Проекты
Главная Проекты
Антенно-фидерные устройства для платформы «НТ-100»

Антенно-фидерные устройства для платформы «НТ-100»

Особенностью разработки антенно-фидерных устройств (АФУ) для малого космического аппарата (МКА) является строгое ограничение пространства под расположение АФУ на корпусе аппарата в силу малых геометрических размеров последнего. В связи с этим компоновка АФУ производится достаточно плотно, в непосредственной близости друг от друга и от выступающих проводящих частей корпуса МКА, что определяет использование передовых технологий проектирования антенн.

Основной задачей при проектировании АФУ МКА является задача синтеза слабонаправленных бортовых антенн, заключающаяся в определении оптимальных мест размещения, способов возбуждения, конфигурации и количества антенн для формирования требуемой диаграммы направленности (ДН), коэффициента стоячей волны, коэффициента эллиптичности и других электрических характеристик.

Антенно-фидерные устройства в составе радиотехнических систем любого космического аппарата (КА) обеспечивают организацию канала радиосвязи между КА и наземным комплексом управления или абонентами. Особое внимание при проектировании АФУ уделяется так называемым ненаправленным или слабонаправленным антеннам, излучающим в широком секторе углов или во всё окружающее пространство, поскольку именно эти типы антенн наиболее чувствительны к попаданию в их рабочую зону других антенн либо проводящих элементов конструкции.

В соответствии с требованиями ТТЗ в состав платформы НТ-100 должны входить следующие типы АФУ:

  • АФУ S-диапазона, обеспечивающие работу командно-измерительной системы (КИС);
  • АФУ Х-диапазона, организующие скоростной канал обмена данными с абонентами на Земле.

В качестве антенны КИС S-диапазона применена логоконическая равноугольная двухзаходная спиральная антенна, выполненная методом навивки лент особой конфигурации на тонкий диэлектрический каркас, имеющий вид конуса (рисунок 1). Антенна относится к классу антенн обратной волны, поэтому левая навивка обеспечивает правое направление вращения вектора поляризации излучаемого поля. Ширина ДН, входное сопротивление, коэффициент эллиптичности излучаемого поля антенн такого типа являются частотно независимыми и зависят только от угла θ образующего конуса диэлектрического каркаса и угла намотки спирали (постоянного угла между радиус-вектором точки на спирали и касательной к спирали в этой точке). Определение данных углов осуществляется компромиссным путем между получением необходимой формы ДН и коэффициентом эллиптичности.

Рисунок 1 – Общий вид антенны КИС S-диапазона

Запитка антенны осуществляется коаксиальной линией, проходящей по оси конуса. Коаксиальная линия выполнена со ступенчатым центральным проводником, выполняющим роль трансформатора сопротивлений. Симметрирующее устройство для исключения антенного эффекта фидера представляет собой продольный сквозной четвертьволновой паз на верхней оконечности внешней части коаксиальной линии.

Особенностью антенной системы КИС S-диапазона платформы НТ-100 является равносигнальный прием в зоне углов связи для заданной высоты полета платформы в режиме трёхосной ориентации МКА, при одновременном отсутствии зоны сильной интерференции ДН в неориентированном режиме, когда антенны работают одновременно, создавая всенаправленную диаграмму направленности. Это обеспечивается специальным формированием ДН антенн в секторе углов за пределами углов сектора связи, выражающемся в резком убывании уровня ДН в углах близких к 90° от оси антенны.

Антенно-фидерная система Х-диапазона предназначена для организации высокоскоростного канала связи между МКА и абонентами на Земле.

В качестве апертуры антенны применен открытый конец круглого волновода в сочетании с преобразователем мод [TE11-HE11] в виде ребер переменного радиуса. Такая апертура позволяет получить оптимальную форму ДН для конкретной частоты с высокой аксиальной симметрией ДН, низким уровнем боковых лепестков и кроссполяризации. Требуемые поляризационные характеристики для антенны Х-диапазона обеспечены с помощью поляризатора, выполненного на основе прямоугольного волновода с вставкой в виде ступенчатообразной металлической пластины. Внешний вид антенны представлен на рисунке 2.

Рисунок 2 – Антенна X-диапазона

Эффективное проектирование АФУ для МКА возможно только с применением современных технических средств, позволяющих достичь оптимальные характеристики антенн с минимальными затратами времени.

На рисунке 3 приведена расчетная объемная диаграмма направленности антенны Х- диапазона.

Рисунок 3 – Объемная ДН антенны X-диапазона

На рисунке 4 изображена ДН антенны Х-диапазона в сечениях по Phi на центральной частоте.

Рисунок 4 – ДН в сечениях Phi=0, Phi=45, Phi=90 в декартовой системе координат

Таким образом, оптимальная ДН антенны Х-диапазона представляет собой пространственное распределение электромагнитного поля, удовлетворяющее условию максимального коэффициента усиления в секторе углов зоны видимости для заданной высоты орбиты платформы.

Построение бортовых слабонаправленных антенн с заданными характеристиками направленности – довольно распространенная задача, и ее решение не менее сложно, чем построение остронаправленных антенн. Это связано с тем, что необходимо учитывать влияние геометрической формы МКА, проявляющееся в создании интерференции электромагнитных полей от антенны и наведенных поверхностных токов на проводящем корпусе МКА. Характеристики спроектированных АФУ S- и X-диапазонов частот удовлетворяют поставленным техническим требованиям и общим принципам компоновки АФУ на платформе, выполнение которых необходимо для обеспечения устойчивой радиосвязи с МКА. Программный расчет позволяет достаточно достоверно сделать выводы в плане пространственных развязок, выбрать наилучший вариант расположения антенн различных систем на изделии, рассчитать реальные диаграммы направленности антенн с учетом геометрической формы МКА.