641

IV Всероссийская конференция «Радиолокация и радиосвязь» – ИРЭ РАН, 29 ноября -3 декабря 2010 г.
СКЛАДНОЙ АНТЕННЫЙ ОТРАЖАТЕЛЬ
Ю.И.Зайцева, И.В.Мельник, В.В. Паслён
Донецкий национальный технический университет
[email protected], [email protected]
В статье рассматривается разработка антенного отражателя с минимальными
массогабаритами и максимальной радиоотражающей способностью для вывода антенны на орбиту.
Космический летательный аппарат от момента запуска до выхода в космос размещается под
защитным обтекателем, расположенным в носовой части ракетоносителя. Однако ограничение
объема обтекателя, связанное с экономическими затратами, заставляет разрабатывать такие
конструкции антенн, которые до выхода в космос имели бы малые размеры, при этом
необходимо учитывать, что антенны должны безотказно работать в космосе длительное время
(10-15 лет). Антенны, установленные на космических летательных аппаратах, работают в
жестких условиях: повышенный уровень радиации, наличие микрометеоритов, солнечное
корпускулярное излучение, перепад температур, при длительном полете в космосе
подвергаются эрозии. Возникает вопрос: так как расходы, связанные с выведением
космического корабля на орбиту велики, как обеспечить максимальную надежность при
минимальном весе? Появляется противоречивость требований: при уменьшении размеров
антенны, уменьшается вес, но ухудшается КПД, КНД, сужается полоса пропускания т.д.
Ограничения по объему и массе обусловливают необходимость выполнять антенны в виде
конструкций надувного или раздвижного типа. Эти антенны – полужесткие, поэтому
возникают дополнительные проблемы при эксплуатации их в условиях космической среды:
выбор подходящего материала, электрические характеристики. Однако практично и удобно
использовать зеркальные антенны в виде складных конструкций.
Складная космическая антенна – это антенна, которая при пролете атмосферы
космическим летательным аппаратом находится в сложенном состоянии и имеет малые
габариты, а при выходе в космос по команде от программно-временного устройства
разворачивается и принимает необходимые для нормальной работы форму, ориентацию и
размеры. Уменьшение веса достигается не только уменьшением размеров антенны, но также
использованием облегченных полых и сетчатых конструкций антенн и применением для них
более легких материалов.
Принцип конструкции складных отражателей – изменение геометрии структуры, например,
механическое развертывание или выдвижение стержней, наполнение воздухом компактно
сложенных структур и натягивание мембраны между элементами конструкции.
В качестве отражающих поверхностей складных антенн, можно выделить:
- металлизированные полимерные пленки;
- металлизированные тканевые материалы из синтетических и искусственных нитей, или из
искусственных текстильных нитей с включением металлических нитей, обладающих высокой
электропроводностью;
- металлизированные трикотажные материалы из полимерных текстильных нитей;
- трикотажные сетчатые материалы из текстильных нитей, состоящих из металлических
электропроводных и химических волокон, или из металлических нитей (мононити,
комплексной нити, пряжи).
Трудность изготовления параболических отражателей вынудила искать альтернативные
конструкции антенн, более технологичных в производстве и самостоятельном изготовлении. К
таким конструкциям относится плоский зональный отражатель Френеля, в котором рабочая
поверхность плоского зеркала состоит из отдельных частей – зон. Основные требования к
антеннам, выводимым на орбиту, относят минимальные массогабариты и максимальная
радиоотражающая способность. Эти свойства присущи зональному отражателю Френеля, а
также высокая технологичность производства, конформность, возможность изготовления
антенн больших размеров.
641
IV Всероссийская конференция «Радиолокация и радиосвязь» – ИРЭ РАН, 29 ноября -3 декабря 2010 г.
