Название статьи или книги, фамилия автора, DOI

Антенные системы радиолинии передачи информации космических аппаратов: пути построения

Е.В. Овчинникова1, С.Г. Кондратьева2, П.А. Шмачилин3

обзорная статья УДК 621.396.67 Страницы: 109-121 doi.org/10.18127/j00338486-202206-14

  1. 1 МАИ (НИУ) (Москва, Россия)
  2. 2,3 МАИ (НИУ) (Москва, Россия); Российский университет дружбы народов (РУДН) (Москва, Россия)

Аннотация

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.

Поступила
21.03.2022
Одобрена
01.04.2022
Принята
04.06.2022

Для цитирования

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

Список источников
  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.