Е.В. Овчинникова1, С.Г. Кондратьева2, П.А. Шмачилин3,
Нгуен Динь То4, Т.А. Трофимова5, Э.В. Гаджиев6
1-6 МАИ (НИУ) (Москва, Россия)
2,3 Российский университет дружбы народов (РУДН) (Москва, Россия)
6 АО «Корпорация «ВНИИЭМ» (Москва, Россия)

Постановка проблемы. В настоящее время приоритетным направлением улучшения технических характеристик информационных спутниковых систем является совершенствование антенной техники, устанавливаемой на борту космических аппаратов (КА). Одной из главных задач является обеспечение обмена информацией между КА и наземными пунктами управления. К антенной системе радиолинии передачи целевой информации (РЛЦИ), применяемой на всех типах КА, предъявляются очень жесткие требования. В частности, наблюдается тенденция к применению высокоскоростной радиолинии для перспективных космических аппаратов. Поэтому необходимо систематизировать и проанализировать существующие пути построения бортовой антенной системы РЛЦИ.

Цель. Провести обзор применяемых в настоящее время антенно-фидерных устройств (АФУ) при построении бортовой антенной системы РЛЦИ КА.

Результаты. Проведен обзор научно-технической литературы в части построения бортовых антенных систем отечественных и зарубежных КА. Рассмотрен состав применяемой антенной системы РЛЦИ КА. Указаны современные требования к построению высокоскоростной РЛЦИ для перспективных КА, а также определены и сформулированы дальнейшие пути построения ее антенной системы. Намечены следующие пути построения антенной системы РЛЦИ с применением одиночного излучателя, АФУ с механическим сканированием и антенных решеток. Для каждого из указанных путей построения антенной системы РЛЦИ приведены их энергетические параметры и определены преимущества. Показана целесообразность исследования характеристик ФАР применительно к РЛЦИ КА, а также необходимость определения путей построения многоэлементных антенных систем.

Практическая значимость. Проведенный обзор существующих путей построения бортовой антенной системы РЛЦИ показал целесообразность исследования характеристик антенных решеток применительно к РЛЦИ КА, а также необходимость построения многоэлементных антенных систем.

Овчинникова Е.В., Кондратьева С.Г., Шмачилин П.А., Нгуен Динь То, Трофимова Т.А., Гаджиев Э.В. Антенные системы радиолинии передачи информации космических аппаратов: пути построения // Радиотехника. 2022. Т. 86. № 6. С. 109-121. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202206-14

