Двухзеркальная осесимметричная антенна со специальным профилем контррефлектора Текст научной статьи по специальности «Физика»

Решетнеескцие чтения. 2015

DEVELOPING PARAMETER-ORIENTED MODEL OF BRUSHLESS MOTOR AND OPTIMISING STATOR WINDING CIRCUIT

S. S. Efimov

Moscow Institute of Physics and Technology (State University) 9, Institutskiy per., Dolgoprudny, Moscow Region, 141700, Russian Federation E-mail: efimov.ss@phystech.edu

The author presents the developed parameter-oriented model of multipolar synchronous motor with permanent magnet. The research focuses on obtaining optimal schemes of winding circuits for the control of various types.

Keywords: control engine flywheel, brushless motor, parameter-oriented model, optimal winding circuit, vector sleeting.

В лаборатории высокоточных систем ориентации МФТИ в настоящее время ведутся работы по расчёту и проектированию исполнительных органов систем ориентации малых космических аппаратов (МКА) на базе управляемого по угловой скорости и моменту двигателя-маховика (УДМ) для ориентации космического аппарата массой порядка 100 кг.

Эффективное проектирование синхронных электродвигателей с постоянными магнитами, на которых основан принцип работы УДМ для системы ориентации и стабилизации МКА, требует разработки общей физической модели бесколлекторного двигателя, позволяющей вычислять рабочие характеристики мотора по его параметрам.

В данной работе была построена такая модель электродвигателя с произвольным числом полюсов ротора и выводов статора, учитывающая различные схемы соединения обмоток, зависимостей обратных ЭДС, наводимых в обмотках, от угла ротора и двух типов управления: скалярном (коммутация обмоток статора по сигналам с датчиков положения ротора) и векторном (field oriented control).

Показано, что для скалярного управления наиболее выгодным (с точки зрения максимизации механических характеристик и уменьшения пульсаций момента) оказывается соединение обмоток по схеме «звезда» с использованием трапецеидальных ЭДС.

В случае векторного управления предпочтительной получается синусоидальная форма обратных ЭДС. На механические характеристики при этом влияет только величина максимального фазного напряжения, которое возможно создать в схеме. Сформу-

лирован алгоритм выбора наилучшей схемы соединения обмоток в зависимости от количества полюсов и фаз двигателя [1-3].

Доказана оптимальность схем такого типа (максимальное фазное напряжение оказывается равно напряжению источника тока).

Библиографические ссылки

1. Калачев Ю. Н. Векторное регулирование (заметки практика) [Электронный ресурс]. URL: http://www.privod-news.ru/docs/Vector_Kalachev.pdf (дата обращения: 5.10.2015).

2. Фалк Г. Б. Технические средства автоматизации и управления: исполнительные устройства / Моск. гос. ин-т электроники и математики. М., 2004. 127 с.

3. Baldursson S. BLDC Motor Modelling and Control - A Matlab®/Simulink® Implementation : Master Thesis work : Institutionen for Energi och MiljoMay, 2005.

References

1. Kalachev U. Vectornoye upravleniye (zametki praktika) [Vector control (practician's notes)]. Available at: http://www.privod-news.ru/docs/Vector_Kalachev.pdf (accessed: 5.10.2015).

2. Falk. G. [Technical means of automation and control: Actuators]. Moscow Institute of Electronics and Mathematics., 2004, p. 127 (In Russ.).

3. Baldursson S. BLDC Motor Modelling and Control - A Matlab®/Simulink® Implementation : Master Thesis work : Institutionen for Energi och MiljoMay, 2005.

© Ефимов С. С., 2015

УДК 621.396.677

ДВУХЗЕРКАЛЬНАЯ ОСЕСИММЕТРИЧНАЯ АНТЕННА СО СПЕЦИАЛЬНЫМ ПРОФИЛЕМ

КОНТРРЕФЛЕКТОРА

Р. С. Зубарев*, Ю. В. Крылов, А. Ю. Лапин

АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнёва» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52

E-mail: ryden@mail.ru

Отражена возможность применения в антенной технике спутниковой связи двухзеркальной антенны со специальным профилем контррефлектора. Даны сравнительные характеристики классического профиля и модифицированного.

