RU2783226C1 - Method for satellite communication systems using helical type antennas - Google Patents

Method for satellite communication systems using helical type antennas Download PDF

Info

Publication number
RU2783226C1
RU2783226C1 RU2021138025A RU2021138025A RU2783226C1 RU 2783226 C1 RU2783226 C1 RU 2783226C1 RU 2021138025 A RU2021138025 A RU 2021138025A RU 2021138025 A RU2021138025 A RU 2021138025A RU 2783226 C1 RU2783226 C1 RU 2783226C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
antenna
antennas
spacecraft
radio
earth
Prior art date
Application number
RU2021138025A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Георгиевич Генералов
Виталий Иванович Глухов
Алексей Артамонович Артамонов
Алексей Иванович Бурчак
Андрей Валентинович Василенко
Галина Витальевна Посаженникова
Original Assignee
Акционерное общество "Научно-исследовательский институт электромеханики" (АО "НИИЭМ")
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Научно-исследовательский институт электромеханики" (АО "НИИЭМ") filed Critical Акционерное общество "Научно-исследовательский институт электромеханики" (АО "НИИЭМ")
Application granted granted Critical
Publication of RU2783226C1 publication Critical patent/RU2783226C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: antenna technology.
SUBSTANCE: invention relates to antenna technology, in particular to radio transmission systems of spacecraft using antennas of the helical type. The effect is achieved by the proposed method for satellite communication systems using spiral-type antennas, which consists in installing a transmitting antenna for the transmitter and a receiving antenna for the receiver on the body of the spacecraft, interconnected by the principle of reciprocity, connecting feeders to them, four antenna emitters are wound in a spiral in the form of a cylinder, to which signals are supplied with a phase shift of 0°, 90°, 180°, 270°, characterized in that a second antenna is added to each antenna - receiving and transmitting - through a power shaper, while the first antennas have a wide radiation pattern to the Earth, and the added second antennas - a narrowed radiation pattern in the opposite direction - to the zenith, and all antennas are made of all-metal, and the radiators are powered by a slot-type balancing device.
EFFECT: high reliability and efficient radio communication during the entire period of active existence of the spacecraft.
1 cl, 3 dwg

Description

НазначениеPurpose

Изобретение относится к приемо-передающим системам радиосвязи космических аппаратов (КА) с использованием антенн спирального типа, преимущественно дециметрового и сантиметрового диапазонов, для передачи и приема радиочастотных сигналов с близкой к круговой (эллиптической) поляризацией.SUBSTANCE: invention relates to receiving and transmitting radio communication systems of space vehicles (SC) using spiral-type antennas, mainly decimeter and centimeter ranges, for transmitting and receiving radio-frequency signals with close to circular (elliptical) polarization.

Уровень техникиState of the art

Процесс радиосвязи принципиально невозможен без использования радиоволн и, следовательно, антенно-фидерных устройств (АФУ) в виде передающей антенны, которая преобразует поступающие по фидеру с выхода радиопередатчика связанные электромагнитные волны (в фидерах радиочастотные сигналы распространяются в виде направляемых электромагнитных волн, которые связаны с зарядами и токами) в свободные электромагнитные волны (радиоволны) в открытом пространстве, и приемной, которая преобразует радиоволны в связанные электромагнитные волны, поступающие по фидеру на вход радиоприемника.The radio communication process is fundamentally impossible without the use of radio waves and, therefore, antenna-feeder devices (AFD) in the form of a transmitting antenna, which converts the coupled electromagnetic waves coming through the feeder from the output of the radio transmitter (in the feeders, radio frequency signals propagate in the form of guided electromagnetic waves that are associated with charges and currents) into free electromagnetic waves (radio waves) in open space, and a receiver, which converts radio waves into coupled electromagnetic waves coming through the feeder to the input of the radio receiver.

Традиционно, в качестве бортовых АФУ КА используют различные типы антенн: спирального типа, вибраторные, штыревые, рупорные, зеркальные, печатные и др., в том числе и антенные решетки (см. Генералов А.Г., Гаджиев Э.В., Салихова М.Р. Применение спиральных антенн для бортовых систем и комплексов. Труды МАИ. Выпуск №106. Сайт: http://trudymai.ru/).Traditionally, various types of antennas are used as onboard AFUs of spacecraft: helical, vibrator, whip, horn, mirror, printed, etc., including antenna arrays (see Generalov A.G., Gadzhiev E.V., Salikhova MR Application of helical antennas for on-board systems and complexes, Proceedings of the Moscow Aviation Institute, Issue No. 106, Website: http://trudymai.ru/).

На сегодня широкое применение находит класс спиральных антенн и прежде всего, многозаходные (четырехзаходные) антенны спирального типа (см. патент, РФ, №2208272). Основной диапазон работы спиральной антенны - дециметровый и сантиметровый диапазон волн (см. сайт: https://www.bestreferat.ru/referat-207565.html). Использование спиральной антенны в метровом диапазоне возможно там, где конструкция КА позволяет устанавливать достаточно большие габаритные размеры антенн. Так, например, спиральные антенны метрового диапазона нашли применение в составе больших КА «Метеор», массой около 3000 кг (головной исполнитель АО "Корпорация "ВНИИЭМ", г. Москва) и КА «Ресурс», массой более 5000 кг (головной исполнитель РКЦ «Прогресс», г. Самара).Today, a class of helical antennas is widely used, and above all, multi-pass (four-pass) antennas of the helical type (see patent, RF, No. 2208272). The main operating range of the helical antenna is the decimeter and centimeter wave range (see website: https://www.bestreferat.ru/referat-207565.html). The use of a helical antenna in the meter range is possible where the design of the spacecraft allows you to install sufficiently large overall dimensions of the antennas. So, for example, helical antennas of the meter range have found application as part of large spacecraft "Meteor", weighing about 3000 kg (head contractor JSC "Corporation" VNIIEM", Moscow) and spacecraft "Resurs", weighing more than 5000 kg (head contractor RCC "Progress", Samara).

При осуществлении связи с движущимися объектами, в том числе, со спутниками, целесообразно использовать близкую к круговой (эллиптическую) поляризацию, плоскость которой определяется как плоскость, проходящая через направление распространения и вектор напряженности электрического поля (см. В.П. Кубанов. Антенны и фидеры - назначение и параметры. Самара 2015, стр. 31). Четырехзаходная спиральная антенна позволяет формировать и принимать излучение с поляризацией, близкой к круговой, обеспечивает формирование диаграммы излучения, близкой к полусферической.When communicating with moving objects, including satellites, it is advisable to use close to circular (elliptical) polarization, the plane of which is defined as a plane passing through the propagation direction and the electric field strength vector (see V.P. Kubanov. Antennas and feeders - purpose and parameters Samara 2015, p. 31). A four-wire helical antenna makes it possible to form and receive radiation with a polarization close to circular, and provides the formation of a radiation pattern close to hemispherical.

