоских электромагнитных волн от GRIN-линзы, причем устройство связи может быть выполнено с возможностью изменения направления распространения принимаемых первичных плоских электромагнитных волн посредством поворота зеркала.

Другими словами, зеркало может быть выполнено с возможностью отражения первичных плоских электромагнитных волн от GRIN-линзы к одноканальному устройству связи, одноканальное устройство связи может быть выполнено с возможностью приема первичных плоских электромагнитных волн; и устройство связи может быть выполнено с возможностью изменения направления распространения принимаемых первичных плоских электромагнитных волн посредством поворота зеркала. Зеркало может быть плоским зеркалом.

В одном из вариантов осуществления второго аспекта антенна с двумя отражателями содержит главный отражатель и суботражатель. Главный отражатель может быть выполнен с возможностью преобразования принимаемых вторичных плоских электромагнитных волн в гауссовский луч излучения посредством отражения принимаемых вторичных плоских электромагнитных волн на суботражатель. Суботражатель может быть выполнен с возможностью отражения гауссовского луча излучения от главного отражателя на GRIN-линзу.

В одном из вариантов осуществления первого аспекта или второго аспекта, главный отражатель и суботражатель являются осесимметричными относительно общей оси.

Иными словами, антенна с двумя отражателями может представлять собой антенну без смещения с двумя отражателями. Термины «осесимметричная антенна с двумя отражателями» и «антенна без смещения с двумя отражателями» могут быть использованы в качестве синонимов.

В одном из вариантов осуществления первого аспекта или второго аспекта главный отражатель представляет собой осесимметричный параболический отражатель, и суботражатель может представлять собой осесимметричный гиперболический отражатель или осесимметричный эллиптический отражатель.

Термины «параболический», «эллиптический» и «гиперболический» могут означать «квази-параболический», «квази-эллиптический» и «квази-гиперболический», соответственно. Термины «эллипсный» и «эллиптический» могут быть использованы в качестве синонимов. Другими словами, антенна с двумя отражателями может представлять собой антенну Кассегрена без смещения (т.е. осесимметричную) с двумя отражателями, причем главный отражатель представляет собой осесимметричный параболический отражатель, и суботражатель представляет собой осесимметричный гиперболический отражатель. В качестве альтернативы антенна с двумя отражателями может представлять собой антенну Грегори без смещения (т.е. осесимметричную) с двумя отражателями, причем главный отражатель представляет собой осесимметричный параболический отражатель, и суботражатель представляет собой осесимметричный эллиптический отражатель.

В одном из вариантов осуществления первого аспекта или второго аспекта антенна с двумя отражателями представляет собой антенну со смещением (внеосевую) с двумя отражателями. Иными словами, такая антенна с двумя отражателями может содержать смещенный (внеосевой) главный отражатель и смещенный (внеосевой) суботражатель.

В одном из вариантов осуществления первого аспекта или второго аспекта антенна с двумя отражателями представляет собой антенну Кассегрена с двумя отражателями или антенну Грегори с двумя отражателями.

Термины «антенна Кассегрена» или «антенна Грегори» могут быть использованы для обозначения соответственно антенны Кассегрена с двумя отражателями и антенны Грегори с двумя отражателями.

Антенна Кассегрена с двумя отражателями может содержать параболический главный отражатель и гиперболический суботражатель. Антенна Грегори с двумя отражателями может содержать параболический главный отражатель и эллиптический суботражатель.

В одном из вариантов осуществления первого аспекта или второго аспекта антенна с двумя отражателями представляет собой антенну Кассегрена со смещением (внеосевую) или антенну Грегори со смещением (внеосевую). Другими словами, если антенна с двумя отражателями представляет собой внеосевую антенну с двумя отражателями, антенна с двумя отражателями может представлять собой антенну Кассегрена (т.е. внеосевую антенну Кассегрена) или антенну Грегори (т.е. внеосевую антенну Грегори).

Если антенна с двумя отражателями представляет собой внеосевую антенну Кассегрена с двумя отражателями, главный отражатель может представлять собой параболический внеосевой отражатель, и суботражатель может представлять собой гиперболический внеосевой отражатель. Если антенна с двумя отражателями представляет собой внеосевую антенну Грегори с двумя отражателями, главный отражатель может представлять собой параболический внеосевой отражатель, и суботражатель может представлять собой эллиптический внеосевой отражатель.

Антенна с двумя отражателями может представлять собой бифокальную антенну (без смещения или со смещением) или мультифокальную антенну (без смещения или со смещением).

В одном из вариантов осуществления первого аспекта или второго аспекта, каждый из отражателей - главный отражатель и суботражатель - представляет собой параболический цилиндрический внеосевой отражатель. Другими словами, если антенна с двумя отражателями представляет собой внеосевую антенну с двумя отражателями, каждый из этих отражателей - главный отражатель и суботражатель - может представлять собой параболический цилиндрический внеосевой отражатель. Термины «параболический цилиндрический (внеосевой) отражатель» и «цилиндрический параболический (внеосевой) отражатель» могут быть использованы в качестве синонимов.

Упомянутая выше внеосевая антенна с двумя отражателями, содержащая два параболических цилиндрических отражателя, может быть выполнена с возможностью преобразования передаваемого осесимметричного гауссовского луча (например, гауссовского луча, который генерируется или преобразуется GRIN-линзой из передаваемых первичных плоских волн и который может называться первичным гауссовским лучом) в эллиптический луч (может называться эллиптическим вторичным лучом) в виде вторичных плоских волн, которые могут передаваться (например, излучаться) в пространство за пределы антенной системы. Иными словами, антенный луч, который может быть передан антенной системой, может представлять собой эллиптический луч вследствие того, что антенна с двумя отражателями содержит главный отражатель и суботражатель, каждый из которых представляет собой параболический цилиндрический внеосевой отражатель. Это может быть предпочтительным, когда требуется управление лучом в пределах более широкого угла в вертикальной плоскости и управление лучом в пределах более узкого угла в горизонтальной плоскости, как это может иметь место во многих приложениях антенн. Эллиптический антенный луч представляет собой луч, более широкий в вертикальной плоскости и более узкий в горизонтальной плоскости, поскольку искажения, обусловленные управлением лучом, могут быть уравновешены.

В одном из вариантов осуществления первого аспекта или второго аспекта, параболическая кривизна главного отражателя и параболическая кривизна суботражателя принадлежат разным плоскостям, которые ортогональны одна другой.

В одном из вариантов осуществления первого аспекта или второго аспекта, GRIN-линза имеет несколько эллиптических контуров, определяющих области с разной плотностью материала.

Иными словами, GRIN-линза может иметь распределенную плотность материала за счет обладания несколькими эллиптическими контурами, определяющими области с разной плотностью материала. Термин «эллиптический» может означать «квази-эллиптический». Указанные несколько эллиптических контуров определяют в GRIN-линзе области с разными показателями преломления путем выделения областей с разной плотностью материала. Иными словами, области с разной плотностью материала соответствуют областям с разным показателем преломления. Это позволяет достигать варьирования или изменения показателя преломления в пределах GRIN-линзы. Например, показатель преломления GRIN-линзы может быть описан (например, постоянными) эллиптическими контурами.

В одном из вариантов осуществления первого аспекта или второго аспекта GRIN-линза имеет две поверхности, так что по меньшей мере одна из двух поверхностей имеет показатель преломления больше показателя преломления воздуха.

В качестве альтернативы или в дополнение к этому по меньшей мере одна из указанных двух поверхностей может по меньшей мере частично иметь показатель преломления воздуха. Форма этих двух поверхностей может быть эллипсоидной.

В одном из вариантов осуществления первого аспекта или второго аспекта, GRIN-линза выполнена с возможностью согласования фазового центра гауссовского луча излучения с фокальной точкой антенны с двумя отражателями за счет того, что линза имеет распределенную плотность материала.