Ключевые слова: радиотехника, антенно-фидерные устройства, двухзеркальная антенна, контррефлектор специальной формы.

Системы управления, космическая навигация и связь

AXISYMMETRIC DUAL-REFLECTOR ANTENNA WITH A SPECIAL PROFILE OF SUBREFLECTOR

R. S. Zubarev*, Y. V. Krylov, A. Y. Lapin

JSC "Information satellite systems" named after academician M. F. Reshetnev" 52, Lenin Str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation. *E-mail: ryden@mail.ru

The research reflects the possibility of applying the dual-reflector antenna with a special subreflector profile to the satellite communications. The article presents the compared characteristics of the classic profile and modified profile of subreflector.

Keywords: Radio engineering, antenna-feeder devices, dual-reflector antenna, subreflector special form.

Введение. Антенная техника представляет собой неотъемлемую часть космической отрасли и спутни-костроения в частности. Зеркальные антенны - наиболее распространенный тип антенн в космической связи и радиоастрономии. Двухзеркальная антенна [1] более компактна по сравнению с однозеркальной, что зачастую оказывается весомым фактором при выборе типа антенны для борта космического аппарата. Еще одним способом уменьшения габаритов антенны при сохранении требуемых радиотехнических характеристик является применение в конструкции антенны контррефлектора со специальным профилем [2].

Конструкция и расчет антенны. Для сравнительного анализа были рассмотрены две осесиммет-ричные двухзеркальные антенны Ки-диапазона по схеме Кассегрена [3]. Основной рефлектор для обеих антенн - параболоид вращения с диаметром 1 250 мм и фокусным расстоянием 420 мм. Контррефлектор для первой антенны - классический гиперболоид вращения диаметром 200 мм, а для второй - имеющий специальный профиль отражающей поверхности, описываемой степенным полиномом вида

10 Г т

^ (г) = 2 I апгП I мм, гк е [0; 100] мм, (1)

п=1 Л

где ап - коэффициент степенного полинома; гК, мм -радиус точки на поверхности контррефлектора от оси его симметрии; 2К, мм - глубина точки от вершины контррефлектора, находящейся на оси его симметрии.

В качестве облучателя был применен гофрированный конический рупор [4] с поляризационным селек-

10.0 -5.0 0.0 5.0 degLO . О

Рис. 2. Диаграмма направленности антенны с классическим контррефлектором (КНДмакс - 43,00 дБ)

тором для разделения ортогональных поляризационных сосавляющих сигнала [5]. Габаритный эскиз антенны со специальным профилем контррефлектора приведен на рис. 1.

Рис. 1. Внешний вид антенны со специальным профилем

контррефлектора: 1 - рефлектор - осесимметричная вырезка из параболоида вращения с фокусным расстоянием ¥ = 420 мм; 2 - контррефлектор специального профиля отражающей поверхности; 3 - гофрированный конический рупор

За счет модификации контррефлектора его удалось опустить вдоль оси 2 на 36 мм и таким образом уменьшить вертикальный габарит антенны.

В результате расчета данных моделей на частоте 13,5 ГГц были получены диаграммы направленности, представленные на рис. 2 и 3.

■!"--!■—Е—i------------/ \ ......!— i —Е"

i i i I : : : i i i i

; i - ^ i i / Д ; i ^ U i ; ;

-10.0 -5.0 0.0 5.0 deglO . О

Рис. 3. Диаграмма направленности антенны со специальным профилем контррефлектора (КНДмакс - 43,47 дБ)

Решетнееские чтения. 2015

Анализ полученных результатов. Таким образом, модификация профиля контррефлектора, по сравнению с классическим гиперболическим профилем, позволяет не только уменьшить габариты антенны, но и улучшить ее энергетику (до +1 дБ) за счет увеличения значения коэффициента перехвата мощности облучателя контррефлектором (уровни облучения его кромки порядка минус 17 дБ при минус 10-12 дБ при классическом его исполнении).