Преимуществом четырехзаходной спиральной антенны является способность формировать диаграмму направленности от игольчатого осевого главного лепестка до очень широкого главного лепестка, охватывающего почти всю сферу. В диаграмме также может потребоваться наличие пиков и провалов при некоторых углах. Это осуществляется путем возбуждения различных режимов излучения, осевого и/или радиального.The advantage of a four-way helical antenna is the ability to beam from a needle-shaped axial main lobe to a very wide main lobe covering almost the entire sphere. The chart may also need to have peaks and troughs at certain angles. This is done by excitation of different modes of radiation, axial and/or radial.

В четырехзаходной спиральной антенне, используют разнесенные четыре излучателя, возбуждаемые сигналами с фазами 0°, 90°, 180° и 270 (см. патент, РФ, №2142183). Длина излучателей в типовом случае равна целому кратному четвертей длины волны на рабочей частоте устройства связи. Диаграммы излучения обычно подстраиваются путем изменения шага излучателя, длины излучателя (в целых кратных четверти длины волны) и диаметра цилиндрической спирали. Длины излучателей составляют целое кратное четверти длины волны на желательной резонансной частоте. В идеальном случае схема питания должна создавать падающие волны со сдвигом фаз на 90 градусов и с одинаковой амплитудой (см. патент, РФ, №143825).In a four-way helical antenna, four spaced emitters are used, excited by signals with phases of 0°, 90°, 180° and 270 (see patent, RF, No. 2142183). The length of the emitters is typically equal to an integer multiple of a quarter wavelength at the operating frequency of the communication device. Radiation patterns are usually adjusted by changing the emitter pitch, the emitter length (in whole multiples of a quarter of the wavelength), and the diameter of the cylindrical helix. The lengths of the emitters are an integer multiple of a quarter wavelength at the desired resonant frequency. Ideally, the power circuit should create incident waves with a phase shift of 90 degrees and with the same amplitude (see patent, RF, No. 143825).

Бортовые АФУ составляют неотъемлемую часть КА и обеспечивают одну из главных задач - это обмен информацией между КА и наземным комплексом управления. С наземного комплекса управления по радиоканалу передают команды управления (командно-программную информацию в составе рабочих программ и разовые команды), а с борта КА в наземный комплекс управления по каналу телеметрии передают телеметрическую информацию. Зачастую используют передающую и приемную антенны, связанные между собой принципом взаимности (см. сайт: https://helpiks.org/5-98079.html). С помощью принципа взаимности можно доказать, что параметры антенн в режиме приема сохраняются теми же, что и в режиме передачи, хотя некоторые параметры и меняют свой смысл.Onboard AFS are an integral part of the spacecraft and provide one of the main tasks - the exchange of information between the spacecraft and the ground control complex. Control commands (command-program information as part of work programs and one-time commands) are transmitted from the ground control complex via a radio channel, and telemetry information is transmitted from the spacecraft board to the ground control complex via a telemetry channel. Often, transmitting and receiving antennas are used, interconnected by the principle of reciprocity (see website: https://helpiks.org/5-98079.html). Using the reciprocity principle, it can be proved that the antenna parameters in the receive mode remain the same as in the transmit mode, although some parameters change their meaning.

От качества и непрерывности сеансов связи КА с наземным комплексом управления зависит выполнение возложенных задач на КА и его целевого функционирования. Для использования в технике космической связи четырехзаходная спиральная антенна обладает следующими достоинствами:The quality and continuity of communication sessions between the spacecraft and the ground control complex determine the fulfillment of the tasks assigned to the spacecraft and its intended functioning. For use in space communications technology, a four-wire helical antenna has the following advantages:

• широкополосность;• broadband;

• требуемая направленность излучения;• required radiation directivity;

• близкая к круговой, поляризация поля (это важно, поскольку, в ряде случаев поляризация принимаемого сигнала может быть случайной, например, от объектов, положение которых в пространстве изменяется или может быть произвольным);• close to circular polarization of the field (this is important because, in some cases, the polarization of the received signal can be random, for example, from objects whose position in space changes or can be arbitrary);

• малые габариты (могут функционировать как резонансные антенны);• small dimensions (can function as resonant antennas);

• достаточно простая конструкция;• fairly simple design;

• потенциальная возможность достижения высокой надежности и ресурса работы при длительной эксплуатации в космосе.• potential possibility of achieving high reliability and service life during long-term operation in space.

В соответствии с ГОСТ Р 56526-2015 надежность - это совокупность свойств, характеризующих способность АФУ обеспечивать в процессе функционирования получение заданного в техническом задании выходного эффекта при заданных условиях и режимах эксплуатации.In accordance with GOST R 56526-2015, reliability is a set of properties that characterize the ability of an AFU to ensure, in the process of operation, obtaining the output effect specified in the terms of reference under given conditions and operating modes.

С целью повышения надежности антенна и фидер должны обладать определенной электрической прочностью, исключающей механические разрушения отдельных элементов антенны или фидера вследствие электрического пробоя или теплового перегрева. Под фидером следует понимать электрическую цепь и вспомогательные устройства, с помощью которых энергия радиочастотного сигнала подводится от радиопередатчика к антенне или от антенны к радиоприемнику.In order to improve reliability, the antenna and feeder must have a certain electrical strength, which excludes mechanical damage to individual elements of the antenna or feeder due to electrical breakdown or thermal overheating. A feeder is understood to mean an electrical circuit and ancillary devices, with the help of which the energy of the radio frequency signal is supplied from the radio transmitter to the antenna or from the antenna to the radio receiver.

Кроме того, антенна должна сохранять работоспособность в условиях воздействия на КА различных факторов космического пространства, например, локальных статических разрядов, воздействия тяжелых заряженных частиц или высокоэнергетических электронов и протонов, факторов при прохождении района терминатора, который характеризуется неблагоприятными воздействиями на КА, т.к. на поверхности КА может возникать значительный градиент потенциала из-за не выравнивания потенциалов освещенных и неосвещенных поверхностей КА. В районе терминатора (граница "свет-тень") происходит так называемая дифференциальная зарядка поверхности, которая может возникать также за счет различия вторично-эмиссионных характеристик материалов, находящихся на поверхности, различия условий попадания плазмы на отдельные участки поверхности и наличия конструктивных неоднородностей (см. Дорофеев Р.Ю. "Повышение энергоэффективности системы электропитания космического аппарата за счет использования энергии электростатического заряда поверхности космического аппарата в орбитальных условиях эксплуатации". «Российские космические системы», ул. Авиамоторная, 53, Москва, 111250, Россия e-mail: myhavkedah@mail.ru. Электронный журнал «Труды МАИ». Выпуск №68). Наряду с требованиями технического характера, перечисленными выше, к антеннам и фидерам предъявляются также требования иного плана: технологичности изготовления, удобства и безопасности эксплуатации.In addition, the antenna must remain operational under the influence of various space factors on the spacecraft, for example, local static discharges, the impact of heavy charged particles or high-energy electrons and protons, factors during the passage of the terminator region, which is characterized by adverse effects on the spacecraft, t.to. a significant potential gradient may occur on the surface of the spacecraft due to the non-equalization of the potentials of the illuminated and unlit surfaces of the spacecraft. In the region of the terminator (the "light-shadow" boundary), the so-called differential charging of the surface occurs, which can also arise due to the difference in the secondary emission characteristics of the materials located on the surface, the difference in the conditions for the plasma to hit certain areas of the surface, and the presence of structural inhomogeneities (see Fig. Dorofeev R.Yu. "Improving the energy efficiency of the spacecraft power supply system by using the energy of the electrostatic charge of the spacecraft surface in orbital operating conditions. "Russian Space Systems", Aviamotornaya st., 53, Moscow, 111250, Russia e-mail: myhavkedah@ mail.ru Electronic journal Proceedings of the MAI, Issue No. 68). Along with the technical requirements listed above, other requirements are also imposed on antennas and feeders: manufacturability, convenience and safety of operation.

