Диссертация (УКВ антенны малых космических аппаратов), страница 2

[14]. Однако при разработке антеннойсистемы для малых КА необходимо учитывать следующие факторы.Так как площадь поверхности КА предназначенной для установки всей бортовой целевойаппаратуры, в том числе и АФУ, как правило, составляет примерно от 0,01 м2до 1 м2 (в зависимости от габаритов самого КА), то необходимо использовать такой тип антенн,который удачно размещался бы на такой поверхности.Несмотрянасовременнуютенденцию,котораязаключаетсявиспользованиивысокочастотных бортовых антенн (2,4 ГГц, 5 ГГц, 8,2 ГГц, 10 ГГц, 25,6 ГГц), в настоящиймомент существует острая потребность в миниатюрных антеннах метрового и дециметровогодиапазонов (145 МГц, 435 МГц), т.е.

УКВ диапазон. Этот факт обусловлен тем, что ввидудоступности данного диапазона для потребителя (особенно при построении антенн длянаучных комплексов и систем, радиолюбительских систем и т.д.), этот диапазон активноприменяется как на борту малых КА, так и в наземных пунктах приёма.В ходе анализа существующих вариантов построения антенных систем КА, выявлено, чтоуказанные ранее типы бортовых антенн КА обладают целым рядом недостатков, которыезаключаются в следующем. При традиционном подходе к построению антенн УКВ диапазонаони обладают большими массогабаритными показателями, выступающей конфигурацией, что всвою очередь не позволяет размещать их под обтекателем ракетоносителя (РН) без7трансформации.

А для выведения антенны в рабочее положение требуются дополнительныеустройства и механизмы (устройства зачековки, пироболты, механизмы выдвижения и т.д.).Данный подход к построения антенной системы сложен, снижает надёжность, требуетдополнительных наземных испытаний, повышает стоимость и т.д.Классмикрополосковыхантеннсоответствуетпредъявляемымтребованиямпомассогабаритным показателям к антеннам малых КА, обладает невыступающей конфигурации,надёжной и простой конструкцией, низкой стоимостью изготовления и т.д. Приведённыепреимущества достигаются за счёт применения печатных технологий при изготовлении такихантенн. Тем не менее, при разработке УКВ микрополосковых антенн, необходимо обеспечитьминиатюризацию массогабаритных показателей антенны в зависимости от отведённой площадидля установки на поверхности малого КА.Значительный вклад в развитие микрополосковых антенн внесли как отечественныеучёные и специалисты Б.А.

Панченко, Е.И. Нефёдов, В.С. Филиппов, Д.И. Воскресенский,В.В. Чебышев, В.А. Обуховец, А.О. Касьянов и др., так и зарубежные I.J. Bahl, J.R. James,P.S. Hall, C.A. Balanis, F.E. Gardiol и др.В то же время, помимо жёстких требований по массогабаритным характеристикам итребований к невыступающей конфигурации антенн малых КА, необходимо обеспечитьприемлемые характеристики направленности (КСВ, ДН, КУ). Корпус КА оказывает влияниена ДН бортовой антенны вследствие эффекта дифракции, вызванного протеканием токов наповерхности КА, т.е.

ухудшаются характеристики направленности бортовых антенн.В настоящий момент существует много различных способов учёта влияния дифракции нахарактеристики направленности антенн, которые отражены в работах таких авторов,как Л.А. Вайнштейн, П.Я. Уфимцев, В.А. Фок, Е.Н. Васильев и другие.Однако большинство из предложенных методов не позволяют провести инженернуюоценку характеристик направленности из-за математической сложности в виду того, сам КАобладает сложной геометрической формой, а расположение на поверхности большогоколичества целевой аппаратуры разнообразной формы и габаритов не способствуютприменению строгой теории.

