RU217563U1

RU217563U1 - HELICAL ANTENNA

Info

Publication number: RU217563U1
Application number: RU2023100258U
Authority: RU
Inventors: Ефим Анатольевич Иванов; Василий Николаевич Наговицин; Юрий Борисович Чекунов; Юлия Васильевна Назаренко
Original assignee: Акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва"
Filing date: 2023-01-11
Publication date: 2023-04-05

Abstract

Полезная модель относится к области радиотехники, а точнее к области спиральных антенн, и может быть использована в качестве спиральной антенны для радиотехнических систем с особыми эксплуатационными нагрузками, например в составе космических летательных аппаратов (КЛА). Технической проблемой, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является невозможность применяемости известных спиральных антенн в особых условиях эксплуатаций, например в составе КЛА при выводе посредством ракеты-носителя. Указанная техническая проблема решается посредством совершенствования конструкций спиральной антенны, содержащей цилиндрический излучатель, установленный над металлическим экраном, размещенный на диэлектрическом каркасе. При этом, с целью повышения первой собственной частоты конструкций, диэлектрический каркас, выполненный в виде стержня из композитного радиопрозрачного материала, например стеклопластика, имеет сечение круглого тонкостенного кольца, жесткость сечения которого уменьшается по направлению от крепления диэлектрического каркаса к концу спиральной антенны. В то же время, сечение переменной жесткости, по направлению от крепления диэлектрического каркаса к концу спиральной антенны, может уменьшаться неравномерно. Техническим результатом, при использовании заявляемой полезной модели, является повышение первой собственной частоты конструкций и, как следствие, возможности его эксплуатаций в составе космического летательного аппарата.

The utility model relates to the field of radio engineering, and more specifically to the field of helical antennas, and can be used as a helical antenna for radio engineering systems with special operational loads, for example, as part of spacecraft (SV). The technical problem to be solved by the claimed utility model is the impossibility of using known helical antennas in special operating conditions, for example, as part of a spacecraft when launched by a launch vehicle. This technical problem is solved by improving the design of a helical antenna containing a cylindrical radiator mounted above a metal screen, placed on a dielectric frame. At the same time, in order to increase the first natural frequency of the structures, the dielectric frame, made in the form of a rod of a composite radio-transparent material, such as fiberglass, has a cross section of a round thin-walled ring, the cross-sectional rigidity of which decreases in the direction from the fastening of the dielectric frame to the end of the helical antenna. At the same time, the cross section of variable stiffness, in the direction from the fastening of the dielectric frame to the end of the helical antenna, can decrease unevenly. The technical result, when using the claimed utility model, is to increase the first natural frequency of structures and, as a result, the possibility of its operation as part of a spacecraft.

Description

Полезная модель относится к области радиотехники, а точнее к области спиральных антенн, и может быть использована в качестве спиральной антенны для радиотехнических систем с особыми эксплуатационными нагрузками, например в составе космических летательных аппаратов (КЛА).The utility model relates to the field of radio engineering, and more specifically to the field of helical antennas, and can be used as a helical antenna for radio engineering systems with special operational loads, for example, as part of spacecraft (SV).

Из существующего уровня техники известны спиральные антенны, содержащие каркас из диэлектрического материала, на котором закреплены спиральные излучатели (патенты US2958081, US3188643, RU2657254).Helical antennas are known from the prior art, containing a frame made of a dielectric material, on which helical emitters are fixed (patents US2958081, US3188643, RU2657254).

Недостатком всех этих изобретений является отсутствие конфигураций самого диэлектрического каркаса, что приводит к невозможности оценить его применимость в особых условиях эксплуатаций, например, на КЛА.The disadvantage of all these inventions is the lack of configurations of the dielectric frame itself, which makes it impossible to evaluate its applicability in special operating conditions, for example, on spacecraft.

В качестве прототипа выбрана спиральная антенна, описанная в патенте SU1483511, содержащая спиральный излучатель, установленный над металлическим экраном, размещенный на диэлектрическом каркасе.As a prototype selected helical antenna, described in the patent SU1483511, containing a helical emitter mounted above a metal screen, placed on a dielectric frame.

Недостатком этого изобретения является отсутствие конфигураций самого диэлектрического каркаса, что приводит к невозможности оценить его применимость в особых условиях эксплуатаций, например, на КЛА.The disadvantage of this invention is the lack of configurations of the dielectric frame itself, which makes it impossible to evaluate its applicability in special operating conditions, for example, on spacecraft.

Для заявленного устройства выявлены следующие общие с прототипом существенные признаки: спиральная антенна, содержащая диэлектрический каркас, установленный над металлическим экраном, на котором размещен спиральный излучатель.For the claimed device, the following essential features common with the prototype have been identified: a helical antenna containing a dielectric frame mounted above a metal screen on which a helical emitter is placed.

Технической проблемой, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является невозможность применяемости известных спиральных антенн в особых условиях эксплуатаций, например, в составе КЛА при выводе посредством ракеты-носителя.The technical problem to be solved by the claimed utility model is the impossibility of using known helical antennas in special operating conditions, for example, as part of a spacecraft when launched by a launch vehicle.