Известен способ спутниковых систем связи с использованием антенн спирального типа, описанных в патенте "Четырехзаходная спиральная антенна и схема питания" (патент, РФ, №2142183), принятый за прототип изобретения, включающий передающую для передатчика и приемную для приемника антенны, связанных между собой принципом взаимности, которые устанавливают на корпусе космического аппарата. Четыре излучателя антенны выполняют травлением на излучающей части тонкой подложки, имеющей цилиндрическую форму так, что излучатели оказываются навитыми по спирали. Также на микрополосковой подложке травлением выполняют схему питания, предназначенную для подачи сигналов с фазами 0°, 90°, 180° и 270° на указанные излучатели, которые формируют шлейфовым ответвителем и делителями мощности.A known method of satellite communication systems using antennas of a helical type, described in the patent "Four-way helical antenna and power circuit" (patent, RF, No. reciprocity, which are installed on the body of the spacecraft. Four radiators of the antenna are etched on the radiating part of a thin substrate having a cylindrical shape so that the radiators are wound in a spiral. Also on the microstrip substrate, by etching, a power circuit is made to supply signals with phases of 0°, 90°, 180° and 270° to the indicated emitters, which are formed by a stub coupler and power dividers.

Основным недостатком прототипа является то, что излучатели, выполненные травлением на участке излучателей микрополосковой подложки, и схема питания, выполненная травлением на фидерном участке этой подложки не обладают достаточной механической прочностью, температурной стойкостью, а также надежностью для длительной работы в тяжелых космических условиях при воздействиях факторов космического пространства, в виде локальных статических разрядов, тяжелых заряженных частиц или высокоэнергетических электронов и протонов, дифференциальной зарядки поверхности при прохождении района терминатора. Кроме того, в прототипе не представлено оптимально достаточного использования рациональных решений по повышению надежности и ресурса эффективной радиосвязи спутниковых систем связи в "тяжелых условиях", что не может гарантировать достижение выдвигаемых на сегодня высоких требований по сроку активного существования, например, более 10 лет для КА дистанционного зондирования Земли (гарантированный срок службы на сегодня известных КА составляет 5-7 лет). Следует отметить, что длительность одного витка орбиты КА дистанционного зондирования Земли составляет приблизительно (90-100) минут, и на каждом витке происходит существенный перепад температуры при переходе с светового на теневой участок орбиты и наоборот (на околоземной орбите металл под прямыми лучами солнца прогревается до 160 градусов Цельсия, в то же время в тени предметы остывают до минус 100°С), а также на каждом витке присутствуют неблагоприятные условия при прохождении КА района терминатора.The main disadvantage of the prototype is that the emitters made by etching on the emitter section of the microstrip substrate, and the power supply circuit made by etching on the feeder section of this substrate do not have sufficient mechanical strength, temperature stability, and reliability for long-term operation in difficult space conditions under the influence of factors outer space, in the form of local static discharges, heavy charged particles or high-energy electrons and protons, differential surface charging during the passage of the terminator region. In addition, the prototype does not provide optimally sufficient use of rational solutions to improve the reliability and resource of effective radio communication of satellite communication systems in "difficult conditions", which cannot guarantee the achievement of the high requirements put forward today for the active life, for example, more than 10 years for a spacecraft remote sensing of the Earth (guaranteed service life of currently known spacecraft is 5-7 years). It should be noted that the duration of one revolution of the orbit of the Earth remote sensing spacecraft is approximately (90-100) minutes, and on each revolution there is a significant temperature drop when moving from the light to the shadow part of the orbit and vice versa (in near-Earth orbit, metal under the direct rays of the sun warms up to 160 degrees Celsius, while objects in the shade cool down to minus 100°C), and there are unfavorable conditions at each orbit when the spacecraft passes through the terminator area.

Целью предлагаемого способа спутниковых систем связи с использованием антенн спирального типа является повышение надежности и ресурса эффективной радиосвязи, в течение срока активного существования космического аппарата при длительной автономной эксплуатации в космосе.The purpose of the proposed method of satellite communication systems using spiral-type antennas is to increase the reliability and resource of effective radio communications during the life of the spacecraft during long-term autonomous operation in space.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Предлагаемый способ спутниковых систем связи с использованием антенн спирального типа заключается в том, что на корпусе космического аппарата устанавливают передающую для передатчика и приемную для приемника антенны, связанных между собой принципом взаимности, подсоединяют к ним фидеры, при этом четыре излучателя антенны выполняют навитыми по спирали в форме цилиндра. Питание излучающих элементов спирали обеспечивают с фазовым сдвигом 0°, 90°, 180°, 270°.The proposed method of satellite communication systems using spiral-type antennas consists in the fact that a transmitting antenna for the transmitter and a receiving antenna for the receiver are installed on the body of the spacecraft, interconnected by the principle of reciprocity, feeders are connected to them, while four antenna emitters are wound in a spiral in cylinder shape. The power supply of the radiating elements of the spiral is provided with a phase shift of 0°, 90°, 180°, 270°.

Сущность изобретения заключается в том, что используют резервирование передатчика и приемника путем подключения их к антеннам через формирователи мощности, при этом в орбитальном полете используют на борту космического аппарата антенну с широкой диаграммой направленности на Землю и антенну с зауженной диаграммой направленности в противоположном направлении (в зенит); при этом антенны выполняют цельнометаллическими, питание излучателей осуществляют с помощью симметрирующего устройства щелевого типа, верхнюю часть излучателей прикрепляют к щелевому устройству, а нижнюю часть прикрепляют к крестовине из высококачественного диэлектрика, под которым устанавливают диск, выполняющий роль рефлектора, способствующего формированию требуемой диаграммы направленности.The essence of the invention lies in the fact that the redundancy of the transmitter and receiver is used by connecting them to the antennas through power conditioners, while in orbital flight an antenna with a wide radiation pattern to the Earth and an antenna with a narrowed radiation pattern in the opposite direction (towards the zenith) are used on board the spacecraft. ); at the same time, the antennas are made of all-metal, the radiators are powered by a slot-type balancing device, the upper part of the radiators is attached to the slot-type device, and the lower part is attached to a high-quality dielectric crosspiece, under which a disk is installed that acts as a reflector that contributes to the formation of the required radiation pattern.

