Парад технологий - UHF развертываемые антенны

Развертываемые спутниковые антенны

Развертываемая спутниковая антенна UHF диапазона
(производства EMS Technologies)

Наш комментарий

Тактико-технические характеристики любой системы спутниковой связи во многом определяются энергетическим бюджетом линий. Последняя существенно зависит от ширины диаграммы направленности бортовой антенны. И если в высоких диапазонах частот (20 ГГц и выше) узкие лучи формируются антенной относительно небольшого диаметра, то для частот 225…400 МГц, а также в полосах L, S, C и X диапазонов для формирования высокой направленности необходимо использовать крупноапертурные антенные системы. Разработка крупноапертурных антенных систем, предназначенных для использования на спутниках связи, требует использования целого ряда технических решений.

Назначение и общая характеристика

Развертываемая бортовая антенна UHF диапазона предназначена для использования на спутниках связи, требующих обеспечения передачи мощных широкополосных сигналов с одновременной организацией работы на прием с минимальными интермодуляционными потерями.
Характеризуется повышенным коэффициентом усиления. В настоящее время квалифицирована на уровень выходной мощности 800 Вт. Готовиться проведение квалификации на более высокие мощности.

Особенности конструкции

Антенна реализована в виде чрезвычайно компактной и легкой конструкции. Масса всей конструкции, включая механизм развертывания, составляет менее 14 кг.
В качестве излучающей структуры используется двойная коническая спиральная алюминиевая лента, параметры которой оптимизированы для обеспечения максимального усиления в рабочем диапазоне частот. В упакованном состоянии витки обмотки ленты спирали сжаты и расположены в одной плоскости, внутри специальной защитной чаши, вокруг внешней стороны двигателя системы развертывания. Габариты в упакованном состоянии соответствуют размерам чаши, которая имеет диаметр около 85 см и высоту около 25 см.
Развертывание антенны на орбите осуществляется специальным механизмом, содержащим двигатель и сборку телескопических трубок. Двигатель обеспечивает раскрытие телескопических трубок, которые механически связаны со спиральной обмоткой ленты и выполняют функции удерживающего каркаса. После развертывания, длина антенны составляет около 3 м в длину, чем обеспечивается достаточно узкий луч, имеющий относительно большое усиление в UHF диапазоне.
В стандартном варианте антенна предназначена для работы в полосе частот примерно 1.35:1 относительно 280 МГц. Однако, легко может быть модернизирована для эксплуатации в других UHF диапазонах частот.

Интермодуляционные продукты

Одна из главных особенностей UHF антенны состоит в чрезвычайно низком уровне генерации пассивных интермодуляционных продуктов (PIM). Конструкция антенны UHF диапазона специально проектировалась, чтобы избежать всех механизмов, которые могли бы приводить к генерации PIM. В типовом варианте UHF антенны уровень PIM при передаче двух 80 Вт несущих, имеющих различную частоту, не превышает -140 dBm. Минимальный уровень PIM зависит от заданных требований по ширине полосы приема и передачи.
Низкий уровень генерации пассивных интермодуляционных продуктов позволяет использовать это антенну там, где необходимо передавать мощные широкополосные сигналы и одновременно принимать другие сигналы, используя только одну антенну.

Программное обеспечение

Особую роль в разработке антенн UHF диапазона играет специализированное программное обеспечение MOM (Method of Moments electromagnetic modeling).
Первоначально, разработка и оптимизация параметров UHF антенн выполнялись эмпирически, с проведением измерений характеристик большого числа альтернативных конструкций антенн на специальном испытательном полигоне.
Использование МОМ позволило смоделировать на компьютере с высокой степенью точности все достаточно "тонкие" эффекты, определяющие результирующие характеристики антенны. Эффективность использования МОМ можно оценить тем фактом, что оптимизированные на компьютере параметры UHF антенны привели к созданию конструкции антенны, усиление которой на 1 дБ выше, чем лучший результат, который мог бы быть достигнут после выполнения исчерпывающей последовательности эмпирических корректировок.
В частности, были найдены такие параметры возбуждения, которые обеспечили повышение усиления с примерно с 0.05 дБ до 0.1 дБ. Эти частные решения, полученные с использованием МОМ, в отдельности давали слишком малый эффект, чтобы их можно было обнаружить при измерениях на испытательном полигоне.

Основные технические характеристики

ширина полосы частот: до 1.35:1 (относительно 280 МГц)
поляризация: круговая
усиление: 13 дБ (для 280 МГц и глобального покрытия с GEO)
максимальная выходная мощность: до 800 Вт
длина конструкции развернутой антенны: около 3 м
габариты в упакованном состоянии: 0.85 м диаметр, 0.25 м высота
масса: менее 14 кг (включая механизм развертывания)
потери: менее -20 дБ

Примеры практического использования

Развертываемые UHF антенны эксплуатируются уже почти 20 лет, как правило, на спутниках связи военного назначения.
FLTSAT