CC BY
43
УДК 338.246
МЕХАНИЗМ КАЧАНИЯ КОНТРРЕФЛЕКТОРА ДЛЯ КОНИЧЕСКОГО
СКАНИРОВАНИЯ
Р. А. Мирзаев
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
Е-таП: [email protected]
При переходе на миллиметровый диапазон длин волн в космической связи возникает сложная задача повышения точности ориентации антенны. Проведена оценка требуемой точности наведения антенны на космический аппарат. Описаны механизмы, позволяющие повысить точность направленности луча наземной антенны на спутник.
Ключевые слова: антенна миллиметрового диапазона, опорно-поворотное устройство, механизм параллельной структуры, механизм качания контррефлектора.
SIMULATION OF CURRENT PROPERTY VALUE IN KRASNOYARSK
R. A. Mirzaev
Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]
The difficult task of improving the accuracy of antenna orientation occurs when switching to millimeter waves in space communications. The required antenna pointing accuracy of the spacecraft is determined. Mechanisms to improve the accuracy of the direction the ray from the antenna to the satellite are described.
Keywords: millimeter-wave antenna, supporting and turning arrangement, mechanism of parallel structure, mechanism swing convergent mirror.
Актуально проблемой в радиосвязи на сегодняшний день является переход на миллиметровый диапазон длин волн. Достоинствами систем связи миллиметрового диапазона являются большие скорости передачи данных, компактные размеры антенн, низкое энергопотребление, высокая электромагнитная совместимость [1].
Однако разработка антенных модулей миллиметрового диапазона осложнена необходимостью точного наведения на космический аппарат, возникающей по причине узкой диаграммы направленности (ДН) антенны [2]. При переходе, например, из диапазона 4 ГГц в диапазон 30 ГГц ширина диаграммы направленности снижается в 7,5 раз. Если учесть, что точность наведения луча должна составлять примерно 0,1 ширины ДН, то для 30 ГГц необходимо обеспечить точность наведения ±0,1 угл. мин, что является сложной технической проблемой [1].
Допустимый уровень потерь принимаемого и передаваемого сигналов от неточности наведения принят равным 0,4 дБ. Для того чтобы перейти от потерь в дБ к угловой мере А0нав расхождения направления главного излучения (приема) антенной системы и направления на ретранслятор в градусах, воспользуемся формулой [1]:
л
денав = 13,7 d , (1)
где А0нав - допустимая погрешность наведения луча на ИСЗ, град; X - длинна волны, мм; D - диаметр рефлектора антенны, мм.
Для антенны 01,2 м работающей на частоте 40 ГГц (X = 7,5 мм) допустимая угловая погрешность наведения составляет 5 угловых минут. Для сравнения для С-диапазона - 30-50 угловых минут. Весьма узкие диаграммы направленности антенн предъявляют повышенные требования, как к точно-
Секция «Механика конструкций ракетно-космической техники»
сти наведения антенн, так и к жесткости конструкции, на которой монтируется облучающая система [3]. Недопустимы значительные отклонения при ветровой нагрузке, а также вследствие температурного расширения.
Обозначенную проблему возможно решить, используя опорно-поворотные устройства, реализованные на основе механизмов параллельной структуры (МПС). Достоинствами многоприводных систем с замкнутой структурой являются: большая точность и жесткость, высокие рабочие нагрузки и другие [4, 5]. Имеется опыт применения данных механизмов для ориентации рефлекторов и контррефлекторов антенных систем как в России [3], так и зарубежном [6].
Для антенных систем с большим диаметром рефлектора рационально осуществлять отклонение луча с помощью наклона контррефлектора. На этом принципе была построена и исследована оригинальная схема конического сканирования антенны и гиперболодйного контррефлектора [3]. В этой системе сканирование обеспечивается с помощью механизма с тремя сервоуправляемыми толкателями (рис. 1).
Рис. 1. Схема устройства качания контррефлектора: 1 - контррефлектор; 2 - рама; 3 - толкатель; 4 - шаровой шарнир
Рис. 2. Схема (а) и геометрия (б) системы конического сканирования с тремя толкателями
Такое конструктивное решение оказалось предпочтительным, поскольку при вращении большого трехметрового контррефлектора массой 120 кг появляются трудно компенсируемые гироскопические силы, которые приводят к возникновению концентрации напряжений в некоторых элементах
центральной части зеркала, что создает опасность их разрушения. Кроме того, в варианте с вращением контррефлектора усложняется механизм осевого вращения, используемый при фокусировки антенны.
Для малых значений изменений углов места и азимута коническое сканирование может быть обеспечено с помощью трехфазной системы, создающей качающие движения платформы, подвешенной в трех точках. Такая подвеска обладает существенным преимуществом: контррефлектор оказывается жестко закреплен, и в то же время в конструкции не создаются перенапряжения. Толкатели, управляющие движением, не должны быть сдвинуты в каком-либо определенном направлении, чтобы предотвратить появление внутренних напряжений в конструкции контррефлектора. Схема с тремя шарнирно закрепленными толкателями представлена выше (см. рис. 2, а).
Контррефлектор закрепляется на раме АВС, приводимой в движение через шаровые шарниры от поршней трех идентичных гидравлических цилиндров. Поршень и его шток ограничивают поперечные движения рамы относительно цилиндра. Цилиндр подвешен на двух шарнирах Qrt и Qr2. Эти шарниры создают возможность свободных поворотов цилиндра относительно оси HL, и в тоже время движение в направлении этой оси ограничено с помощью опорных колец, одно из которых показано на шарнире Qr2. Описанная система подвески является кинематической схемой, не создающей напряжений в раме АВС. На рис. 2, б. рассматриваемый механизм представлен схематически [3].
Обозначенную проблему повышения точности направленности луча наземной антенны на космический аппарат можно решить, применив опорно-поворотные устройства с нетрадиционной замкнутой структурой. За рубежом имеется опыт применения МПС для ориентации антенн и телескопов.
Библиографические ссылки
1. Фролов О. П. Антенные системы земных станций спутниковой связи. М. : Радио и связь. 2000. 320 с.
2. Мирзаев Р. А. О применении гексаподов в качестве опорно-поворотных устройств антенн миллиметрового диапазона // Системы связи и радионавигации : сб. тезисов. Красноярск : ОАО «НПП «Радиосвязь», 2014. С. 41-43.
3. Покрас А. М., Цирлин В. М., Кудеяров Г. Н. Системы наведения антенн земных станций спутниковой связи. М. : Связь 1978. 152 с.
4. Mirzaev R. A. About application hexapods in systems of orientation of space antennas // European Science and technology: materials of the IX international research and practice conference. Vol. II Munich, Germany, 2014. P. 394-398.
5. Мирзаев Р. А., Смирнов Н. А. Алгоритмическое обеспечение АСУ механизмом ориентации наземной антенны космической связи // Теоретические и практические аспекты развития современной науки: материалы XIV Междунар. науч.-практ. конф. М. : Институт стратегических исследований, 2014. С. 27-32.
6. Liu X-J., Wang J. Some new parallel mechanisms containing the planar four-bar parallelogram. // Int. J. of Robotics Research. 2003. № 22(9). P. 717-732.
© Мирзаев Р. А., 2015