Повышение надежности и ресурса эффективной радиосвязи обеспечивается, во-первых, резервированием передатчика и приемника, а во-вторых, использованием широкой диаграммы направленности в антеннах, направленных на Землю, и зауженной диаграммы направленности для антенн, направленных в зенит, так как этим уменьшается взаимное влияние диаграмм друг на друга за счет уменьшения зоны их перекрытия (за счет отодвигания зоны их перекрытия в сторону от направления на Землю.)An increase in the reliability and resource of effective radio communication is ensured, firstly, by redundant transmitter and receiver, and secondly, by using a wide radiation pattern in antennas directed to the Earth, and a narrowed radiation pattern for antennas directed to the zenith, since this reduces the mutual influence diagrams on top of each other by reducing the zone of their overlap (by moving the zone of their overlap away from the direction to the Earth.)

На надежности и эффективности радиосвязи также положительно сказываются использование цельнометаллических антенн (минимальное число пластмассовых деталей) и применение симметрирующих устройств щелевого типа, обеспечивающих широкополосное симметрирование токов.The reliability and efficiency of radio communications are also positively affected by the use of all-metal antennas (the minimum number of plastic parts) and the use of slot-type balancing devices that provide broadband current balancing.

Графические иллюстрацииGraphic illustrations

Изобретение проиллюстрировано фигурами фиг. 1, фиг. 2 и фиг. 3.The invention is illustrated by the figures of FIG. 1, fig. 2 and FIG. 3.

На приведенной графической фигуре фиг. 1 приведен пример реализации заявляемого способа спутниковых систем связи с использованием антенн спирального типа, содержащей составляющие, обозначенные позициями:In the graphical figure of Fig. 1 shows an example of the implementation of the proposed method of satellite communication systems using spiral-type antennas, containing components indicated by positions:

• Бортовой компьютер (электронно-вычислительное устройство) - 1;• On-board computer (electronic computing device) - 1;

• СТМ (система телеметрической информации) - 2;• STM (telemetric information system) - 2;

• ФКС (формирователь командных сигналов) - 3;• FKS (former of command signals) - 3;

• Пр-к 1 (первый приемник) - 4;• Project 1 (first receiver) - 4;

• СУ ЩТ1 (симметрирующее устройство щелевого типа антенны первого приемника) - 5;• SU SHT1 (balancing device of slot-type antenna of the first receiver) - 5;

• ЧЗУА 1 (четырехзаходное устройство антенны первого приемника) - 6;• CHZUA 1 (four-way antenna of the first receiver) - 6;

• Пр-к 2 (второй приемник) - 7;• Project 2 (second receiver) - 7;

• СУ ЩТ2 (симметрирующее устройство щелевого типа антенны второго приемника) - 8;• SU SHT2 (balancing device of the slot-type antenna of the second receiver) - 8;

• ЧЗУА 2 (четырехзаходное устройство антенны второго приемника) - 9;• CHZUA 2 (four-way device of the antenna of the second receiver) - 9;

• Пер-к 1 (первый передатчик) -10;• Per-to 1 (first transmitter) -10;

• СУ ЩТ3 (симметрирующее устройство щелевого типа антенны первого передатчика) -11;• SU SHT3 (balancing device of the slot-type antenna of the first transmitter) -11;

• ЧЗУА 3 (четырехзаходное устройство антенны первого передатчика) - 12;• CHZUA 3 (four-way antenna of the first transmitter) - 12;

• Пер-к 2 (второй передатчик) - 13;• Transmitter 2 (second transmitter) - 13;

• СУ ЩТ4 (симметрирующее устройство щелевого типа антенны второго передатчика) - 14;• SU SHT4 (balancing device of the slot-type antenna of the second transmitter) - 14;

• ЧЗУА 4 (четырехзаходное устройство антенны второго передатчика) - 15;• CHZUA 4 (four-way antenna of the second transmitter) - 15;

• коаксиальный кабель - 16, 17, 18, 19, 21, 22, 23, 24;• coaxial cable - 16, 17, 18, 19, 21, 22, 23, 24;

• ФМ 1 (формирователь мощности для приемников) - 20;• FM 1 (power shaper for receivers) - 20;

• ФМ 2 (формирователь мощности для передатчиков) - 25;• FM 2 (power shaper for transmitters) - 25;

• ЗДН (зауженная диаграмма направленности) - 26• ZDN (narrowed radiation pattern) - 26

• ШДН (широкая диаграмма направленности) - 27;• SDN (wide beam pattern) - 27;

• Наземный комплекс управления - 28;• Ground control complex - 28;

• А 1 (первая приемная антенна) - 29;• A 1 (first receiving antenna) - 29;

• А 2 (вторая приемная антенна) - 30;• A 2 (second receiving antenna) - 30;

• A 3 (первая передающая антенна) -31;• A 3 (first transmitting antenna) -31;

• А 4 (вторая передающая антенна) - 32;• A 4 (second transmitting antenna) - 32;

• двухполюсные делители мощности - 33-1, 33-2, 35-1, 35-2;• bipolar power dividers - 33-1, 33-2, 35-1, 35-2;

• двухполюсные сумматоры мощности - 34-1, 34-2, 36-1, 36-2.• two-pole power adders - 34-1, 34-2, 36-1, 36-2.

ФМ 1 и ФМ 2 имеют по два входа (Bx1, Bx2) и по два выхода (Вых1, Вых2).FM 1 and FM 2 each have two inputs (Bx 1 , Bx 2 ) and two outputs (Out 1 , Out 2 ).

На структурной схеме наземный комплекс управления 28, не являющийся принадлежностью КА, показан штриховыми линиями.In the block diagram, the ground control complex 28, which is not belonging to the spacecraft, is shown by dashed lines.

На вход системы телеметрической информации СТМ 2 поступает телеметрическая информация от бортовых устройств космического аппарата (ТМ от БУ).The telemetry information from the onboard devices of the spacecraft (TM from the CU) is received at the input of the STM 2 telemetry information system.

На фиг. 2 приведены широкие ненормированные диаграммы направленности, снятые на экспериментальном макетном образце антенны, направленной на Землю.In FIG. Figure 2 shows wide non-normalized radiation patterns taken on an experimental prototype of an antenna directed to the Earth.

На фиг. 3 приведены зауженные ненормированные диаграммы направленности, снятые на экспериментальном макетном образце антенны, направленной в зенит.In FIG. Figure 3 shows narrowed non-normalized radiation patterns taken on an experimental prototype of an antenna directed to the zenith.

Описание способа спутниковых систем связи с использованием антенн спирального типаDescription of the Method for Satellite Communication Systems Using Helical Antennas

Представленный на фиг. 1 Бортовой компьютер 1 является центральным звеном в работе КА, в том числе, в соответствии с командами управления КУ с наземного комплекса управления 28.Shown in FIG. 1 The on-board computer 1 is the central link in the operation of the spacecraft, including in accordance with the commands of the control unit from the ground control complex 28.