Другими словами, GRIN-линза может быть выполнена так, что фазовый центр гауссовского луча излучения равен/совпадает с или расположен близко к фокусной точке антенны с двумя отражателями во всех ситуациях работы. Эта GRIN-линза может быть выполнена так, что фазовый центр гауссовского луча излучения почти совпадает с фокусной точкой антенны с двумя отражателями, во всех случаях работы. Например, когда первичные плоские электромагнитные волны распространяются параллельно в направлении оптической оси GRIN-линзы, тогда фазовый центр гауссовского луча согласован (иными словами: почти совпадает) с фокусной точкой антенны с двумя отражателями. Таким образом, вторичные плоские электромагнитные волны распространяются вдоль направления визирования относительно излучающей апертуры главного отражателя. Однако, если первичные плоские электромагнитные волны распространяются в направлении, отклоняющемся от оптической оси GRIN-линзы на угол больше нуля градусов (0°), тогда фазовый центр согласованного гауссовского луча оказывается пропорционально смещен от фокусной точки, так что направление распространения вторичных плоских электромагнитных волн также отклоняется в соответствии с хорошо известным соотношением пропорциональности, где коэффициент пропорциональности определяют как коэффициент отклонения луча (beam deviation factor (BDF)).

Фазовый центр гауссовского луча излучения может быть фокусной точкой GRIN-линзы. Термины «фокус» или «фокусная точка» могут быть использованы как синонимы.

С GRIN-линзой могут быть ассоциированы несколько фокусных точек (т.е. несколько фазовых центров гауссовских лучей), т.е. эта GRIN-линза может быть многофокусной. Каждая из нескольких фокусных точек соответствует своему, отличному от других направлению распространения первичных плоских электромагнитных волн.

Антенна с двумя отражателями может иметь единственную фокусную точку. Такая антенна с двумя отражателями может представлять собой, например, двойную параболическую цилиндрическую антенну, антенну Кассегрена или антенну Грегори. Антенна с двумя отражателями может представлять собой бифокальную или многофокусную антенну с двумя отражателями. В таком случае, антенна с двумя отражателями может иметь две или более фокусных точек. Такая GRIN-линза может быть выполнена с возможностью согласования ее нескольких фокусных точек с двумя или более фокусными точками антенны с двумя отражателями, поскольку имеет распределенную плотность материала, причем антенна с двумя отражателями является бифокальной или многофокусной антенной с двумя отражателями.

В одном из вариантов осуществления первого аспекта или второго аспекта устройство связи выполнено с возможностью осуществления, через GRIN-линзу, смещения фазового центра гауссовского луча относительно фокусной точки антенны с двумя отражателями посредством изменения направления распространения передаваемых первичных плоских электромагнитных волн или принимаемых первичных плоских электромагнитных волн.

Чем больше изменение направления распространения первичных электромагнитных волн, тем больше смещение фазового центра гауссовского луча относительно фокусной точки антенны с двумя отражателями. Чем больше смещение фазового центра гауссовского луча излучения, тем больше изменение направления распространения вторичных электромагнитных волн.

В одном из вариантов осуществления первого аспекта или второго аспекта, устройство связи выполнено с возможностью создания смещения фазового центра гауссовского луча, так что чем больше смещение фазового центра гауссовского луча относительно фокусной точки антенны с двумя отражателями, тем больше изменение направления распространения передаваемых вторичных плоских электромагнитных волн или принимаемых вторичных плоских электромагнитных волн.

Чем больше смещение фазового центра гауссовского луча относительно фокусной точки антенны с двумя отражателями, тем больше угол управления лучом во вторичной плоскости.

Для получения антенной системы согласно первому аспекту настоящего изобретения некоторые или все формы реализации и являющиеся опциями признаки первого аспекта и второго аспекта, как описано выше, могут быть объединены одни с другими. Для получения антенной системы согласно второму аспекту настоящего изобретения некоторые или все формы реализации и являющиеся опциями признаки первого аспекта и второго аспекта, как описано выше, могут быть объединены одни с другими.

Все этапы, осуществляемые различными объектами, описываемыми в настоящей заявке, равно как функциональные возможности, описываемые как осуществляемые этими различными объектами, имеют целью указать, что соответствующий объект адаптирован или выполнен с возможностью осуществления соответствующих этапов и функциональных возможностей. Даже если, в последующем описании конкретных вариантов, конкретная функциональная возможность или этап, которые должны быть осуществлены внешними объектами, не отражены в подробном описании конкретного элемента того объекта, какой осуществляет этот конкретный этап или функциональную возможность, специалисту в рассматриваемой области должно быть ясно, что эти способы и функциональные возможности могут быть реализованы в соответствующих программных или аппаратных элементах, либо в какой-либо комбинации таких элементов.

Краткое описание чертежей

Описанные выше аспекты и формы реализации будут пояснены в последующем описании конкретных вариантов в связи с прилагаемыми чертежами, на которых

фиг. 1 схематично показывает два примера антенной системы согласно одному из вариантов настоящего изобретения;

фиг. 2 схематично показывает три разных перспективных вида примера одной из форм реализации антенной системы, представленной на фиг. 1;

фиг. 3 схематично показывает пример трех разных состояний антенной системы, представленной на фиг. 1 (A);

фиг. 4 схематично показывает пример двух разных состояний антенной системы;

фиг. 5 схематично показывает пример двух разных состояний антенной системы, представленной на фиг. 1 (B);

фиг. 6 схематично показывает пример GRIN-линзы в антенной системе согласно одному из вариантов настоящего изобретения;

фиг. 7 показывает пример графика, представляющего соотношение между коэффициентом усиления излучения в антенне и углом управления лучом для двух состояний антенной системы согласно фиг. 1 (A), показанных на 3 (A) и (B);

фиг. 8 и 9 схематично показывают два разных перспективных вида примера антенной системы согласно одному из вариантов настоящего изобретения;

фиг. 10 и 11 схематично показывают два разных перспективных вида примера одной из форм реализации антенной системы, представленной на фиг. 8 и 9;

фиг. 12 и 13 схематично показывают два разных перспективных вида примера одной из форм реализации антенной системы, представленной на фиг. 8 и 9;

фиг. 14 и 15 каждый показывает пример графика, представляющего соотношение между коэффициентом усиления излучения в антенне и углом управления лучом для двух состояний антенной системы, изображенных на фиг. 8 и 9;

фиг. 16 показывает схему, представляющую фокусную точку(и) одного из примеров осесимметричной антенны Кассегрена с двумя отражателями; и

фиг. 17 показывает схему, представляющую фокусную точку одного из примеров диэлектрической линзы.

На чертежах соответствующим элементам присвоены одинаковые позиционные обозначения.

Осуществление изобретения

На фиг. 1 схематично представлены два примера антенной системы согласно одному из вариантов настоящего изобретения. Антенные системы, показанные на фиг. 1, являются примерами антенной системы согласно первому аспекту и/или второму аспекту настоящего изобретения. Поэтому, описание антенной системы согласно первому аспекту и второму аспекту настоящего изобретения может быть соответственно действительно для антенных систем, представленных на фиг. 1.

Антенная система 1, показанная на фиг. 1 (A), содержит устройство 2 связи; антенну 4 с двумя отражателями; и градиентную линзу 3 (GRIN lens). Эта GRIN-линза 3 может иметь ближнюю поверхность 3a и дальнюю поверхность 3b относительно устройства 2 связи. Это устройство 2 связи может быть выполнено с возможностью передачи первичных плоских электромагнитных волн GRIN-линзе 3, где эта GRIN-линза 3 может быть выполнена с возможностью преобразования передаваемых первичных плоских электромагнитных волн в гауссовский луч излучения. Антенна 4 с двумя отражателями может быть выполнена с возможностью преобразования гауссовского луча излучения во вторичные плоские электромагнитные волны и передачи этих вторичных плоских электромагнитных волн в пространство вне антенной системы 1. Устройство 2 связи может быть выполнено с возможностью изменения направления распространения передаваемых вторичных плоских электромагнитных волн посредством изменения направления распространения передаваемых первичных плоских электромагнитных волн.