1. Пригода Б.А., Кокунько В.С. Антенны летательных аппаратов. М.: Воениздат. 1964. 120 с.
2. Gadzhiev E., Generalov A., Zhukov A., et al. Application of spiral antennas for perspective vehicle-board systems and complexes // Proceedings 5th International Conference on Engineering and Telecommunication «EnT-MIPT 2018». Moscow. 2018. P. 91-93. DOI: 10.1109/EnT-MIPT.2018.00027.
3. Gadzhiev E., Generalov A., Salikhov M., et al. Application of dipole antennas for perspective vehicle-board systems and complexes // 2019 International Conference on Engineering and Telecommunication «EnT 2019». Dolgoprudny. 2019. P. 9030543. DOI: 10.1109/EnT47717.2019.9030543.
4. Генералов А.Г., Гаджиев Э.В., Салихов М.Р. Применение спиральных антенн для бортовых систем и комплексов // Труды МАИ. 2019. № 106. С. 7. [Электронный ресурс] http://trudymai.ru/published.php?ID=105685 (дата обращения: 18.02.2022 г.).
5. Ovchinnikova E.V., To N.D., Kondrat'eva S., et al. Application of horn antennas for perspective vehicle-board systems and complexes // 2020 International Conference Engineering and Telecommunication «En and T 2020». Dolgoprudny. 2020. P. 9431308. DOI: 10.1109/EnT50437.2020.9431308.
6. Гуткин Л.С. Проектирование радиосистем и радиоустройств. М.: Радио и связь. 1986. 288 с.
7. Генералов А.Г., Гаджиев Э.В. Состояние и перспективы развития бортовых антенно-фидерных устройств радиолинии передачи целевой информации // Радиотехнические и телекоммуникационные системы. 2018. № 2 (30). С. 44–52.
8. Овчинникова Е.В., Кондратьева С.Г., Шмачилин П.А. и др. Антенные системы радиолинии передачи информации космических аппаратов: состояние и перспективы развития // Радиотехника. 2021. Т. 85. № 3. С. 86-95. DOI: 10.18127/j00338486-202103-09.
9. Бахтин А.А., Омельянчук Е.В., Семенова А.Ю. Анализ современных возможностей организации сверхвысокоскоростных спутниковых радиолиний // Труды МАИ. 2017. № 96. [Электронный ресурс] http://trudymai.ru/published.php?ID=85828 (дата обращения: 18.02.2022 г.).
10. Бекренев О.В.; Гончаров А.К., Мартынов С.И. Антенные системы приемных комплексов для оснащения приемных станций ЕТРИС // Материалы конф. «Иосифьяновские чтения 2017». 2017. С. 240–241.
11. Макриденко Л.А., Волков С.Н., Горбунов А.В. и др. КА «Канопус-В» № 1 - первый российский малый космический аппарат высокодетального дистанционного зондирования Земли нового поколения // Вопросы электромеханики. Труды ВНИИЭМ. 2017. Т. 156. № 1. С. 10-20.
12. Макриденко Л.А., Волков С.Н., Горбунов А.В., Салихов Р.С., Ходненко В.П. Научный космический аппарат «Ломоносов» // Вопросы электромеханики. Труды ВНИИЭМ. 2017. Т. 161. С. 28–44.
13. Макриденко Л.А., Волков С.Н., Горбунов А.В. и др. История создания космического комплекса «Канопус-В» и Белорусского космического комплекса // Вопросы электромеханики. Труды ВНИИЭМ. 2019. Т. 169. № 2. С. 39-44.
14. Гаджиев Э.В., Заграева А.В. Конструкции малых космических аппаратов. М.: Изд. «Перо». 2021. С. 32-33.
15. Захаренко А.Б., Федотов А.Ю., Гаджиев Э.В., Телепнев П.П. Перспективы развития бортовой антенной системы космических аппаратов серии «Метеор-М» // Вопросы электромеханики. Труды ВНИИЭМ. 2021. Т. 182. № 3. С. 19-23.
16. Генералов А.Г., Гаджиев Э.В., Салихов М.Р. Применение спиральной антенны в качестве бортовой антенны радиолинии передачи целевой информации // Всеросс. открытые Армандовские чтения «Современные проблемы дистанционного зондирования, радиолокации, распространения и дифракции волн». Муром: Муромский ин-т (филиал) ГОУ ВПО «Владимирский государственный университет им. А.Г. и Н.Г. Столетовых». 2019. С. 549-553.
17. Гаджиев Э.В., Туманов М.В., Генералов А.Г. Применение спиральных антенн для бортовых систем и комплексов // Тезисы 17-й Междунар. конф. «Авиация и космонавтика - 2018». М.: Типография «Люксор». 2018. С. 248-249.
18. Салихов М.Р. Применение рупорной антенны в качестве бортовой антенны радиолинии передачи целевой информации // Сб. докл. XLV Междунар. молодежной науч. конф. «Гагаринские чтения - 2019». Москва, Барнаул, Ахтубинск: МАИ (национальный исследовательский университет). 2019. С. 526-527.
19. Овчинникова Е.В., Кондратьева С.Г., Шмачилин П.А. и др. Применение рупорной антенны в качестве бортовой антенны радиолинии передачи целевой информации // Вопросы электромеханики. Труды ВНИИЭМ. 2019. Т. 173. № 6. С. 41-50.
20. Мартынов С.И., Гончаров А.К., Табенков А.В. Анализ энергетических характеристик бортовой аппаратуры радиолиний передачи информации КА ДЗЗ - ЗЕМЛЯ // Тезисы докл. VI Международной науч.-технич. конф. «Актуальные проблемы создания космических систем дистанционного зондирования Земли». М.: АО «Корпорация «ВНИИЭМ». 2018. С. 79.
21. Гаджиев Э.В., Генералов А.Г. К вопросу о построении остронаправленной перенацеливаемой бортовой антенны космических аппаратов // Тезисы докладов Второй молодежной конф. «Инновационная деятельность в науке и технике. Электромеханика, автоматика и робототехника». Истра: НИИ электромеханики. 2018. С. 33-36.