Наиболее простым решением поставленной задачи являетсяматематическое и численное электродинамическое моделирование. Однако для формированияи анализа сложных структур требуются значительные компьютерные ресурсы и время.Поэтомувозникаетнеобходимостьразработкиприближённыхметодикрасчёта,применимых для бортовых антенн и позволяющих при минимальных временных затратах и сдостаточной степенью точности оценить основные характеристики на ранней стадииразработки бортовой антенной системы малых КА.8Для анализа влияния корпуса малого КА на характеристики направленности бортовойантенныпредложеноиспользоватьметодсобственныхфункций,и,соответственно,аппроксимация корпуса малого КА.Такимобразом,разработкамалогабаритной,невыступающей,надёжной,высокотехнологичной антенной системы для малых КА является современной, актуальнойзадачей.С учётом выше изложенного можно сформулировать основные цели и задачидиссертационной работы.Цель работыЦелью диссертационной работы является изыскание путей построения, методикипроектирования и расчёта малогабаритной, невыступающей антенной системы класса малыхКА широкого профиля.Основные задачиВ соответствии с поставленной целью в диссертационной работе решены следующиезадачи:проведение аналитического обзора научно–технической литературы, посвящённойизысканию путей построения малогабаритной, невыступающей антенной системы длямалых КА;исследование влияния корпуса носителя на характеристики направленности бортовыхантенн;изучение параметров существующих и применяемых СВЧ–диэлектриков;изыскание путей построения миниатюрных УКВ микрополосковых антенн;поиск технических решений и разработки малогабаритных, бортовых УКВмикрополосковых антенн;разработкаприближённойметодикиоценкивлиянияповерхностиКАнахарактеристики направленности бортовых микрополосковых антенн;определение и исследование направленных свойств и частотных характеристикбортовых микрополосковых антенн;предложениетехническихмногодиапазоннойрешениймикрополосковойиразработкаантенныбортовой,(метровогодиапазонов) для построения антенной системы малых КА;ипланарной,дециметрового9экспериментальноеисследованиехарактеристикнаправленностибортовоймикрополосковой антенны и проведение сравнительного анализа, полученного путёмстрогого численного электродинамического моделирования.Методы исследованияПри исследовании использовались как вычислительные методы электродинамики итеории антенн и устройств СВЧ на ЭВМ, так и известные общие методы решения волновыхуравнений.Научная новизнаНаучная новизна работы заключается в следующем:предложен алгоритм оценки влияния корпуса малого КА на характеристикинаправленности бортовой антенны малого КА;определены требования к характеристикам направленности, согласованию, частотнымсвойствам и массогабаритным параметрам, конструкции, применяемым материаламвследствие воздействия космического пространства, механического и климатическоговоздействия, обусловленных также спецификой запуска и эксплуатации бортовыхантенн малых КА;предложенрядбортовых,многочастотных,скруговойполяризацией,высокотехнологичных микрополосковых антенн для малых КА.Практическая значимость результатов работы1.Разработана и запатентована УКВ микрополосковая антенна, обладающая в 2–2,5 разаменьшими габаритами по сравнению с применяемыми антеннами на борту КА.2.Предложена УКВ микрополосковая антенна круговой поляризации, обладающаяболее простым способом получения круговой поляризации по сравнению сприменяемыми антеннами на борту КА.3.Предложена многодиапазонная микрополосковая антенна в планарном исполнении,позволяющая уменьшить занимаемый объём.10Реализация и внедрение результатов работыОсновные результаты диссертационной работы использованы и внедрены в ОКРАО «Научно-исследовательского института электромеханики» (АО «НИИЭМ»), а такжевнедрены в учебный процесс кафедры 406 МАИ (НИУ).Акты о внедрении приведены в приложении к диссертации.Достоверность полученных результатовДостоверность полученных результатов обусловлена использованием общеизвестныхметодов решения волновых уравнений, а также совпадением полученных результатов сэкспериментально измеренными характеристиками.Основные положения, выносимые на защитуПредложена конструкция малогабаритной, невыступающей антенной системы малыхКАсиспользованиеммалогабаритныхУКВмикрополосковыхантенн,соответствующих предъявляемым требованиям к антенной системе малых КА.Разработаналгоритмнахожденияизмененийхарактеристикнаправленностислабонаправленных бортовых антенн от явления дифракции на поверхности малогоКА, позволяющий на начальной стадии проектирования определить необходимыеантенные устройства.Созданы миниатюрные УКВ микрополосковые антенны, применяемые в системесвязи, метеонаблюдения, в научных задачах и др., позволяющие уменьшить в 2–2,5раза габариты по сравнению с применяемыми бортовыми антеннами на борту при техже характеристиках.Апробация результатов работыОсновные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались наследующих конференциях:1.Бочаров В.С., Генералов А.Г., Гаджиев Э.В.

Миниатюризация бортовых антеннофидерных устройств космических аппаратов. Материалы научно-техническогосеминара«Перспективыразвитияантенно-фидерныхаппаратов». Истра, ОАО «НИИЭМ». 2013.устройствлетательных112.Гаджиев Э.В. Разработка модели микрополосковой антенны метрового диапазона(137 МГц) для перспективного использования на малом КА «Ионосфера». Сборниктезисов докладов Московской молодёжной научно-практической конференции«Инновации в авиации и космонавтике – 2013». Москва, МАИ. 2013.3.Bocharov V.S., Generalov A.G., Gadzhiev E.V.

Design of microstrip antennas for dualfrequencyon-boardtransmitter‘MAYAK150/400’.IEEEMicrowave&Telecommunication Technology (CriMiCo). 2013. 23rd International Crimean Conference.4.Бочаров В.С., Генералов А.Г., Гаджиев Э.В. Пути построения малогабаритных,невыступающихбортовыхантенныхсистеммалыхкосмическихаппаратов.Материалы VI Всероссийской научной конференции «Радиофизические методы вдистанционном зондировании сред». Муром, МИ ВлГУ. 2014.5.Vladimir Bocharov, Alexander Generalov, Elchin Gadzhiev.

Application of printingtechnologies to design on-board antenna systems of spacecrafts. 40th COSPAR ScientificAssembly. 2014.6.Гаджиев Э.В. Разработка модели микрополосковой антенны для перспективногоприменения на космическом аппарате «Ионосфера». Тезисы докладов Второймеждународной научно-технической конференции «Актуальные проблемы созданиякосмическихсистемдистанционногозондированияЗемли».Москва,ОАО «Корпорация «ВНИИЭМ». 2014.7.Гаджиев Э.В. Вариант миниатюризации микрополосковых антенн метровогодиапазона для применения в качестве бортовых антенн малых космических аппаратов.Тезисы докладов ХХ научно-технической конференции молодых учёных испециалистов.