Как показано на фиг. 1 (A), антенна 4 с двумя отражателями может содержать главный отражатель 4b и суботражатель 4a. Этот суботражатель 4a может быть выполнен с возможностью отражения гауссовского луча излучения от GRIN-линзы 3 на главный отражатель 4b. Этот главный отражатель 4b может быть выполнен с возможностью преобразования гауссовского луча излучения в передаваемые вторичные плоские электромагнитные волны посредством отражения гауссовского луча излучения.

Как показано на фиг. 1 (A), устройство 2 связи может представлять собой многоканальное устройство 2a связи, выполненное с возможностью изменения направления распространения передаваемых первичных плоских электромагнитных волн посредством изменения фаз двух или более каналов в этом многоканальном устройстве 2a связи. Когда устройство 2 связи представляет собой многоканальное устройство 2a связи (например, питаемое многоканальным радио сигналом) с несколькими каналами (например, радио каналами), фазовый сдвиг, относящийся к каждому каналу, (например, радио каналу) может быть периодически выравнен и калиброван. Точное самовыравнивание фаз каналов может быть уже реализовано в многоканальном устройстве 2a связи или для него, чтобы справляться с фазовыми сдвигами (из-за повторяемости технологических процессов) и с вносящим погрешности дрейфом фаз (из-за температуры и хранения). Поэтому, такая способность к выравниванию может также быть использована для электронного управления изменением направления распространения первичных плоских волн и, таким образом, в антенной системе 1 может быть осуществлено управляемое электронным способом сканирование лучом.

В качестве альтернативы, как показано на фиг. 1 (B), устройство 2 связи может содержать одноканальное устройство 2b связи и зеркало 2c. В качестве опции, это зеркало 2c представляет собой плоское зеркало. Одноканальное устройство 2b связи может быть выполнено с возможностью передачи через зеркало 2c первичных плоских электромагнитных волн к GRIN-линзе 3, так что устройство 2 связи может быть выполнено с возможностью изменения направления распространения передаваемых первичных плоских электромагнитных волн посредством поворота зеркала 2c. Таким образом, антенная система 1, показанная на фиг. 1 (B), соответствует антенной системе 1, представленной на фиг. 1 (A), где фиг. 1 (B) показывает один из примеров возможной формы реализации устройства 2 связи. Описание антенной системы 1, показанной на фиг. 1 (A), соответственно действительно для антенной системы 1, представленной на фиг. 1 (B).

В дополнение к этому или в качестве альтернативы, антенна 4 с двумя отражателями в антенной системе 1, показанной на фиг. 1 (A) или (B), может быть выполнена с возможностью приема вторичных плоских электромагнитных волн извне антенной системы 1 и преобразования принятых вторичных плоских электромагнитных волн в гауссовский луч излучения, где GRIN-линза 3 может быть выполнена с возможностью преобразования гауссовского луча излучения в первичные плоские электромагнитные волны. Далее, устройство 2 связи может быть выполнено с возможностью приема первичных плоских электромагнитных волн от GRIN-линзы 3, и изменения направления распространения принимаемых вторичных плоских электромагнитных волн посредством изменения направления распространения принятых первичных плоских электромагнитных волн.

Например, главный отражатель 4b может быть выполнен с возможностью преобразования принимаемых вторичных плоских электромагнитных волн в гауссовский луч излучения посредством отражения принимаемых вторичных плоских электромагнитных волн на суботражатель 4a. Этот суботражатель 4a может быть выполнен с возможностью отражения гауссовского луча излучения от главного отражателя 4b на GRIN-линзу 3.

Устройство 2 связи в антенной системе, показанной на фиг. 1 (A), может представлять собой многоканальное устройства 2a связи, выполненное с возможностью изменения направления распространения принимаемых первичных плоских электромагнитных волн посредством изменения фаз двух или более каналов в этом многоканальном устройстве связи. Каналы в многоканальном устройстве связи могут быть выполнены с возможностью управления фазами этих каналов электронными средствами.

Одноканальное устройство 2b связи в устройстве 2 связи в антенной системе 1, показанной на фиг. 1 (B), может быть выполнено с возможностью приема через зеркало 2c первичных плоских электромагнитных волн от GRIN-линзы 3, где это устройство 2 связи может быть выполнено с возможностью изменения направления распространения принимаемых первичных плоских электромагнитных волн посредством поворота зеркала 2c.

Как показано на фиг. 1, главный отражатель 4b и суботражатель 4a в антенных системах 1 могут быть осесимметричными относительно общей оси. Например, главный отражатель 4b может представлять собой осесимметричный параболический отражатель, а суботражатель 4a может представлять собой осесимметричный гиперболический отражатель, пример чего показан на фиг. 2.

Для получения дополнительной информации относительно антенных систем 1, показанных на фиг. 1, ссылки сделаны на описание антенной системы согласно первому аспекту и второму аспекту.

На фиг. 2 схематично показаны три разных перспективных виде одного из примеров форм реализации антенной системы, представленной на фиг. 1. На фиг. 2 (B) показан вид спереди в направлении дальней поверхности 3b GRIN-линзы 3 антенной системы 1, на фиг. 2 (C) представлен вид сбоку антенной системы 1, и на фиг. 2 (A) показан вид, когда антенная система повернута между видом спереди, изображенным на фиг. 2 (B), и видом сбоку, показанным на фиг. 2 (C). Как указано выше, согласно примеру, показанному на фиг. 2, антенная система 1, представленная на фиг. 1 (A) или (B), может в качестве опции быть реализована таким образом, что главный отражатель 4b может представлять собой осесимметричный параболический отражатель, а суботражатель 4a может представлять собой осесимметричный эллиптический отражатель. Антенная система 1, показанная на фиг. 2, представляет собой пример антенной системы 1, содержащей антенну Кассегрена в качестве антенны 4 с двумя отражателями.

Как показано на фиг. 2, главный отражатель 4b может быть расположен между GRIN-линзой 3 и устройством 2 связи. Таким образом, главный отражатель 4b может содержать отверстие 5, через которое устройство связи может осуществлять связь с первичными плоскими электромагнитными волнами (например, может передавать первичные плоские волны и/или принимать первичные плоские волны). Далее, как можно определить по фиг. 2, главный отражатель 4b и суботражатель 4a могут быть осесимметричными, совместно используя одну и ту же ось. Например, антенна 4 с двумя отражателями (например, главным отражателем 4b и суботражателем 4a), GRIN-линзой 3 и в качестве опции устройством 2 связи может быть осесимметричной, совместно используя одну и ту же ось. Эти компоненты могут быть совмещены вдоль этой одной и той же оси.

Конфигурация Кассегрена для антенны 4 с двумя отражателями, показанной на фиг. 2, представляет собой осесимметричную конфигурацию антенны без смещения с двумя отражателями. Антенные системы 1, показанные на фиг. 2, могут быть выполнены с возможностью создания остронаправленного луча с коэффициентом усиления 50 дБи и управлением лучом в пределах ± 1,5 градуса (± 1,5°) в любой плоскости, проходящей через общую ось симметрии главного отражателя 4b и суботражателя 4a. Если антенна 4 с двумя отражателями является осесимметричной (т.е. главный отражатель 4b и суботражатель 4a являются осесимметричными относительно одной и той же оси), гауссовский луч излучения может быть преобразован такой антенной 4 с двумя отражателями в остронаправленный луч в форме передаваемых вторичных плоских волн.

Фиг. 3 схематично показывает пример трех разных состояний антенной системы, представленной на фиг. 1 (A). На фиг. 3-5, лучи, представляющие первичные плоские электромагнитные волны, маркированы позиционным обозначением «W1», и лучи, представляющие вторичные плоские электромагнитные волны, маркированы позиционным обозначением «W2». При описании фиг. 3-5 предположим, только в качестве примера, что устройство 2 связи в антенной системе 1 выполнено так, чтобы передавать первичные плоские волны, для передачи вторичных плоских электромагнитных волн в пространство вне антенной системы 1, где устройство связи выполнено с возможностью изменения направления распространения передаваемых вторичных плоских волн посредством изменения направления распространения передаваемых первичных плоских волн. Это описание соответственно действительно для случая, когда устройство связи, в дополнение или в качестве альтернативы, выполнено с возможностью того, чтобы принимать первичные плоские волны, для приема вторичных плоских волн извне относительно антенной системы 1.

