Математические модели и экспериментальные исследования антенн бортовой аппаратуры системы видеоконтроля КА и РБ

Полный текст

Аппаратура видеоконтроля предназначена для сбора, обработки и передачи на наземные пункты контроля и управления видеоинформации о процессах, происходящих на ракете-носителе (РН), космическом аппарате (КА) и разгонном блоке (РБ) на этапах их подготовки к старту и всех этапах полета. Бортовая аппаратура системы видеоконтроля (БА СВК) задумана как самостоятельный модуль, обеспечивающий пользователю возможность осуществлять, так называемое «интерактивное наблюдение», при отделении составных частей РН, а так же космических аппаратов от РН или РБ. Одной из важных задач при разработке БА СВК космических аппаратов и разгонных блоков является построение надежного канала связи (радиолинии), обеспечивающего устойчивую связь изделий с наземными станциями. Передача видеоинформации производится через антенно-фидерное устройство телеметрического радиоканала КА или РБ. Устойчивость связи зависит как от надежности работы аппаратуры с учетом всех условий сопутствующих полету, так и от диаграмм направленности антенных устройств. Характер диаграмм направленности (ДН) определяется программой полета и особенностью конструкций КА. Так при ориентированном полете (наличие ориентации одной из осей КА на Землю или другие планеты) требуемые диаграммы направленности определяются из расчетов углов связи КА на наземные измерительные пункты (НИПы). Проектирование бортовых антенных устройств БА СВК в этом случае не вызывает принципиальных затруднений и сводится к выбору типа антенн и места ее установки на корпусе КА или возможностью выноса антенны за корпус аппарата. Однако использование антенных устройств с направленными характеристиками излучения часто встречает затруднения, связанные с различными ограничениями, такими как размеры и конфигурации самого КА, зонами полезного груза, компоновкой целевой и научной аппаратуры, невозможностью применения раскрывающихся устройств и т. д. Поэтому реализовать на практике расчетную ДН не всегда удается. При неориентированном полете (произвольное и изменяющие во времени положение осей КА по отношению к НИПу) выдвигается требование всенаправленности характеристик излучения бортовых антенн РТС КА [1]. Настоящая работа посвящена построению математических моделей и экспериментальной отработки электрических параметров антенн, излучающих в дециметровом L-диапазоне частот (от 1000 до 1050 МГц), с достаточной всенаправленностью излучения, обеспечивающей необходимый коэффициент заполнения ДН в полном телесном угле. В качестве опытных образцов антенн для БА СВК были выбраны: - круговая антенна Татаринова, состоящая из двух полуволновых вибраторов, плечи которых расположены в горизонтальной плоскости под углом друг к другу и запитаны так, чтобы токи протекали по контуру образованного вибраторами четырехугольника в одну сторону [2]. Модель антенны Татаринова представлена на рис. 1. - двухзаходная коническая логоспиральная антенна, витки спиралей которой запитываются через питающий трансформатор с симетрирующей щелью длиной [3]. Модель двухзаходной конической логоспиральной антенны представлена на рис. 2. Обе эти антенны обладают хорошим согласованием с бортовым передающим устройством системы видеоконтроля. КСВ на рабочих частотах не превышает 1.5. Настройка КСВ на рабочей частоте бортовой аппаратуры системы видеоконтроля в антенне Татаринова обеспечивается подрезкой трансформатора и шлейфа холостого хода. Спиральная антенна настроена на требуемый уровень КСВ последовательным трансформатором (рис. 3). Расчетные диаграммы направленности представлены на рис. 4 и 5. Анализируя полученные расчетным путем электрические характеристики антенн для системы видеоконтроля можно сделать следующие выводы: - КСВ в диапазоне рабочих частот системы видеоконтроля у антенн практически одинаков и не превышает 1.5; - максимальный коэффициент усиления антенны Татаринова составляет дБ; - максимальный коэффициент усиления спиральной антенны составляет дБ; - ширина диаграммы направленности по уровню дБ у антенны Татаринова составляет в средним по всем сечениям - у спиральной антенны - - определено наличие провала порядка -20 дБ в осевом направлении антенны в диаграмме направленности круговой антенны Татаринова. По результатам моделирования были созданы опытные образцы вышеописанных антенн и проведена экспериментальная отработка, которая показала достаточно хорошее совпадение электрических характеристик с результатами моделирования (рис. 6-9). Максимальный коэффициент усиления круговой антенны Татаринова составил дБ, ширина ДН по уровню дБ составляет Максимальный коэффициент усиления двухзаходной конической спиральной антенны составил дБ и ширина ДН по уровню дБ - Благодаря отсутствию провала в осевом направлении излучения и достаточно большой ширине ДН по уровню дБ, пара диаметрально противоположно установленных конических логоспиральных антенн (правой и левой круговой поляризации) является более предпочтительным вариантом построения антенно-фидерного устройства для системы видеоконтроля КА или РБ, обеспечивающим всенаправленность характеристик излучения, как при ориентированном, так и при неориентированном полете изделия.

Об авторах

Д. С Клюев

Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики

г. Самара

С. Б Филиппов

АО «РКЦ «Прогресс»

г. Самара

А. С Мальцев

АО «РКЦ «Прогресс»

г. Самара

В. А Неганов

Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики

г. Самара

Список литературы

Дополнительные файлы