За счет этого обеспечивается более равномерное распределение поля по поверхности рефлектора при минимизации фазовых искажений, что позволяет увеличить значение коэффициента использования площади апертуры основного рефлектора.

Библиографические ссылки

1. Айзенберг Г. З., Ямпольский В. Г., Терешин О. Н. Антенны УКВ. Ч. 2. М. : Связь, 1977. 288 с.

2. Вуд П. Анализ и проектирование зеркальных антенн. М. : Радио и связь, 1984. 208 с.

3. Наймушин М. П., Панченко Б. В., Шабунин С. Н., Проектирование антенных систем СВЧ. УГТУ, 1993.

4. Крылов Ю. В., Тайгин В. Б. Проектирование облучателя в Ка/р-диапазоне на основе «восстанавли-

вающей» схемы // Вестник СибГАУ. 2015. Вып. 2(16). С. 417-422.

5. Крылов Ю. В. Частотно-поляризационная селекция сигналов в рупорных облучающих системах зеркальных антенн // Исследования наукограда. 2015. № 2. С. 5-9.

References

1. Eisenberg G. Z., Yampolsky V. G., Tereshin O. N. Antennas UHF Part 2. [Antenny UKV chast' 2]. M. : Communication, 1977. 288 s.

2. Wood P., Analysis and design of reflector antennas. [Analiz i proektirovanie zerkal'nyh antenn]. M. : Radio and Communications, 1984. 208 р.

3. Naimushin M. P., Panchenko B. V., Shabunin S. N. Designing microwave antenna systems. [Proektirovanie antennyh sistem SVCh]. UGTU, 1993.

4. Krylov Yu. V., Taygin V. B. [Design feed antenna Ka/Q-band based on "repairable" scheme]. Vestnik Sib-GAU, 2015, vol. 16, no. 2, p. 417-422.

5. Krylov Yu. V. [Frequency-polarization selection signals in the horn feeding systems in reflector antennas]. The research of the science city, 2015, no. 2, p. 5-9.

© Зубарев Р. С., Крылов Ю. В., Лапин А. Ю., 2015

УДК 621.396.946

ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМЫ АДАПТАЦИИ К ПОМЕХОВОЙ ОБСТАНОВКЕ В УЗКОМ ПАРЦИАЛЬНОМ ОДНОГРАДУСНОМ ЛУЧЕ*

Т. И. Карцан2, Д. Д. Дмитриев3, И. Н. Карцан2, В. Н. Тяпкин3

2Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

3Сибирский федеральный университет Российская Федерация, 660041, г. Красноярск, просп. Свободный, 79. E-mail: kartsan2003@mail.ru

Предложено построение семилучевой адаптивной ГЗА с облучателем в виде 19-элементной решетки с кластерным формированием лучей.

Ключевые слова: диаграмма направленности, антенная решетка, коэффициент усиления, многолучевая антенна, гибридная зеркальная антенна.

PRINCIPLES OF CONSTRUCTION OF ADAPTATION NOISE CONDITIONS IN THE NARROW ONE-DEGREE PARTIAL BEAM1

T. I. Kartsan2, D. D. Dmitriev3, I. N. Kartsan2, V. N. Tyapkin3

2Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation 3Siberian Federal University 79, Svobodny Av., Krasnoyarsk, 660041, Russian Federation. E-mail: kartsan2003@mail.ru

The researchers propose construction of the seven-rayed adaptive GZA with the feed in the form of a 19-element array with the cluster beam forming.

Keywords: antenna pattern, array, amplification factor, multiple-wire antenna, hybrid mirror antenna.

Наиболее отвечающим требованиям по совершен- ние бортовой адаптивной антенны диапазона милли-ствованию средств спутниковой связи является созда- метровых волн (ММВ) с перенацеливаемыми лучами.

*Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации (соглашение от 28.10.2014 г. № 14.577.21.0155, уникальный идентификатор проекта RFMEFI57714X0155).