На фиг. 3 (A) показан пример состояния, в котором устройство 2 связи не осуществляет управление лучом первичных плоских волн, и, таким образом, не осуществляет управление лучом вторичных плоских волн. Иными словами, показано состояние, в котором устройство 2 связи выполнено с возможностью передачи визирующего луча (нет сканирования лучом). На фиг. 3 (B) и 3 (C) показаны состояния, в которых устройство 2 связи осуществляет управление лучом, иными словами, в которых устройство 2 связи изменяет направление вторичных плоских волн, передаваемых в пространство вне антенной системы 1, посредством изменения направления распространения передаваемых первичных плоских волн. По сравнению с состоянием, представленным на фиг. 3 (A), где нет управления лучом, в состоянии, изображенном на фиг. 3 (C), осуществляется большее управление лучом по сравнению с состоянием, показанным на фиг. 3 (B). Управление лучом вторичных плоских волн посредством осуществления управления лучом первичных плоских волн без потери коэффициента усиления или с уменьшенным снижением коэффициента усиления может быть реализовано устройством 2 связи, благодаря присутствию GRIN-линзы 3 в дополнение к антенне 4 с двумя отражателями. Это становится ясно, если обратиться к примеру, представленному на фиг. 4, где показана антенная система, содержащая диэлектрическую линзу 6 (т.е. линзу из однородного диэлектрического материала) вместо GRIN-линзы 3. Передаваемые первичные плоские волны, падающие на ближнюю поверхность 3a GRIN-линзы 3, могут характеризоваться линейной фазой.

Фиг. 4 схематично показывает пример двух разных состояний одного из примеров антенной системы. Антенная система 1, представленная на фиг. 4, соответствует антенной системе 1, изображенной на фиг. 3, но GRIN-линза 3 заменена линзой 6 из однородного диэлектрического материала. Таким образом, описание фиг. 1-3 может быть соответственно действительным для антенной системы, показанной на фиг. 4.

Как показано на фиг. 4 (A), в случае, когда нет управления лучом, функция и характеристики антенной системы 1, представленной на фиг. 4, могут соответствовать функции и характеристикам антенной системы 1, изображенной на фиг. 3. Иными словами, состояние, показанное на фиг. 4 (A), соответствует состоянию, изображенному на фиг. 3 (A). Однако, как показано на фиг. 4 (B), когда устройство 2 связи осуществляет управление лучом первичных плоских волн, может произойти снижение коэффициента усиления, превосходящее снижение этого коэффициента усиления по сравнению с состояниями, представленными на фиг. 3 (B) и (C). А именно, в результате использования диэлектрической линзы 6 вместо GRIN-линзы 3, некоторые волны или лучи W3, образующиеся при прохождении излучения через линзу 6, не попадают на антенну 4 с двумя отражателями, например, на суботражатель 4a, как показано на фиг. 4 (B). Это ведет к потерям энергии передачи устройства связи и, таким образом, к снижению коэффициента усиления антенной системы 1, представленной на фиг. 4. Передаваемые первичные плоские волны, падающие на ближнюю поверхность (относительно устройства 2 связи) диэлектрической линзы 6 (т.е. однородной линзы), могут характеризоваться постоянной фазой.

Фиг. 5 схематично показывает пример двух разных состояний антенной системы, представленной на фиг. 1 (B). На фиг. 5 (A) изображен один из примеров антенной системы, представленной на фиг. 1 (B). Состояние, показанное на фиг. 5 (B), соответствует состоянию, представленному на фиг. 3 (A), и состояние, изображенное на фиг. 5 (C), соответствует состоянию, показанному на фиг. 3 (B). Соответственно, описание фиг. 3 действительно для антенной системы 1, изображенной на фиг. 5.

На фиг. 5 (B) показан пример состояния, в котором устройство 2 связи не осуществляет управление лучом первичных плоских волн, и, таким образом, не осуществляет управление лучом вторичных плоских волн. Иными словами, здесь представлено состояние, в котором устройство 2 связи выполнено с возможностью передачи визирующего луча (нет сканирования лучом). Для этого, зеркало 2c в устройстве 2 связи может быть установлено, например, под углом 45 градусов (45°) к оптической оси GRIN-линзы. На фиг. 5 (C) показано состояние, в котором устройство 2 связи осуществляет управление лучом, иными словами, в котором это устройство 2 связи изменяет направление распространения вторичных плоских волн, передаваемых в пространство вне антенной системы 1, посредством изменения направления распространения передаваемых первичных плоских волн. Для этого, устройство 2 связи в антенной системе 1, показанной на фиг. 1 (B), выполнено с возможностью изменения направления распространения передаваемых первичных плоских волн посредством поворота зеркала 2c. Иными словами, зеркало 2c может быть повернуто (например, слегка повернуто) относительно состояния этого зеркала 2c, изображенного на фиг. 5 (B). Управление лучом вторичных плоских волн посредством осуществления управления лучом первичных плоских волн вообще без снижения коэффициента усиления или при уменьшенном снижении коэффициента усиления может быть осуществлено устройством 2 связи, благодаря присутствию GRIN-линзы 3 в дополнение к антенне 4 с двумя отражателями.

Фиг. 6 схематично показывает пример GRIN-линзы в антенной системе согласно одному из вариантов настоящего изобретения.

На фиг. 6 (A) показан пример одной из форм реализации GRIN-линзы, например, GRIN-линзы 3 для антенной системы, представленной на фиг. 1, и/или антенной системы, изображенной на фиг. 8 и 9. Ближняя поверхность и дальняя поверхность этой GRIN-линзы 3 относительно устройства 2 связи антенной системы 1, когда эта GRIN-линза 3 установлена в антенной системе 1, маркированы позиционными обозначениями «3a» и «3b» соответственно. Иными словами, GRIN-линза 3 может иметь две поверхности 3a и 3b. По меньшей мере одна из этих двух поверхностей 3a и 3b может иметь показатель преломления больше показателя преломления воздуха. В качестве альтернативы или в дополнение к этому, по меньшей мере одна из этих двух поверхностей 3a и 3b может по меньшей мере частично иметь показатель преломления воздуха. Форма этих двух поверхностей 3a и 3b может быть эллипсоидной. Как показано на фиг. 6 (A), GRIN-линза 3 может в качестве опции иметь несколько отверстий 3c расположенных на ее поверхности. Это может установить показатель преломления на поверхности этой GRIN-линзы 3.

Как уже отмечено выше, GRIN-линза 3 представляет собой линзу, имеющую варьирующийся или изменяющийся показатель преломления в пределах самой линзы. Иными словами, GRIN-линза 3 может характеризоваться неоднородным показателем преломления. Такая GRIN-линза 3 имеет распределенную плотность материала для достижения варьирующегося показателя преломления в пределах самой линзы.

Например, GRIN-линза 3 имеет несколько эллиптических контуров, определяющих области с разной плотностью материала. Иными словами, GRIN-линза 3 может иметь распределенную плотность материала вследствие наличия нескольких эллиптических контуров, определяющих области с разной плотностью материала. Термин «эллиптический» может означать «квази-эллиптический». Указанные несколько эллиптических контуров определяют области с разным показателем преломления в GRIN-линзе посредством определения областей с разной плотностью материала. Иными словами, области с разной плотностью материала соответствуют областям с разным показателем преломления. Это позволяет получать варьирующийся или изменяющийся показатель преломления в пределах GRIN-линзы. Пример этого показан на фиг. 6 (B). На фиг. 6 (B) представлен пример различных контуров 3d (например, эллиптических контуров), определяющих разные области показателя преломления. На правой стороне фиг. 6 (B) указаны примеры разных величин показателя преломления, которые действительны для всего соответствующего контура 3d, т.е. также для соответствующей части соответствующего контура 3d на левой стороне фиг. 6 (B). Например, в середине GRIN-линзы 3 показатель преломления этой GRIN-линзы 3 может быть больше, чем по бокам этой GRIN-линзы 3. Например, показатель преломления может уменьшаться от 1.4 до 1.2, как показано на фиг. 6 (B).