Известный антенный отражатель Френеля представляет собой плоскую радиопрозрачную
пластину с нанесенными на нее проводящими концентрическими кольцевыми поверхностями,
расположенными в одной плоскости. Облучатель находится перед самой антенной, имеет место
явление дифракции, а не фокусирования в одну точку всех волн, отраженных от поверхности
антенны. Это вызвано тем, что под воздействием падающей волны электромагнитного поля,
согласно принципу Гюйгенса-Френеля, каждое кольцо становится источником вторичного
излучения. Подбирают такую ширину каждого кольца зональной антенны и расстояния между
ними, чтобы сигналы вторичного излучения от средних линий каждого кольца в определенной
точке пространства совпадали по фазе. Согласно принципа Гюйгенса-Френеля кольца, которые
становятся источником вторичного излучения фазы сигналов, которых совпадают, т.е.
нечетные кольца выполняются из проводящего материала, кольца, отражающие волны
электромагнитного поля в противоположной фазе изготовлены из радиопрозрачного материала
[1].
Известный антенный отражатель используется в наземных радиоэлектронных
комплексах. Использование его в космосе не представляется возможным, так как его масса и
геометрические размеры делают его экономически невыгодным при транспортировке на
орбиту.
Ставится задача усовершенствования антенного отражателя Френеля, в которой за счет
использования сотовой конструкции с функцией раскрытия обеспечивается снижение массы
конструкции, уменьшение ее габаритов, а следовательно и затрат на транспортировку, при
сохранении тех же параметров зональной антенны Френеля, в частности коэффициента
усиления.
Поставленная задача решается благодаря тому, что антенный отражатель, содержащий
нечетные проводящие концентрические кольцевые поверхности, расположенные в одной
плоскости на радиопрозрачном основании причем, радиопрозрачное основание выполнено в
форме сотовой конструкции, состоящей из совокупности идентичных призм и которая имеет
функцию раскрытия, при этом внутренний диаметр шестиугольника сотовой призмы
составляет меньше половины длины волны сигнала, а ширина соединительной поверхности
граней призм равна или больше 0,05 длины волны сигнала и покрыта проводящим материалом
[2].
Новым в техническом решении является:
- радиопрозрачное основание выполнено в форме сотовой конструкции;
- сотовая конструкция состоит из совокупности идентичных призм;
- сотовая конструкция имеет функцию раскрытия;
- внутренний диаметр шестиугольника сотовой составляет меньше половины длины волны
сигнала;
- ширина соединительной поверхности граней призм равна или больше 0,05 длины волны
сигнала.
0.
Рис.1
Схематическое
изображение
складного антенного отражателя.
1 – радиопрозрачное основание, 2 –
кольцевая концентрическая поверхность, 3 центральный диск.
642
Рис.2 Сотовая конструкция в
увеличенном виде.
4 – соединительная поверхность,
5 – сота
IV Всероссийская конференция «Радиолокация и радиосвязь» – ИРЭ РАН, 29 ноября -3 декабря 2010 г.
Таким образом, использование данного антенного отражателя на основе сотовой
конструкции позволяет снизить металлоемкость и массогабариты, а следовательно и
экономические затраты при транспортировке.
Литература
1.
Никитин В.А. и др. 100 и одна конструкция, новые и старые варианты /
В.А. Никитин, Б.Б. Соколов, В.В. Щербаков, ТВ, РВ, Си-Би антенны. — М.: Символ, — Р,
1997 г.
2.
Р. Кюн. Микроволновые антенны// Пер. с нем. В.И. Тарабарина и Э.В. Лабецкого;
Под ред. проф. М.П. Долуханова. —Л.: Судостроение, 1967. – 517 с.
3.
Антенный отражатель/ Ю.И. Зайцева, И.В. Мельник, В.В. Паслен// Сборник тезисов
«Современные проблемы радиотехники и телекоммуникаций «РТ-2010», Севастополь, 2010 г.
стр. 206
4.
Антенный отражатель/ Ю.И. Зайцева, И.В. Мельник, В.В. Паслен// Сборник тезисов
«Человек и космос», Днепропетровск 2010 г. стр. 225,
5.
Деклараційний патент № 52917 Антений відбивач Ю.І. Зайцева, І.В. Мельник,
В.В. Пасльон 10.09.2010, Бюл. № 17
643