CC BY
65
УДК 621.396
РАЗВИТИЕ МНОГОЛУЧЕВЫХ АНТЕНН В РОССИЙСКИХ СИСТЕМАХ
СПУТНИКОВОЙ СВЯЗИ
Н. Г. Ртищева1, Л. М. Скопинцева2
1Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31 222 НИО 2 НИУ НИЦ ВА РВСН им. Петра Великого Российская Федерация, 143900, Московская область, г. Балашиха, ул. Карбышева, 8
E-mail: [email protected]
Рассмотрены основные вопросы проектирования многолучевой антенны Ка-диапазона для космических аппаратов на геостационарной орбите, предназначенной для космического сегмента спутниковой системы высокоскоростного доступа.
Ключевые слова: космические аппараты, система спутниковой связи, многолучевая антенна, зона обслуживания, диаграмма направленности.
THE DEVELOPMENT OF MULTIBEAM ANTENNAS IN THE RUSSIAN SATELLITE
COMMUNICATION SYSTEMS
N. G. Rtishchev1, L. M. Skopintseva2
1Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation
222 NIO 2 NIU NIC VA Peter the Great 8, Karbysheva Str., Balashikha, Moscow region, 143900, Russian Federation
E-mail: [email protected]
Describes the main design issues of multi-beam antenna in Ka band for satellites in geostationary orbit designed for space segment of satellite system for high-speed access.
Keywords: spacecraft, satellite communications, multibeam antenna, the service area, the directivity pattern.
В России в настоящее время ведутся активные работы по созданию многолучевых антенн (МЛА) и их применению в системах спутниковой связи (ССС). Одним из ведущих предприятий мира по разработке и производству космических аппаратов (КА) является АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева», г. Железногорск.
Приведены варианты исполнения адаптивной антенны, позволяющий эффективно подавлять помеху с заданного направления при сохранении уровня сигнала в большей части зоны обслуживания. При использовании классических МЛА, где схема антенно-фидерной системы (АФС) построена по принципу «облучатель-луч», защита от помехи осуществляется отключением приемника для заданного луча. Однако это также лишало связи или приводило к значительному ухудшению качества связи тех, кто находился в зоне отключения сигнала. Представленная адаптивная антенная система (рис. 1) должна обеспечивать работу в двух режимах:
- многолучевой режим;
- режим подавления.
Данные режимы при их совмещении могут существенно дополнять друг друга [1; 2].
Как показали результаты моделирования, система позволяет формировать провалы в диаграмме направленности (ДН) на 25-30 дБ для подавления направленных помех.
Для проектирования МЛА за основу принята двухзеркальная антенная система с многоэлементным облучателем. Каждой зоне обслуживания (ЗО) соответствует излучатель, нацеленный
Секция «Автоматика и электроника»
на центр этой зоны. В ретрансляторе КА предполагается применить раздельные приемную и передающую МЛА. Учитывая значительное отличие рабочих частот, их раздельное выполнение позволит оптимизировать антенны по максимуму КУ, снизить уровень боковых лепестков (УБЛ) и уменьшить кроссполяризационное излучение, а также точнее выдержать взаимное соответствие ЗО на прием и передачу.
V
_
ХБдокн УПрДВЛ«Л1Я формой лучеА
: Ул
Рис. 1. Габаритный эскиз МЛА Ка-диапазона
Основные трудности при выборе схемы построения антенной системы МЛА связаны с формированием большого числа парциальных лучей и отклонением их значительной части от оси системы на угол, превышающий в 7...9 раз ширину центрального парциального луча. Устранение аберраций для отклоненных лучей в них достигается применением специальной формы одного или двух зеркал.
Для зеркальных систем, у которых сектор сканирования вытянут в одной плоскости (территория РФ вытянута в меридиональной плоскости примерно в 5 раз), хорошие характеристики можно получить, применяя зеркала тороидального типа. У двухзеркальной антенны с зеркалами тороидального типа сектор сканирования вытянут в плоскости, ортогональной оси тороида, а вспомогательное зеркало в этой плоскости близко по форме зеркалу типа Кассегрена.
Немалое внимание уделяется разработке антенных систем с цифровым диаграммообразо-ванием. Построение цифровой антенной решетки (ЦАР), сочетающей в себе малую стоимость, сравнительно небольшой вес, малые продольные размеры, осесимметричное электрическое сканирование лучами в небольших пределах (±8,7°) является актуальной задачей. В работе предлагается построение ЦАР из крупноапертурных излучателей (КАИ), представляющих собой МЛА. Подобная антенна совмещает в себе преимущества как фазированных антенных решеток (АР), так и МЛА [3].
В качестве КАИ предлагается применение гибридно-линзовой антенны (ГЛА), поскольку в ней отсутствует затенение апертуры массивным облучателем, а малошумящий преобразователь и цифровая аппаратура размещаются в приборном отсеке, где они будут закрыты от прямых солнечных лучей и метеоритной пыли приборным блоком (рисунок 2).
Рис. 2. Цифровая антенная решетка: а - конструктивное исполнение ЦАР Х-диапазона; б - блок облучателей КАИ: 1 - волноводная линза КАИ; 2 - панель с линзами; 3, 8 - стойки; 4 - облучатель КАИ; 5 - панель с облучателями; 6 - панель с МШПр; 7 - волноводный тракт; 9 - МШПр; 10 - фланец облучателя; 11 - кронштейн с МШПр
Разработка МЛА для отечественных КА - одна из самых актуальных современных задач российской системы спутниковой связи, решение которой позволит получить совершенно новое качество услуг связи и коммуникаций. МЛА на геостационарном КА обеспечит в едином цифровом блоке мультимедийные теле- и радиоуслуги, передачу данных, управление, телефонию, прямой доступ в Интернет, видеоконференцсвязь в пределах всей территории РФ и сопредельных государств.
Библиографические ссылки
1. Spatial suppression of interference in hybrid reflector antennas / I. N. Kartsan et al. // IOP Conference Series : Materials Science and Engineering. 2016. Т. 122. С. 012010.
2. Карцан И. Н., Карцан Т. И., Тяпкин В. Н. Оценка эффективности многолучевой гибридно-зеркальной антенны // Решетневские чтения. 2016. Т. 1. № 20. С. 267-269.
3. Дмитриев Д. Д., Карцан И. Н. Адаптивные антенные решетки с цифровым формированием луча // Решетневские чтения. 2016. Т. 1. № 20. С. 263-265.
© Ртищева Н. Г., Скопинцева Л. М., 2017