Такая GRIN-линза 3, когда она расположена в фиксированной позиции в антенной системе между устройством 2 связи и антенной 4 с двумя отражателями, (например, эта линза характеризуется квази-эллиптическими контурами показателя преломления) позволяет обеспечить оптимальное смещение фокусной точки для каждого направления распространения первичных плоских волн. Для этого первичные плоские волны, падающие на ближнюю поверхность 3a GRIN-линзы 3, могут характеризоваться должными фазовыми фронтами, которые являются линейными или квази-линейными.

Способность преобразования фазового фронта (например, квази-линейной фазы) передаваемой первичной плоской волны в смещение фокусной точки гауссовского луча (первичного гауссовского луча), соответствующее изменению направления распространения передаваемых первичных плоских волн, может быть достигнута посредством квази-эллиптических контуров с разными показателями преломления и/или соответственно профилированных поверхностей - как ближней, так и дальней поверхностей, GRIN-линзы 3.

Фиг. 7 показывает пример графика, иллюстрирующего соотношение между коэффициентом усиления диаграммы излучения антенны и углом управления лучом для двух состояний изображенной на фиг. 1 (A) антенной системы, представленных на фиг. 3 (A) и (B).

Для примера, показанного на фиг. 7, предположим, что антенна 4 с двумя отражателями в антенной системе, изображенной на фиг. 1 (A), представляет собой антенну Кассегрена размером 360 мм, оптимизированную для частоты 150 ГГц электромагнитных волн, которые должны быть переданы и/или приняты через эту антенну. Далее, описание фиг. 7 предполагает, в качестве примера, что устройство 2 связи в антенной системе 1 выполнено с возможностью того, чтобы передавать первичные плоские волны, с целью передачи вторичных плоских электромагнитных волн в пространство вне антенной системы 1, где это устройство 2 связи выполнено с возможностью изменения направления распространения передаваемых вторичных плоских волн посредством изменения направления распространения передаваемых первичных плоских волн. Это описание соответственно действительно для случая, когда устройство 2 связи, в дополнение или в качестве альтернативы, выполнено так, чтобы принимать первичные плоские волны, с целью приема вторичных плоских волн извне от антенной системы 1.

На фиг. 7, кривая C1 показывает диаграмму направленности антенны в антенной системе в случае состояния, представленного на фиг. 3 (A), т.е. в случае, когда управление лучом не осуществляется (т.е. излучение антенны представляет собой визирующий луч). В этом случае угол передаваемых первичных плоских волн равен 0 градусов (0°). Иными словами, в этом случае нет изменений в направлении распространения передаваемых первичных плоских волн. Кривая C2 показывает диаграмму направленности антенны в антенной системе в случае состояния, изображенного на фиг. 3 (B), т.е. в случае, когда осуществляется управление лучом. Например, как показано на фиг. 7, управляемый луч может иметь угол 1.6 градусов (1.6°) относительно фиксированного луча в случае, когда управление лучом не осуществляется. Другими словами, можно предположить, что устройство связи изменяет направление распространения передаваемых первичных плоских волн, так что измененное направление распространения отклоняется на угол 1,6° от направления распространения передаваемых первичных плоских волн в случае, когда управление лучом не осуществляется. Как показано на фиг. 7, для обоих случаев, т.е. когда нет управления лучом и когда есть управление лучом первичных плоских волн на 1,6°, пиковый коэффициент усиления диаграммы направленности антенны может быть больше 52 дБи. Иными словами, уменьшение коэффициента усиления излучения антенны в антенной системе из-за управления лучом может быть пренебрежимо малым. В дополнение к этому, кривая C3, представленная на фиг. 7, показывает диаграмму маски для антенной системы согласно стандарту ETSI класс 4. Таким образом, антенная система 1, показанная на фиг. 1 (A), может удовлетворять требованиям стандарта ETSI класс 4 для обоих случаев, когда нет управления лучом и когда есть управление лучом, например, на 1,6°.

На фиг. 8 и 9 схематично показаны два разных перспективных вида примера антенной системы согласно одному из вариантов настоящего изобретения.

Антенная система, показанная на фиг. 8 и 9, представляет собой пример антенной системы согласно первому аспекту и/или второму аспекту настоящего изобретения. Поэтому, описание антенной системы согласно первому аспекту и второму аспекту настоящего изобретения может быть соответственно действительно для антенной системы, показанной на фиг. 8 и 9. Антенная система, изображенная на фиг. 8 и 9, соответствует антенной системе, представленной на фиг. 1 (A), где антенна с двумя отражателями в антенной системе, показанная на фиг. 8 и 9, реализована отлично от осесимметричной антенны с двумя отражателями в антенной системе, показанной на фиг. 1 (A). Таким образом, описание фиг. 1-6 соответственно действительно для антенной системы, представленной на фиг. 8 и 9, и в последующей части текста приведено описание главным образом антенны с двумя отражателями в антенной системе, изображенной на фиг. 8 и 9.

Каждый из отражателей - главный отражатель 4b и суботражатель 4a, в антенне 4 с двумя отражателями может представлять собой параболический цилиндрический внеосевой отражатель, как показано на фиг. 8 и 9. В качестве опции, параболическая кривизна главного отражателя 4b и параболическая кривизна суботражателя 4a принадлежат разным плоскостям, которые ортогональны одна другой (не показаны на фиг. 8 и 9). Таким образом, антенна 4 с двумя отражателями в антенной системе 1 может иметь конфигурацию с двумя смещенными отражателями (т.е. может представлять собой антенну с двумя смещенными отражателями), как показано на фиг. 8 и 9. Это другой тип антенны 4 с двумя отражателями по сравнению с антенной 4 с двумя отражателями в антенной системе, представленной на фиг. 2, которая является осесимметричной антенной Кассегрена. Конфигурация с двумя смещенными отражателями (пример которой изображен на фиг. 8 и 9) может позволить добиться более широкого угла управления лучом или более высокой эффективности и коэффициента усиления по сравнению с осесимметричной антенной Кассегрена с двумя отражателями (пример которой показан на фиг. 2).

Согласно примеру, показанному на фиг. 8 и 9, главный отражатель 4b и суботражатель 4a не являются осесимметричными. Это позволяет осуществлять двумерное управление лучом в пределах углового сектора шириной ± 10° градусов (± 10°) по углу возвышения (в вертикальной плоскости) и шириной ± 2 градусов (± 2°) по азимуту (в горизонтальной плоскости). Этот угловой сектор может быть расширен по сравнению со случаем использования антенны 4 с двумя отражателями, имеющей главный отражатель 4b и суботражатель 4a, являющиеся осесимметричными относительно общей оси (например, используя антенну Кассегрена). Если антенна 4 с двумя отражателями не является осесимметричной, как показано на фиг. 8 и 9, где изображена конфигурация с двумя смещенными отражателями, гауссовский луч излучения (первичный гауссовский луч), который по-прежнему является осесимметричным, может быть преобразован посредством параболической цилиндрической конфигурации главного отражателя 4b и суб-отражателя 4a в антенне 4 с двумя отражателями в эллиптический луч в форме передаваемых вторичных плоских волн. Внеосевая антенна 4 с двумя отражателями (т.е. антенна с двумя отражателями, имеющая конфигурацию с двумя смещенными отражателями), содержащая параболический цилиндрический главный отражатель 4b и параболический цилиндрический суботражатель 4a, может называться антенной с двумя отражателями, имеющей конфигурацию с двумя параболическими цилиндрическими отражателями.