С наземного комплекса управления 28 по радиоканалу передают на борт КА (в бортовой компьютер 1) командно-программную информацию в составе рабочих программ и разовые команды (КУ), принимаемых приемниками (Пр-к 1, Пр-к 2), при этом, формирователь командных сигналов ФКС 3 обеспечивает сопряжение приемников с бортовым компьютером 1 в информационном обмене. С борта КА в наземный комплекс управления 28 по каналу телеметрии с СТМ 2 передают телеметрическую информацию от бортовых устройств космического аппарата (ТМ от БУ) передатчиками (Пер-к 1, Пер-к 2), поэтому обмен информацией между бортовыми АФУ на КА и наземным комплексом управления в зоне радиовидимости (см. сайт: http://aykspace.blogspot.com/2013/08/zrv.html) должен осуществляться во всех возможных режимах полета КА:From the ground control complex 28, the command and program information as part of the work programs and one-time commands (KU) received by the receivers (Pr-to 1, Pr-to 2) are transmitted via radio channel to the spacecraft (to the on-board computer 1), while the shaper command signals FCC 3 ensures the interface of the receivers with the on-board computer 1 in the information exchange. From the spacecraft onboard to the ground control complex 28, via telemetry channel with STM 2, telemetry information is transmitted from the onboard devices of the spacecraft (TM from the CU) by transmitters (Per-to 1, Per-to 2), therefore, the exchange of information between the onboard AFU on the SC and the ground control complex in the radio visibility zone (see website: http://aykspace.blogspot.com/2013/08/zrv.html) should be carried out in all possible SC flight modes:

• неориентированного полета КА (произвольного положения КА в пространстве);• non-orientated flight of the spacecraft (arbitrary position of the spacecraft in space);

• ориентированного орбитального полета КА.• oriented orbital flight of a spacecraft.

Рассмотрим режимы полета КА на примере КА дистанционного зондирования Земли (см. патент, РФ, №2722598).Let us consider the flight modes of a spacecraft using the example of a spacecraft for remote sensing of the Earth (see patent, RF, No. 2722598).

Режимы неориентированного полета КА:SC flight modes:

• возникает при отделении КА от ракеты или разгонного блока при котором осуществляют процесс успокоения, затем процесс приведения (совмещение осей связанной системы координат КА с осями орбитальной системы координат) и последующую стабилизацию КА;• occurs when the spacecraft is separated from the rocket or upper stage, during which the process of calming is carried out, then the process of reduction (combination of the axes of the associated coordinate system of the spacecraft with the axes of the orbital coordinate system) and subsequent stabilization of the spacecraft;

• возникает в орбитальном полете КА при аварийных ситуациях или сбоях в работе системы ориентации КА.• occurs in the orbital flight of the spacecraft in emergency situations or failures in the operation of the spacecraft attitude control system.

Режимы ориентированного полета КА:Oriented spacecraft flight modes:

• для КА, у которых панели солнечных батарей не жестко закреплены на корпусе КА (см. например, КА "Кондор-Э", головной исполнитель АО "ВПК "НПО Машиностроения", г. Реутов), под действием приводных двигателей, находящихся в нем, солнечные батареи устанавливают в положение относительно корпуса КА для получения максимально возможного в текущей точке орбиты КА значения зарядного тока, и на время проведения целевой работы корпус не разворачивают, а значит угол направления антенны на Землю не изменяется;• for spacecraft, in which solar panels are not rigidly fixed on the spacecraft body (see, for example, spacecraft "Kondor-E", the head contractor of JSC "VPK "NPO Mashinostroeniya", Reutov), under the action of drive motors located in it , the solar batteries are set in position relative to the spacecraft body to obtain the maximum possible value of the charging current at the current point of the spacecraft orbit, and the body is not turned for the duration of the target work, which means that the angle of the antenna direction to the Earth does not change;

• у ряда современных КА панели солнечных батарей жестко закреплены на корпусе КА (см. например, малый КА "Канопус-В", головной исполнитель АО "Корпорация "ВНИИЭМ", г. Москва), поэтому их ориентируют на Солнце путем поворотов корпуса КА, в том числе и закрутки его вокруг направления на Солнце (режим «пассивной» закрутки с ориентацией солнечных батарей на Солнце, т.е. режим солнечной ориентации). При этом каждый раз на время проведения целевой работы (проведения съемки) производят разворот корпуса КА из режима солнечной ориентации в орбитальную ориентацию (например, продольная ось КА, совпадающая с продольной осью оптико-электронного модуля, направлена в надир при проведении съемки подспутниковой точки) и поддержание данной ориентации (режим активной ориентации), а затем по окончании целевой работы производят разворот корпуса КА снова в режим «пассивной» закрутки с ориентацией солнечных батарей на Солнце. В данном режиме угол направления антенны на Землю изменяется.• in a number of modern spacecraft, the solar array panels are rigidly fixed on the spacecraft body (see, for example, the small spacecraft "Kanopus-V", the head contractor JSC "Corporation" VNIIEM ", Moscow), so they are oriented to the Sun by turning the spacecraft body, including its spin around the direction to the Sun (the “passive” spin mode with the orientation of the solar arrays to the Sun, i.e. the solar orientation mode). solar orientation mode into orbital orientation (for example, the longitudinal axis of the spacecraft, coinciding with the longitudinal axis of the optoelectronic module, is directed to nadir when surveying a sub-satellite point) and maintaining this orientation (active orientation mode), and then, at the end of the target work, the body is turned The spacecraft is again in the "passive" swirling mode with the orientation of the solar panels to the Sun.In this mode, the angle of the antenna's direction to the Earth changes.

Для обеспечения непрерывного обмена информацией между бортовыми АФУ на КА и наземным комплексом управления 28 в зоне радиовидимости во всех режимах (неориентированного полета КА и ориентированного орбитального полета КА) целесообразно использовать две антенны, одна из которых направлена на Землю, а другая в противоположном направлении (в зенит) с диаграммами направленности (зависимости коэффициента усиления антенны или коэффициента направленного действия антенны от направления антенны в заданной плоскости), обеспечивающими связь с Землей при любом положении космического аппарата в космическом пространстве. Поэтому на фиг. 1 представлены две передающие антенны A3 (направлена на Землю) и А 4 (направлена в зенит), соответственно передатчиков Пер-к 1 (10) и Пер-к 2 (13), а также, связанные между собой принципом взаимности, две приемные антенны А1 (направлена на Землю) и А 2 (направлена в зенит), соответственно приемников Пр-к 1 (4) и Пр-к 2 (7).To ensure continuous exchange of information between the onboard AFS on the spacecraft and the ground control complex 28 in the radio visibility zone in all modes (non-oriented flight of the spacecraft and oriented orbital flight of the spacecraft), it is advisable to use two antennas, one of which is directed to the Earth, and the other in the opposite direction (in zenith) with directivity diagrams (the dependence of the antenna gain or antenna directivity on the direction of the antenna in a given plane), providing communication with the Earth at any position of the spacecraft in outer space. Therefore, in FIG. 1 shows two transmitting antennas A3 (directed to the Earth) and A 4 (directed to the zenith), respectively, transmitters Per-k 1 (10) and Per-k 2 (13), as well as, interconnected by the principle of reciprocity, two receiving antennas A1 (directed to the Earth) and A 2 (directed to the zenith), respectively, receivers Pr-k 1 (4) and Pr-k 2 (7).