22. Юсов А.В., Козлов С.А., Устинова Е.А., Васильченко Д.В., Архипов М.Ю. Кривовакуумный гексапод с субмикронным приводом для температур 4,2 К // Материалы конф. «Иосифьяновские чтения - 2017». 2017. С. 231–233.
23. Геча В.Я., Захаренко А.Б., Мартынова С.А., Красова Н.А. Оптимизация главных размеров электродвигателя для привода антенно-фидерной системы // Вопросы электромеханики. Труды ВНИИЭМ. 2016. Т. 151. № 2. С. 8-11.
24. Патент H02K19/10. Синхронный реактивный электродвигатель / Дульцев А.А., Мартынова С.А. Захаренко А.Б.: АО «Корпорация «ВНИИЭМ». № 2551640 (РФ); Заявка № 2014116841; Опубл. 27.05.2015, Бюлл. № 15.
25. Акционерное общество «Научно-исследовательский институт точных приборов» (АО «НИИТП») [Электронный ресурс] http://www.niitp.ru/activities/34-vrl (дата обращения: 18.02.2022 г.)
26. Ferris M., Phillips N. The use and advancement of an affordable, adaptable antenna pointing mechanism // 14th European Space Mechanisms & Tribology Symposium – ESMATS 2011’ Constance. Germany. 28–30 September 2011. P. 227–234.
27. Thales Group. Thales Alenia Space. Avionics products. [Электронный ресурс] URL: https://www.thalesgroup.com/en/avionics-aocs (дата обращения: 18.02.2022 г.).
28. NEC Space Systems. Products. [Электронный ресурс] URL: http://www.nec.com/en/global/solutions/space/ (дата обращения: 18.02.2022 г.).
29. Генералов А.Г., Гаджиев Э.В. К вопросу о построении остронаправленной перенацеливаемой бортовой антенны космических аппаратов // Вопросы электромеханики. Труды ВНИИЭМ. 2018. Т. 164. № 3. С. 26-31.
30. Voskresenskiy D.I., Ovchinnikova E.V., Kondratieva S.G., Shmachilin P.A. Digital beam forming by means of matrix Fourier transform method // 22nd International Crimean Conference Microwave and Telecommunication Technology (CriMiCo 2012). Conference Proceedings. Sevastopol, Crimea: Sevastopol National Technical University. 2012. P. 455-456.
31. Акопян А.Г. Возможности исполнения цифрового диаграммообразования для антенных решеток на базе оборудования National Instruments. Образовательные, научные и инженерные приложения в среде Lab VIEW и технологии National Instruments // Сб. трудов VIII Междунар. науч.-практич. конф. М.: РУДН. 2009. C. 249-251.
32. Гуськов Ю.Н., Жибуртович Н.Ю. Технология разработки БРЛС с АФАР // Вопросы радиоэлектроники. Серия РЛТ. 2014. Вып. 3. С. 25.
33. Шмачилин П.А. Бортовые приемные ЦАФАР СВЧ: Автореф. дисс. ... канд. техн. наук. 2011.
34. Voskresenskiy D.I., Ovchinnikova E.V., Kondrateva S.G., Shmachilin P.A. Onboard active antenna arrays with digital signal processing. Prospects of development // 21st International Crimean Conference: Microwave and Telecommunication Technology. Conference Proceedings (CriMiCo - 2011). Sevastopol. Crimea. 2011. P. 17-18.
35. Овчинникова Е.В., Соколов А.А. Двухдиапазонная антенная решетка с косекансной диаграммой направленности // Антенны. 2011. № 4(167). С. 14-19.
36. Овчинникова Е.В., Гаджиев Э.В., Нгуен Д.Т. и др. Волноводная антенная решетка X-диапазона с эллиптической поляризацией // СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии. 2021. № 3. С. 114-115.
37. Овчинникова Е.В. Бортовые ФАР СВЧ-диапазона. Монография / Под. ред. Д.И. Воскресенского. М.: МАИ. 2016. 163 с.
38. Овчинникова Е.В., Васильев О.В., Кулястов М.М. Кольцевая концентрическая антенная решетка из волноводных излучателей // Антенны. 2015. № 8.
39. Ovchinnikova E.V., Zykov L.S., Shmachilin P.A., Kondrat'eva S.G. The on-board wide angle scanning antenna array // 8th European Conference on Antennas and Propagation (EuCAP - 2014). The Hague: Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc. 2014. P. 1820-1822. DOI: 10.1109/EuCAP.2014.6902149.
40. Двуреченский В.Д., Телепнев П.П., Федотов А.Ю. Спутниковая антенна с эллиптической поляризацией // Вопросы электромеханики. Труды ВНИИЭМ. 2013. Т. 134. № 3. С. 27-30.
41. Двуреченский В.Д., Телепнев П.П., Федотов А.Ю. Линейная антенна с эллиптической поляризацией для космических аппаратов // Вопросы электромеханики. Труды ВНИИЭМ. 2017. Т. 161. № 6. С. 17-19.
42. Qin F., et al. Wideband circularly polarized Fabry–Perot antenna [antenna applications corner] // IEEE Antennas Propagat. Mag. Oct. 2015. V. 57. № 5. Р. 127–135.
43. Yegorov E.N., Likhtenvald V.V., Sbitnev G.V. The system of Active Phased Array Antennas for satellite relay "Kupon" // Proceedings of the XVIII Moscow International Conference on Antenna Theory and Technology. Moscow. 1998. Р. 55-61.
44. Sakura T., Aruga H., Kitao S., Nakaguro H., Akaishi A., Kadowaki N., Araki T. Development of Ka-band Multibeam Active Phased Array Antenna for Gigabit Satellite // Proceedings of the Fifth Ka-band Utilization Conference. Taormina. Italy. 1999. Р. 515-522.
45. Masanobu Y., Takumi H., Tomonori K., Masai S. On-board evaluation results of active phased array antenna for winds Satellite, Transactions of the Japanese Society for Artificial Intelligence // Aerospace Technology Japan. 2011. V. 8. P. 13–18.