Фиг. 10 и 11 схематично показывают два разных перспективных вида одного из примеров формы реализации антенной системы, представленной на фиг. 8 и 9. Описание фиг. 8 и 9 соответственно действительно для антенной системы, изображенной на фиг. 10 и 11. Как показано на фиг. 10 и 11, антенна 4 с двумя отражателями может представлять собой антенну с эллиптическим лучом, где угловой сектор управления антенным лучом является прямоугольным. Этот пример конфигурации антенны 4 с двумя отражателями, имеющей два параболических цилиндрических отражателя, позволяет управлять лучом антенной системы 1 в пределах, например, ± 10° по углу возвышения (в вертикальной плоскости) и ± 2° по азимуту (в горизонтальной плоскости). Для этого, GRIN-линза 3 в антенной системе 1 может быть спроектирована должным образом для поддержания двумерного смещения фокуса в соответствии требованиями управления лучом (например, требованиями стандарта ETSI класс 4). Антенна 4 с эллиптическим лучом может быть спроектирована таким образом, что смещение фокуса описывает область, характеризуемую краями прямоугольной формы. Форма поверхностей GRIN-линзы (как дальней поверхности, так и ближней поверхностей) может быть эллипсоидной. Далее, постоянные контуры с разным показателем преломления в GRIN-линзе 3 могут быть эллиптическими или эллипсоидными контурами.

Фиг. 12 и 13 схематично показывают два разных перспективных вида одного из примеров форм реализации антенной системы, изображенной на фиг. 8 и 9. Описание фиг. 8 и 9 соответственно действительно для антенной системы, представленной на фиг. 12 и 13. Как показано на фиг. 12 и 13, главный отражатель 4b антенны 4 с двумя отражателями может представлять собой параболический цилиндрический внеосевой главный отражатель и суботражатель 4a антенны 4 с двумя отражателями может представлять собой параболический цилиндрический внеосевой суботражатель. На фиг. 12 и 13, показан пример устройства 2 связи, представляющего многоканальное устройство связи, содержащее решетку из шестнадцати каналов. Это только пример. Таким образом, устройство 2 связи может представлять собой другое устройство связи (например, устройство связи, содержащее одноканальное устройство связи и зеркало), либо может иметь другое число каналов.

Каждая из фиг. 14 и 15 показывает пример графика, представляющего соотношение между диаграммой коэффициента усиления излучения антенны и углом управления лучом для двух состояний антенной системы, изображенной на фиг. 8 и 9.

Для примеров, представленных на фиг. 14 и 15, предполагается, что антенна 4 с двумя отражателями в антенной системе, изображенной на фиг. 8 и 9 представляет собой двойную цилиндрическую антенну (например, с конфигурацией внеосевой антенны), которая оптимизирована для частоты 150 ГГц электромагнитных волн, подлежащих передаче и/или приему. Далее, описание фиг. 14 и 15 предполагает, в качестве примера, что устройство 2 связи в антенной системе 1 выполнено с возможностью того, чтобы передавать первичные плоские волны для передачи вторичных плоских электромагнитных волн в пространство вне антенной системы 1, где устройство связи выполнено с возможностью изменения направления распространения передаваемых вторичных плоских волн посредством изменения направления распространения передаваемых первичных плоских волн. Это описание соответственно действительно для случая, в котором устройство 2 связи, в дополнение или в качестве альтернативы, выполнено с возможностью того, чтобы принимать первичные плоские волны, для приема вторичных плоских волн извне антенной системы 1.

На фиг. 14 показана диаграмма направленности антенны для углового сектора по углу возвышения (в вертикальной плоскости), а на фиг. 15 представлена диаграмма направленности антенны для углового сектора по азимуту (в горизонтальной плоскости).

На фиг. 14 и 15, кривая C1 показывает диаграмму направленности антенной системы в случае, когда управление лучом не осуществляется (т.е. излучение антенны представляет собой визирующий луч). В таком случае угол передаваемых первичных плоских волн в вертикальной плоскости (см. фиг. 14), равно как и в горизонтальной плоскости (см. фиг. 15) равен 0 градусов (0°). Иными словами, здесь нет изменения направления распространения передаваемых первичных плоских волн. На фиг. 14 и 15, кривая C2 показывает диаграмму направленности антенной системы в случае, когда осуществляется управление лучом. Например, как показано на фиг. 14, в вертикальной плоскости управляемый луч может отклоняться на угол 10 градусов (10°) относительно луча в случае, когда управление лучом не осуществляется. Другими словами, можно предполагать, что устройство связи изменяет направление распространения передаваемых первичных плоских волн в вертикальной плоскости, так что измененное направление распространения отклоняется на угол 10° от направления распространения передаваемых первичных плоских волн в случае, когда управление лучом не осуществляется. Например, как показано на фиг. 15, в горизонтальной плоскости управляемый луч может образовывать угол 2.3 градуса (2.3°) относительно луча в случае, когда управление лучом не осуществляется. Другими словами, можно предположить, что устройство связи изменяет направление распространения передаваемых первичных плоских волн в горизонтальной плоскости, так что измененное направление распространения отклоняется на угол 2.3° от направления распространения передаваемых первичных плоских волн в случае, когда управление лучом не осуществляется.

Как показано на фиг. 14, для обоих случаев, т.е. для отсутствия управления лучом в вертикальной плоскости и для управления лучом на 10° для вторичных плоских волн в вертикальной плоскости, пиковый коэффициент усиления в диаграмме направленности антенны может быть больше 48.5 дБи. Иными словами, снижение коэффициента усиления излучения антенны в рассматриваемой антенной системе из-за управления лучом в вертикальной плоскости может быть пренебрежимо малым. Как показано на фиг. 15, для обоих случаев, т.е. для отсутствия управления лучом в горизонтальной плоскости и для управления лучом на 2.3° для вторичных плоских волн в горизонтальной плоскости, пиковый коэффициент усиления в диаграмме направленности антенны может быть больше 50 дБи. Иными словами, снижение коэффициента усиления излучения антенны в рассматриваемой антенной системе из-за управления лучом в горизонтальной плоскости может быть пренебрежимо малым.

На фиг. 14 и 15, кривая C3 показывает диаграмму маски для антенной системы согласно стандарту ETSI класс 4. Таким образом, антенная система 1, изображенная на фиг. 8 и 9, может удовлетворять требованиям стандарта ETSI класс 4 для обоих случаев, для отсутствия управления лучом и для управления лучом в вертикальной плоскости (например, на 10°), равно как и в горизонтальной плоскости (например, на 2.3°).

Далее будет описан пример способа проектирования для реализации антенной системы 1 согласно фиг. 1 (A) и (B). Этот способ проектирования позволяет шаг за шагом создавать конфигурацию всей антенной системы. Этот способ проектирования может принадлежать или быть частью компьютеризированной процедуры.

На первом этапе (Этап 1) способа проектирования, антенна 4 с двумя отражателями, содержащая суботражатель 4a и главный отражатель 4b, может быть спроектирована таким образом, чтобы добиться желаемых низких потерь при управлении и желаемых низких аберрационных эффектов в желаемом угловом интервале управления лучом. Например, потери при управлении могут быть заданы не более 1,5 дБ, а желаемый уровень аберрационных эффектов может быть таким, чтобы не влиять на соблюдение норм стандарта ETSI Класс 4 относительно огибающей диаграммы направленности излучения антенны, тогда как желаемый угловой интервал для управления лучом может быть между -1,5° и +1,5°, т.е. [-1,5°, +1,5°].

На втором этапе (Этап 2) способа проектирования, устройство 2 связи может быть спроектировано в ассоциации с вспомогательной линзой из однородного диэлектрического материала (например, плоско-гиперболической собирающей линзой, выполненной из однородного диэлектрического материала). Для этого, можно предположить, что устройство 2 связи является передатчиком, например, фидером антенной решетки, для генерации или передачи первичных плоских электромагнитных волн.