В виду того, что режим ориентированного полета КА (с проведением целевой работы) является основным режимом на орбите, в антеннах, направленных на Землю А 1 и А 3, используют широкую диаграмму направленности (ШДН 27) для обеспечения надежной радиосвязи, в том числе, с изменением угла направления антенны на Землю при проведении целевой работы с жестко закрепленными на корпусе КА панелей солнечных батарей.In view of the fact that the spacecraft oriented flight mode (with targeted work) is the main mode in orbit, antennas A 1 and A 3 directed to the Earth use a wide radiation pattern (SDN 27) to ensure reliable radio communication, including, with a change in the angle of direction of the antenna to the Earth when carrying out target work with solar panels rigidly fixed on the body of the spacecraft.

Для уменьшения взаимного влияния диаграмм направленности антенн (направлено на снижение интерференции между парой антенн путем уменьшения зоны перекрытия диаграмм направленности), направленных на Землю и в зенит, диаграмму направленности в зенит (ЗДН 26) зауживают, то есть антенны А 2 и А 4 в сравнении с антеннами А 1 и А 3 имеют более узкую диаграммы направленности.To reduce the mutual influence of antenna patterns (aimed at reducing interference between a pair of antennas by reducing the overlap area of the patterns) directed to the Earth and to the zenith, the pattern to the zenith (ZDN 26) is narrowed, that is, antennas A 2 and A 4 in comparison with antennas A 1 and A 3 have a narrower radiation pattern.

Известно, что важнейшей составляющей радиосредства являются фидеры между радиопередатчиком и передающей антенной или между приемной антенной и радиоприемником (см. (см. В.П. Кубанов. Антенны и фидеры - назначение и параметры. Самара 2015, стр. 45), которые делятся на два обособленных класса: открытые и закрытые. Открытые фидеры - это, как правило, двухпроводные или четырехпроводные симметричные линии передачи. Закрытые фидеры представляют собой коаксиальный кабель или полый металлический волновод. Открытые линии применяются на частотах до 30 МГц, кабельные - до 3000 МГц, волноводные - до 30 ГГц.It is known that the most important component of the radio facility is the feeders between the radio transmitter and the transmitting antenna or between the receiving antenna and the radio receiver (see (see V.P. Kubanov. Antennas and feeders - purpose and parameters. Samara 2015, p. 45), which are divided into two separate classes: open and closed.Open feeders are usually two-wire or four-wire balanced transmission lines.Closed feeders are a coaxial cable or a hollow metal waveguide.Open lines are used at frequencies up to 30 MHz, cable - up to 3000 MHz, waveguide - up to 30 GHz.

В качестве примера рассмотрим дециметровый диапазон с использованием антенны, например, на рабочую частоту f=2067 МГц при ориентации ее на Землю (длина волны λ=0,145 м). Дециметровый диапазон является наиболее оптимальным для широко используемых сегодня и в перспективе малых космических аппаратов с массой в пределах от 500 до 1000 кг.As an example, consider the decimeter range using an antenna, for example, at an operating frequency f=2067 MHz when it is oriented to the Earth (wavelength λ=0.145 m). The decimeter range is the most optimal for small spacecraft widely used today and in the future with a mass ranging from 500 to 1000 kg.

При данной частоте в качестве фидера используют коаксиальный кабель (на фиг. 1 коаксиальный кабель представлен позициями 16, 17, 18, 19, 21, 22, 23, 24).At a given frequency, a coaxial cable is used as a feeder (in Fig. 1, a coaxial cable is represented by positions 16, 17, 18, 19, 21, 22, 23, 24).

В качестве коаксиального кабеля можно использовать: кабель радиочастотный марки РК 50-7-47, ТУ 16-705.109-90 с полувоздушной изоляцией повышенной теплостойкости и малым затуханием.As a coaxial cable, you can use: radio frequency cable brand RK 50-7-47, TU 16-705.109-90 with semi-air insulation of increased heat resistance and low attenuation.

Приемные антенны А 1 (29) и А 2 (30) подключают к приемникам: к Пр-к 1 (4) и к Пр-к 2 (7) через формирователь мощности для приемников ФМ 1 (20), соответственно:Receiving antennas A 1 (29) and A 2 (30) are connected to the receivers: to Pr-k 1 (4) and to Pr-k 2 (7) through the power conditioner for FM receivers 1 (20), respectively:

• через двухполюсный делитель мощности 33-2 и двухполюсные сумматоры мощности 34-2, 34-1;• through a two-pole power divider 33-2 and two-pole power adders 34-2, 34-1;

• через двухполюсный делитель мощности 33-1 и двухполюсные сумматоры мощности 34-2, 34-1,• through a two-pole power divider 33-1 and two-pole power adders 34-2, 34-1,

а передатчики Пер-к 1 (10) и Пер-к 2 (13) подключают к передающим антеннам A3 (31) и А4 (32) через формирователь мощности для передатчиков ФМ 2 (25) соответственно:and transmitters Per-to 1 (10) and Per-to 2 (13) are connected to transmitting antennas A3 (31) and A4 (32) through a power conditioner for FM transmitters 2 (25), respectively:

• через двухполюсный делитель мощности 35-2 и двухполюсные сумматоры мощности 36-2 и 36-1;• through a two-pole power divider 35-2 and two-pole power adders 36-2 and 36-1;

• через двухполюсный делитель мощности 35-1 и двухполюсные сумматоры мощности 36-2 и 36-1.• through a two-pole power divider 35-1 and two-pole power adders 36-2 and 36-1.

Таким подключением обеспечивают резервирование передатчиков и приемников, что существенно позволяет повысить надежность спутниковой системы связи.This connection provides redundancy of transmitters and receivers, which significantly improves the reliability of the satellite communication system.

Рассмотрим процесс резервирования для Пер-к 1 (10) и Пер-к 2(13).Let's consider the reservation process for Per-to 1 (10) and Per-to 2(13).

С выхода Пер-к 1 (10) радиосигнал по фидеру 22 поступает в ФМ 2 (25) на вход двухполюсного делителя мощности 35-2, в результате чего на двух его выходах появляются радиосигналы, равные приблизительно половине мощности входного радиосигнала, которые поступают к антенне А 3 (31) через двухполюсный сумматор мощности 36-2 по фидеру 21, а также к антенне А 4 (32) через двухполюсный сумматор мощности 36-1 по фидеру 24.From the output Per-to 1 (10), the radio signal through the feeder 22 enters the FM 2 (25) to the input of the two-pole power divider 35-2, as a result of which radio signals appear at its two outputs, equal to approximately half the power of the input radio signal that arrives at the antenna A 3 (31) through a two-pole power adder 36-2 through the feeder 21, as well as to the antenna A 4 (32) through a two-pole power adder 36-1 through the feeder 24.