Указанная техническая проблема решается посредством совершенствования конструкций спиральной антенны, содержащей цилиндрический излучатель, установленный над металлическим экраном, размещенный на диэлектрическом каркасе. При этом, с целью повышения первой собственной частоты конструкций, диэлектрический каркас, выполненный в виде стержня из композитного радиопрозрачного материала, например стеклопластика, имеет сечение круглого тонкостенного кольца, жесткость сечения которого уменьшается по направлению от крепления диэлектрического каркаса к концу спиральной антенны. В то же время, сечение переменной жесткости, по направлению от крепления диэлектрического каркаса к концу спиральной антенны, может уменьшаться неравномерно.This technical problem is solved by improving the design of a helical antenna containing a cylindrical radiator mounted above a metal screen, placed on a dielectric frame. At the same time, in order to increase the first natural frequency of the structures, the dielectric frame, made in the form of a rod of a composite radio-transparent material, such as fiberglass, has a cross section of a round thin-walled ring, the cross-sectional rigidity of which decreases in the direction from the fastening of the dielectric frame to the end of the helical antenna. At the same time, the cross section of variable stiffness, in the direction from the fastening of the dielectric frame to the end of the helical antenna, can decrease unevenly.

Сущность заявленного технического решения поясняется тремя чертежами:The essence of the claimed technical solution is illustrated by three drawings:

фиг. 1 – проекционный вид спиральной антенны;fig. 1 – projection view of the helical antenna;

фиг. 2 – схема диэлектрического каркаса с равномерным уменьшением жесткости сечения;fig. 2 - scheme of the dielectric frame with a uniform decrease in the rigidity of the section;

фиг. 3 – схема диэлектрического каркаса с неравномерным уменьшением жесткости сечения.fig. 3 is a diagram of a dielectric frame with an uneven decrease in the section stiffness.

Для спиральных антенн, предназначенных для вывода на орбиту в составе космического аппарата (КА), предусмотрены особые режимы эксплуатаций. Они заключаются в том, что в момент вывода на ракете-носителе, вся конструкция КА, включая спиральную антенну, испытывает вибрационное воздействие. И для того, чтобы снизить уровень напряжения в конструкции спиральной антенны, необходимо увеличить ее жесткость с целью максимального смещения резонанса в область более высоких частот.For spiral antennas intended for launching into orbit as part of a spacecraft (SC), special operating modes are provided. They lie in the fact that at the moment of launch on the launch vehicle, the entire structure of the spacecraft, including the spiral antenna, experiences a vibrational effect. And in order to reduce the stress level in the design of the helical antenna, it is necessary to increase its rigidity in order to maximize the resonance shift to higher frequencies.

Спиральная антенна (см. фиг. 1) состоит из металлического экрана 1, над которым установлен диэлектрический каркас 2, выполненный в виде полого стержня с сечением тонкостенного кольца, жесткость сечения которого уменьшается по направлению от крепления самого диэлектрического каркаса к металлическому экрану 1 до конца спиральной антенны. На каркасе 2 закреплены спиральные излучатели 3. A helical antenna (see Fig. 1) consists of a metal screen 1, above which a dielectric frame 2 is installed, made in the form of a hollow rod with a thin-walled ring cross section, the cross-sectional rigidity of which decreases in the direction from the attachment of the dielectric frame itself to the metal screen 1 to the end of the spiral antennas. Spiral emitters 3 are fixed on the frame 2.

На фиг. 2 изображена схема спиральной антенны с диэлектрическим каркасом 2, установленным над металлическим экраном 1, в которой жесткость сечения меняется преимущественно за счет изменения толщины стенки тонкостенного кольца, и изменение толщины происходит равномерно.In FIG. 2 shows a diagram of a helical antenna with a dielectric frame 2 installed above a metal screen 1, in which the cross-sectional rigidity changes mainly due to a change in the wall thickness of the thin-walled ring, and the change in thickness occurs uniformly.

В тех случаях, когда исполнение подобной конфигураций, согласно фиг. 2, является трудновыполнимой, возможно реализовать конфигурацию согласно схеме, изображенной на фиг. 3, в которой жесткость меняется неравномерно и за счет установки внутренних вставок 4, телескопически вставленных одна в другую, которые представляют из себя полые стрежни с сечением тонкостенного кольца, смонтированные в диэлектрический каркас 2 с внутренней стороны, и прикрепленные к нему, например, при помощи клеевого соединения.In those cases where the implementation of such configurations, according to FIG. 2 is difficult, it is possible to realize the configuration according to the diagram shown in FIG. 3, in which the rigidity changes unevenly and due to the installation of internal inserts 4, telescopically inserted one into the other, which are hollow rods with a thin-walled ring cross section, mounted in a dielectric frame 2 from the inside, and attached to it, for example, using adhesive connection.

Техническим результатом, при использовании заявляемой полезной модели, является повышение первой собственной частоты конструкций, и как следствие, возможности его эксплуатаций в составе космического летательного аппарата.The technical result, when using the claimed utility model, is to increase the first natural frequency of structures, and as a result, the possibility of its operation as part of a spacecraft.

Claims

1. A helical antenna containing a dielectric frame, on which a helical emitter is placed, mounted above a metal screen, characterized in that the dielectric frame is made in the form of a rod made of a composite radio-transparent material having a cross section of a circular ring, the cross-sectional rigidity of which decreases in the direction from the fastening of the dielectric frame towards the end of the helical antenna.

2. Helical antenna according to claim 1, characterized in that the cross section of variable stiffness decreases in the direction from the fastening of the dielectric frame to the end of the helical antenna non-uniformly.