На третьем этапе (Этап 3) способа проектирования, вспомогательная линза может быть заменена должным образом спроектированной GRIN-линзой (т.е. GRIN-линзой 3). Эта GRIN-линза может характеризоваться эллиптическими (квази-эллиптическими) контурами своего показателя преломления и, в качестве опции, с должным образом профилированными поверхностями этой GRIN-линзы.

Согласно первому этапу (Этап 1) способа проектирования компьютеризированная процедура может быть настроена на оптимизацию антенны 4 с двумя отражателями в антенной системе 1. Можно предположить, что главный отражатель 4b антенны 4 с двумя отражателями является параболическим (например, квази-параболическим) главным отражателем («тарелкой»), а суботражатель 4a является гиперболическим (например, квази-гиперболическим) суботражателем. Такие отражатели могут быть спроектированы как осесимметричные поверхности вращения, с целью поддерживать сложность и стоимость изготовления на насколько это возможно низком уровне.

Далее, предполагается, что антенная система оптимизирована на частоте 150 ГГц для электромагнитных волн, подлежащих передаче и/или приему, так что эта антенная система может соответствовать нормам стандарта ETSI Класс 4. На первом под-этапе (Этап 1.1) первого этапа (Этап 1), можно оценить характеристики предварительной механической конфигурации антенны с двумя отражателями. На втором под-этапе (Этап 1.2) первого этапа (Этап 1), снижение поля на краях раскрыва суботражателя может быть плавно уменьшено для удовлетворения требованиям стандарта ETSI Класс 4. На третьем под-этапе (Этап 1.3) первого этапа (Этап 1), окончательный узел антенны с двумя отражателями можно оценить в отношении механической конфигурации и характеристик излучения антенны с двумя отражателями. На четвертом под-этапе (Этап 1.4) первого этапа (Этап 1), можно предположить, что произведение коэффициента усиления антенны на максимальный угол управления лучом (коэффициент усиления антенны x максимальный угол управления лучом) в антенной системе имеет постоянную величину 150000 = 50 дБи коэффициент усиления антенны x 1,5° максимальный угол управления лучом. Если нужен больший угол управления лучом, можно предположить или реализовать многофокусную антенну с двумя отражателями с 45 дБи коэффициент усиления x 5° максимальный угол управления лучом.

После выполнения первого этапа (Этап 1) способа проектирования, механическая конфигурация антенны 4 с двумя отражателями в антенной системе может быть завершена. Другими словами, поверхности главного отражателя 4b и суботражателя 4a антенны 4 с двумя отражателями могут быть спроектированы совместно с позицией фокусной точки, включая также оптимальное смещение, осуществляющее желаемое управление антенным лучом (например, лучом вторичных плоских электромагнитных волн) и углом повторного наведения гауссовского луча в направлении суботражателя 4a.

Пучок лучей (например, гауссовский луч), падающий на суботражатель 4a, начинается от фокусной точки, положение которой оптимизировано для поддержания снижения коэффициента усиления из-за управления лучом насколько это возможно низким (например, ≤ 1.5 дБ) и для минимизации аберраций, способных оказать нежелательное влияние на соответствие огибающей диаграммы направленности нормам стандарта ETSI (например, Класс 4). Однако, когда излучение антенны представляет собой визирующий луч (т.е. управление лучом не осуществляется), этот пучок лучей должен начинаться из другой фокусной точки, расположенной на оси симметрии антенны с двумя отражателями.

С точки зрения передачи электромагнитных волн антенной системой, такой как антенная система, показанная на фиг. 1, смещение фокусной точки, обеспечивающее наилучшее управление лучом, может быть получено посредством механического поворота фидерного узла, например, выполненного на основе фидерной решетки (т.е. передатчика для электромагнитных волн) и ассоциированной линзы. Поэтому для каждого желаемого направления луча может существовать свое оптимальное смещение фокусной точки.

После того, как антенна с двумя отражателями была конфигурирована в ходе первого этапа (Этап 1) способа проектирования, могут последовать дальнейшие этапы проектирования (Этап 2 и Этап 3). Эти последующие второй этап (Этап 2) и третий этап (Этап 3) способа проектирования описаны далее со ссылками на фиг. 16 и 17. Фиг. 16 представляет схему, показывающую фокусную точку(и) примера осесимметричной антенны Кассегрена с двумя отражателями. Фиг. 17 представляет схему, показывающую фокусную точку примера диэлектрической линзы.

Без ущерба для общности в отношении второго этапа (Этап 2) и третьего этапа (Этап 3) способа проектирования, а просто для упрощения описания, эти этапы в качестве примера описаны применительно к одномерному случаю антенны Кассегрена с двумя отражателями, такому как конфигурация без смещения параболического главного отражателя 4b с гиперболическим суботражателем 4a (эллиптическим суботражателем), где оба отражателя характеризуются осевой симметрией, как показано на фиг. 16. Эквивалентные соображения применимы ко многим другим конфигурациям антенны с двумя отражателями, включая внеосевые антенны Кассегрена или Грегори, равно как бифокальные или многофокальные (без смещения или со смещением (внеосевые)) антенны. Иными словами, последующее описание не ограничивается случаем антенны с двумя отражателями, представляющей собой антенну Кассегрена с двумя отражателями, и, следовательно, может быть соответственно действительным для других типов антенн с двумя отражателями.

На фиг. 16, пусть 2a обозначает длину апертуры параболического отражателя и x обозначает абсциссу в этом отражателе. Далее, пусть u = 2π/λ sin(θ) представляет собой абсциссу на оси волновых чисел, где θ обозначает угол от направления широкой стороны и λ обозначает длину волны работы. Диаграмма G(u) направленности излучения и функция f(x) освещения апертуры связаны следующим преобразованием Фурье:

Более того, эквивалентное фокусное расстояние антенны Кассегрена с двумя отражателями имеет вид:

В приведенном выше уравнении термин «F» обозначает фокусное расстояние параболического отражателя и термин «e» обозначает эллиптичность суботражателя. Фидерный угол θa этой оптики Кассегрена может быть вычислен из следующего соотношения:

Аналогично, может быть рассмотрен одномерный случай вспомогательной собирающей линзы, изготовленной из однородного диэлектрического материала (например, плоско-гиперболической собирающей линзы, изготовленной из однородного диэлектрического материала), как показано на фиг. 17. Такая вспомогательная линза может называться диэлектрической линзой.

На фиг. 17, пусть 2r обозначает диаметр апертуры линзы и x’ обозначает абсциссу на ней. Далее, пусть u’ = 2π/λ sin(θ’) обозначает абсциссу на оси волновых чисел, где θ’ обозначает угол от направления широкой стороны, и λ обозначает длину волны работы. Диаграмма G(u’) направленности излучения и функция f(x’) освещения апертуры связаны следующим преобразованием Фурье:

Фидерный угол θr этой собирающей линзы может быть связан с оптической фокусной длиной следующим образом:

sin(θr) = r/F_L

Далее, упомянутая выше вспомогательная линза может быть соединена «спина-к-спине» с упомянутой выше антенной Кассегрена с двумя отражателями, так что соответствующие фокусные точки совмещены в одну и ту же точку, и вспомогательная линза фокусирует свою функцию f(x’) освещения, тогда как антенна Кассегрена с двумя отражателями фокусирует свою функцию f(x) освещения. Это может создать смешанную оптическую систему, образованную в результате сборки или складывания вместе оптики с двумя отражателями (например, антенны с двумя отражателями) и линзовой оптики (например, вспомогательной линзы). Последнее может быть должным образом согласовано, так что может быть получен увеличитель, преобразующий освещение f(x’) в освещение f(x), где коэффициент увеличения μ выражен следующим уравнением:

В предположении, что этот увеличитель, в качестве первого приближения, осуществляет следующее линейное преобразование:

f(x) = μ f(x’),

наконец, диаграмма направленности излучения антенны становится:

Эта диаграмма направленности антенны представляет собой результат преобразования Фурье функции f(x’) освещения апертуры линзы, перемасштабированной посредством коэффициента μ увеличения.