Аналогичным образом радиосигналы с выхода Пер-к 2 (13) поступают на вход двухполюсного делителя мощности 35-1, с выхода которого с уменьшенной наполовину мощностью через двухполюсный сумматор мощности 36-2 поступают к антенне А 3 (31) и через двухполюсный сумматор мощности 36-1 к антенне А 4 (32). Поэтому, если выходит из строя основной передатчик, например, Пер-к 1 (10), который выдает радиосигналы к антеннам А 3 (31) и А 4 (34), то по сигналу Бортового компьютера 1 подключают резервный Пер-к 2 (13), который также выдает радиосигналы к антеннам А 3 (31) и А 4 (32).Similarly, the radio signals from the output Per-k 2 (13) are fed to the input of a two-pole power divider 35-1, from the output of which, with a half-powered power through a two-pole power adder 36-2, they go to antenna A 3 (31) and through a two-pole power adder 36 -1 to antenna A 4 (32). Therefore, if the main transmitter fails, for example, Per-to 1 (10), which produces radio signals to antennas A 3 (31) and A 4 (34), then the backup Per-to 2 (13 ), which also outputs radio signals to antennas A 3 (31) and A 4 (32).

Резервирование приемников Пр-1 (4) и Пр-2 (7) следующим образом.Redundancy receivers Pr-1 (4) and Pr-2 (7) as follows.

Радиосигнал с антенны А 1 (29) по фидеру 16 поступает в ФМ 1 (20) на вход двухполюсного делителя мощности 33-2, в результате чего на двух его выходах появляются радиосигналы, равные приблизительно половине мощности входного радиосигнала, которые поступают к Пр-к 1 (4) через двухполюсный сумматор мощности 34-2 по фидеру 17, а к Пр-к 2 (7) через двухполюсный сумматор мощности 34-1 по фидеру 18.The radio signal from the antenna A 1 (29) through the feeder 16 enters the FM 1 (20) at the input of the two-pole power divider 33-2, as a result of which radio signals appear at its two outputs, equal to approximately half the power of the input radio signal, which are fed to Pr-k 1 (4) through a two-pole power adder 34-2 through feeder 17, and to Pr-k 2 (7) through a two-pole power adder 34-1 through feeder 18.

Аналогичным образом радиосигналы, с антенны А 2 (30) подают на двухполюсный делитель мощности 33-1, которые с его выхода с уменьшенной наполовину мощностью через двухполюсный сумматор мощности 34-2 поступают к Пр-к 1 (4) и через двухполюсный сумматор мощности 34-1 к Пр-к 2 (7).Similarly, radio signals from antenna A 2 (30) are fed to a two-pole power divider 33-1, which from its output with half the power through a two-pole power adder 34-2 go to Pr-to 1 (4) and through a two-pole power adder 34 -1 to Pr-k 2 (7).

Поэтому, если выходит из строя основной приемник, например, Пр-к 1 (4), то по сигналу Бортового компьютера 1 подключают резервный Пр-к 2 (7).Therefore, if the main receiver fails, for example, Pr-k 1 (4), then, at the signal of the on-board computer 1, the backup Pr-k 2 (7) is connected.

Двухполюсные делители (сумматоров) мощности 33-1, 33-2, 35-1, 35-2 и двухполюсные сумматоры мощности 34-1, 34-2, 36-1, 36-2 являются взаимными устройствами (см. сайт: https://scask.ru/n_book_svf.php?id53), поэтому в качестве двухполюсных делителей (сумматоров) мощности можно использовать, например, PS2-800-2700-75 (см. сайт: https://kroks.ru/shop/power-splitters/). Двухполюсные делители (сумматоры) мощности являются широко распространенными и выпускаемыми промышленностью изделиями. Так, например, на сайте: http://rfcomponents.ru/produktsiya/svch-komponenty/deliteli-moshchnosti-kombajnery.html приведен широкий выбор данных устройств в широком диапазоне частот с различными параметрами.Two-pole power dividers (adders) 33-1, 33-2, 35-1, 35-2 and two-pole power adders 34-1, 34-2, 36-1, 36-2 are mutual devices (see website: https: //scask.ru/n_book_svf.php?id53), so, for example, PS2-800-2700-75 can be used as bipolar power dividers (adders) (see website: https://kroks.ru/shop/power -splitters/). Two-pole power dividers (adders) are widely used and commercially available products. So, for example, on the site: http://rfcomponents.ru/produktsiya/svch-komponenty/deliteli-moshchnosti-kombajnery.html a wide selection of these devices is given in a wide frequency range with different parameters.

Следует отметить, что в качестве формирователя мощности для приемников ФМ 1 (20) и формирователя мощности для передатчиков ФМ 2 (25) можно использовать подходящие по техническим параметрам выпускаемые промышленностью более сложные изделия по сравнению с двухполюсными делителями (сумматорами) мощности, которые имеют два входа (Вх1, Вх2) и два выхода (Вых1, Вых2), например, квадратурный мост, (см. например, квадратурный мост от производителя ООО «Радиокомп», г. Москва, сайт: https://productcenter.ru/products/85355/napravliennyi-otvietvitiel) или, например, гибридное кольцо (см. сайт: https://www.qrz.ru/schemes/contribute/antenns/ew8au/improve.shtml).It should be noted that as a power shaper for FM receivers 1 (20) and a power shaper for FM transmitters 2 (25), it is possible to use more complex products manufactured by the industry that are suitable in terms of technical parameters compared to bipolar power dividers (adders) that have two inputs (In 1 , In 2 ) and two outputs (Out 1 , Out 2 ), for example, a quadrature bridge, (see, for example, a quadrature bridge from the manufacturer Radiocomp LLC, Moscow, website: https://productcenter.ru /products/85355/napravliennyi-otvietvitiel) or, for example, a hybrid ring (see website: https://www.qrz.ru/schemes/contribute/antenns/ew8au/improve.shtml).

В антеннах А1 (29), А 2 (30), A3 (31), А4 (32) используют симметрирующие устройства щелевого типа, соответственно СУ ЩТ 1, СУ ЩТ 2, СУ ЩТ 3, СУ ЩТ 4 (см. сайт: https://studbooks.net/2348850/tehnika/simmetriruyuschie_ustroystva), что позволяет получить широкополосное симметрирование токов, питающих излучатели, которые выполнены в виде четырех витков спирали. Одновременно данные симметрирующие устройства щелевого типа являются несущей конструкцией для спиралей, а также трансформатором сопротивления антенны в волновое сопротивление фидера.In antennas A1 (29), A 2 (30), A3 (31), A4 (32), slot-type balancing devices are used, respectively SU SCHT 1, SU SC 2, SU SC 3, SU SC 4 (see website: https ://studbooks.net/2348850/tehnika/simmetriruyuschie_ustroystva), which makes it possible to obtain broadband balancing of the currents that feed the emitters, which are made in the form of four turns of a helix. At the same time, these slot-type balancing devices are the supporting structure for the spirals, as well as the antenna impedance transformer into the feeder impedance.

В АО «НИИЭМ» (является Заявителем изобретения) был разработан экспериментальный макетный образец антенны дециметрового диапазона на рабочую частоту f=2067 МГц (длина волны λ=0,145 м).JSC "NIIEM" (which is the Applicant of the invention) developed an experimental model of the decimeter range antenna for the operating frequency f=2067 MHz (wavelength λ=0.145 m).