Функция f(x’) освещения апертуры линзы представляет собой функцию комплексных величин (комплексную функцию) и может быть выражена посредством двух действительных функций (действительной часть и мнимой части, либо амплитудой и фазой). Эти две действительные функции могут представлять первичные плоские электромагнитные волны, которые могут излучаться устройством 2 связи, предполагая, что это устройство связи выполнено с возможностью передачи электромагнитных волн.

Настоящее изобретение было описано в сочетании с различными вариантами в качестве примера, равно как и реализаций. Однако специалисты в рассматриваемой области, желающие реализовать предмет изобретения, могут представить и осуществить и другие вариации на основе изучения чертежей, настоящего описания и независимых пунктов Формулы изобретения. В Формуле изобретения, равно как и в описании изобретения, слово «содержащий» не исключает другие элементы или этапы, а неопределенный артикль «a» или «an» не исключает множественного числа. Один элемент или другой модуль может выполнять функции нескольких объектов, упомянутых в Формуле изобретения. Простой факт, что определенные меры упоминаются в отличающихся один от другого зависимых пунктах Формулы изобретения, не означает, что комбинация этих мер не может быть использована в предпочтительных вариантах реализации.

Claims (40)

1. Антенная система (1), содержащая:

устройство связи (2);

антенну с двумя отражателями (4); и

линзу с градиентом показателя преломления (3) (градиентную линзу, GRIN-линзу),

причем устройство связи (2) выполнено с возможностью передачи первичных плоских электромагнитных волн GRIN-линзе (3),

GRIN-линза (3) выполнена с возможностью преобразования передаваемых первичных плоских электромагнитных волн в гауссовский луч излучения,

антенна с двумя отражателями (4) выполнена с возможностью преобразования гауссовского луча излучения во вторичные плоские электромагнитные волны и передачи вторичных плоских электромагнитных волн за пределы антенной системы (1), и

устройство связи (2) выполнено с возможностью изменения направления распространения передаваемых вторичных плоских электромагнитных волн посредством изменения направления распространения передаваемых первичных плоских электромагнитных волн.

2. Антенная система (1) по п. 1, в которой устройство связи (2) представляет собой многоканальное устройство связи (2a), выполненное с возможностью изменения направления распространения передаваемых первичных плоских электромагнитных волн посредством изменения фазы двух или более каналов в многоканальном устройстве связи (2a).

3. Антенная система (1) по п. 1, в которой устройство связи (2) содержит одноканальное устройство связи (2b) и зеркало (2c),

при этом одноканальное устройство связи (2b) выполнено с возможностью передачи через зеркало (2c) первичных плоских электромагнитных волн GRIN-линзе (3), причем устройство связи (2) выполнено с возможностью изменения направления распространения передаваемых первичных плоских электромагнитных волн посредством поворота зеркала (2c).

4. Антенная система (1) по любому из пп. 1-3, в которой антенна с двумя отражателями (4) содержит главный отражатель (4b) и суботражатель (4a),

причем суботражатель (4a) выполнен с возможностью отражения гауссовского луча излучения от GRIN-линзы (3) на главный отражатель (4b), и

главный отражатель (4b) выполнен с возможностью преобразования гауссовского луча излучения в передаваемые вторичные плоские электромагнитные волны посредством отражения гауссовского луча излучения.

5. Антенная система (1), содержащая:

устройство связи (2);

антенну с двумя отражателями (4); и

градиентную линзу (3) (GRIN-линзу),

причем антенна с двумя отражателями (4) выполнена с возможностью приема вторичных плоских электромагнитных волн из-за пределов антенной системы (1) и преобразования принимаемых вторичных плоских электромагнитных волн в гауссовский луч излучения,

GRIN-линза (3) выполнена с возможностью преобразования гауссовского луча излучения в первичные плоские электромагнитные волны, и

устройство связи (2) выполнено с возможностью:

приема первичных плоских электромагнитных волн от GRIN-линзы (3), и

изменения направления распространения принимаемых вторичных плоских электромагнитных волн посредством изменения направления распространения принимаемых первичных плоских электромагнитных волн.

6. Антенная система (1) по п. 5, в которой устройство связи (2) представляет собой многоканальное устройство связи (2a), выполненное с возможностью изменения направления распространения принимаемых первичных плоских электромагнитных волн посредством изменения фаз двух или более каналов в многоканальном устройстве связи (2a).

7. Антенная система (1) по п. 5, в которой устройство связи (2) содержит одноканальное устройство связи (2b) и зеркало (2c),

при этом одноканальное устройство связи (2b) выполнено с возможностью приема через зеркало (2c) первичных плоских электромагнитных волн от GRIN-линзы (3), причем устройство связи (2) выполнено с возможностью изменения направления распространения принимаемых первичных плоских электромагнитных волн посредством поворота зеркала (2c).

8. Антенная система (1) по любому из пп. 5-7, в которой антенна с двумя отражателями (4) содержит главный отражатель (4b) и суботражатель (4a),

при этом главный отражатель (4b) выполнен с возможностью преобразования принимаемых вторичных плоских электромагнитных волн в гауссовский луч излучения посредством отражения принимаемых вторичных плоских электромагнитных волн на суботражатель (4a), и

суботражатель (4a) выполнен с возможностью отражения гауссовского луча излучения от главного отражателя (4b) на GRIN-линзу (3).

9. Антенная система (1) по п. 4 или 8, в которой главный отражатель (4b) и суботражатель (4a) являются осесимметричными относительно общей оси.

10. Антенная система (1) по пп. 4, 8 или 9, в которой главный отражатель (4b) представляет собой осесимметричный параболический отражатель, а суботражатель (4a) представляет собой осесимметричный гиперболический отражатель или осесимметричный эллиптический отражатель.

11. Антенная система (1) по любому из пп. 1-10, в которой антенна с двумя отражателями (4) представляет собой внеосевую антенну с двумя отражателями.

12. Антенная система (1) по любому из пп. 1-11, в которой антенна с двумя отражателями (4) представляет собой антенну Кассегрена с двумя отражателями или антенну Грегори с двумя отражателями.

13. Антенная система (1) по пп. 4, 8 или 11, в которой каждый из главного отражателя (4b) и суботражателя (4a) представляет собой параболический цилиндрический внеосевой отражатель.

14. Антенная система (1) по пп. 4, 8 или 13, в которой параболическая кривизна главного отражателя (4b) и параболическая кривизна суботражателя (4a) принадлежат к разным плоскостям, ортогональным друг другу.

15. Антенная система (1) по любому из пп. 1-14, в которой GRIN-линза (3) имеет несколько эллиптических контуров (3), образующих области с разной плотностью материала.

16. Антенная система (1) по любому из пп. 1-15, в которой GRIN-линза (3) содержит две поверхности (3a, 3b), и по меньшей мере одна из указанных двух поверхностей (3a, 3b) имеет показатель преломления больше показателя преломления воздуха.

17. Антенная система (1) по любому из пп. 1-16, в которой GRIN-линза (3) выполнена с возможностью согласования фазового центра гауссовского луча излучения с фокусной точкой антенны с двумя отражателями (4) за счет распределенной плотности материала.

18. Антенная система (1) по любому из пп. 1-17, в которой устройство связи (2) выполнено с возможностью вызывать, через GRIN-линзу (3), смещение фазового центра гауссовского луча относительно фокусной точки антенны с двумя отражателями (4) посредством изменения направления распространения передаваемых первичных плоских электромагнитных волн или принимаемых первичных плоских электромагнитных волн.

19. Антенная система (1) по п. 18, в которой устройство связи (2) выполнено с возможностью вызывать смещение фазового центра гауссовского луча так, что чем больше смещение фазового центра гауссовского луча относительно фокусной точки антенны с двумя отражателями (4), тем больше изменение направления распространения передаваемых вторичных плоских электромагнитных волн или принимаемых вторичных плоских электромагнитных волн.