При минимальном отличии в конструкции были получены два образца:With a minimal difference in design, two samples were obtained:

• экспериментальный макетный образец антенны с широкой диаграммой направленности, направленной на Землю;• An experimental breadboard model of an antenna with a wide radiation pattern directed towards the Earth;

• экспериментальный макетный образец антенны с зауженной диаграммой направленности, направленной в зенит.• An experimental breadboard model of an antenna with a narrowed zenith-directed radiation pattern.

На фиг. 2 представлены реальные ненормированные диаграммы направленности (широкие), снятые на экспериментальном макетном образце антенны, для направления на Землю, а на фиг. 3 - ненормированные диаграммы направленности (зауженные) для направления в зенит.In FIG. 2 shows real non-normalized radiation patterns (wide), taken on an experimental prototype of the antenna, for the direction to the Earth, and in Fig. 3 - non-normalized radiation patterns (narrowed) for the direction to the zenith.

Представленные диаграммы направленности сняты на антеннах с линейной поляризацией в четырех плоскостях.The presented radiation patterns were taken on antennas with linear polarization in four planes.

Из представленных диаграмм направленности видно, что при ориентированном полете в секторе углов максимальной дальности (угол θ≈60°) коэффициент усиления повышенный по сравнению с углами (угол θ от 0° до 50°), где коэффициент усиления меньше; влияние антенны, направленной в зенит, на качество связи значительно уменьшено. На качество связи при неориентированном полете разница не сказывается.From the presented radiation patterns it can be seen that during oriented flight in the sector of maximum range angles (angle θ≈60°) the gain is increased compared to angles (angle θ from 0° to 50°), where the gain is lower; the influence of the antenna directed to the zenith on the quality of communication is significantly reduced. The difference does not affect the quality of communication during non-orientated flight.

Заявленное изобретение позволяет обеспечить высокую надежность и эффективную радиосвязь в течение всего срока активного существования космического аппарата при длительной автономной эксплуатации в космосе за счет того, что:The claimed invention makes it possible to ensure high reliability and efficient radio communication throughout the entire period of the active existence of the spacecraft during long-term autonomous operation in space due to the fact that:

• обеспечивают рационально эффективное резервирование систем радиосвязи;• provide rationally efficient redundancy of radio communication systems;

• используют конфигурацию антенн на космическом аппарате с оптимизацией диаграмм направленности;• use the configuration of the antennas on the spacecraft with the optimization of radiation patterns;

• используют цельнометаллические антенны, обладающие высокой прочностью• use all-metal antennas with high strength

• используют симметрирующие устройства щелевого типа, обеспечивающие широкополосное симметрирование токов.• Use slot-type baluns that provide broadband current balun.

Claims (1)

Способ спутниковых систем связи с использованием антенн спирального типа, заключающийся в том, что устанавливают на корпусе космического аппарата передающую для передатчика и приемную для приемника антенны, связанные между собой принципом взаимности, подсоединяют к ним фидеры, четыре излучателя антенн выполняют навитыми по спирали в форме цилиндра, на которые подают сигналы с фазовым сдвигом 0°, 90°, 180°, 270°, отличающийся тем, что к каждой антенне - приемной и передающей - добавляют вторую антенну через формирователь мощности, при этом первые антенны имеют широкую диаграмму направленности на Землю, а добавленные вторые антенны - зауженную диаграмму направленности в противоположном направлении - в зенит, причем все антенны выполнены цельнометаллическими, а питание излучателей обеспечивают симметрирующим устройством щелевого типа.The method of satellite communication systems using spiral-type antennas, which consists in installing on the body of the spacecraft a transmitting antenna for a transmitter and a receiving antenna for a receiver, interconnected by the principle of reciprocity, connecting feeders to them, four antenna emitters are wound in a spiral in the form of a cylinder , to which signals are supplied with a phase shift of 0°, 90°, 180°, 270°, characterized in that a second antenna is added to each antenna - receiving and transmitting - through a power conditioner, while the first antennas have a wide radiation pattern to the Earth, and the added second antennas - a narrowed radiation pattern in the opposite direction - to the zenith, and all the antennas are made of all-metal, and the radiators are powered by a slot-type balancing device.
RU2021138025A 2021-12-20 Method for satellite communication systems using helical type antennas RU2783226C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2783226C1 true RU2783226C1 (en) 2022-11-10

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2142183C1 (en) * 1995-08-09 1999-11-27 Квэлкомм Инкорпорейтед Four-wire spiral antenna and its power circuit
RU2208272C2 (en) * 1996-07-31 2003-07-10 Квэлкомм Инкорпорейтед Helix antenna with bent segments
WO2009138729A1 (en) * 2008-05-13 2009-11-19 Sarantel Limited A dielectrically-loaded antenna
WO2012160353A1 (en) * 2011-05-24 2012-11-29 Sarantel Limited A dielectrically loaded antenna

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2142183C1 (en) * 1995-08-09 1999-11-27 Квэлкомм Инкорпорейтед Four-wire spiral antenna and its power circuit
RU2208272C2 (en) * 1996-07-31 2003-07-10 Квэлкомм Инкорпорейтед Helix antenna with bent segments
WO2009138729A1 (en) * 2008-05-13 2009-11-19 Sarantel Limited A dielectrically-loaded antenna
WO2012160353A1 (en) * 2011-05-24 2012-11-29 Sarantel Limited A dielectrically loaded antenna

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Gao et al. Advanced antennas for small satellites
Chahat et al. The deep-space network telecommunication CubeSat antenna: Using the deployable Ka-band mesh reflector antenna
US8957821B1 (en) Dual-band feed horn with common beam widths
JPS5819162B2 (en) microwave antenna device
CN1048825C (en) HF Antenna for a helicopter
RU2783226C1 (en) Method for satellite communication systems using helical type antennas
You et al. Technologies for spacecraft antenna engineering design
Vacchione et al. Telecommunications antennas for the Juno Mission to Jupiter
Focardi et al. Deployable mesh reflector antennas for space applications: RF characterizations
US8604997B1 (en) Vertical array antenna
James What's new in antennas?
Chahat et al. Mars cube one
Sripho et al. Comparison of antenna for DTI rocket telemetry system
Zackrisson Wide coverage antennas
You et al. Spacecraft TT&C Antenna
Shukla et al. Dual Frequency Center Fed Dipole Antenna with Trap Circuit For Radio Beacon Ionospheric Study
US11652281B1 (en) Compact covert fractal antennae
Cappellin et al. Antennas on CubeSat Platforms: Accurate RF Predictions
Reddy et al. Broad Beam X-Band Conical Choke Horn Antenna for Satellite Telecommand Application
Kumar et al. Dual Mode Conical Horn with Dual Circular Polarizations for TT&C System of a Geostationary Spacecraft
Keen Satellite-antenna measurement techniques
Imbriale et al. The Orbiters
Brown et al. Antennas for deep space applications
Chahat et al. Telecommunication cubesat antenna
Thompson et al. EM-bridge Technology and Applications.