Тел./факс:  +7 (812) 702-12-12
          Тел.:  +7 (812) 702-39-85
194292, Санкт-Петербург, ул. Домостроительная, д. 4-А. 
E-mail: sales@navtelsat.com, http://www.navtelsat.com

 

(812) 987 1000

(812) 702 1212


 
Решения и разработкиРАЗРАБОТКА: АФС 9,3 для одновременной работы в L и С диапазонах

РАЗРАБОТКА: АФС 9,3 для одновременной работы в L и С диапазонах

ОПИСАНИЕ ЭТАПОВ ВЫПОЛНЕНИЯ ПРОЕКТА

Постановка задачи

Антенна должна обеспечивать работу в диапазонах L, C диапазонах согласно следующих требований:

 Параметр L C

Диапазон рабочих частот на прием, МГц:

 

1520-1560

3400-4200

 

Поляризация принимаемых сигналов

RHCP/LHCP

RHCP/LHCP

Коэффициент усиления на прием, dBi

 

 

1.52 ГГц - 40,6

1.54 ГГц - 40,7

1.56 ГГц - 40,9

3.40 ГГц - 46,4

3.80 ГГц - 47,4

4.20 ГГц - 48,2

Ширина диаграммы направленности на прием, град

 

по уровню 3 dB

по уровню 10 dB

 

 

1.41(1.54 ГГц)

0.57(3.8  ГГц)

 

 

2.56(1.54 ГГц)

1.04(3.8  ГГц)

Шумовая температура, К (в условиях температуры окружающей среды 20° C, чистое небо, абсолютная влажность 7,5 г/м3) на элевации АФС:

10°

20°

30°

50°

 

 

1,54 ГГц

47

36

31

28

27

 

 

 

3,8 ГГц 

50

38

32

29

27 

 

Кроссполяризационная развязка, dB 25 25
КСВН 1.40:1 1.30:1

 

Обоснование задачи

На момент постановки задачи выявлено отсутствие готовых решений удовлетворяющих условиям задачи. C инженерной точки зрения было понятно, что одновременный прием сигналов диапазонов С и L можно осуществить с небольшими допущениями на антенне, рассчитанной для работы в С диапазоне, поэтому было принято решение осуществить разработку  специальной радиочасти к существующей АФС диаметром 9,3 м. 

Решение задачи

В результате глубокого анализа рынка были выявлены несколько зарубежных производителей на базе которых теоретически можно было решить поставленную задачу. В ходе удаленного взаимодействия (телефон, e-mail, видеоконференцсвязь) и непосредственно визитов на зарубежные фирмы, выбор остановился на компании ASC SIGNAL и ее существующая АФС 9,3 m ESA c грегорианской двузеркальной  оптикой. Нужно было разработать двудиапазонный двух поляризационный 4х портовый облучатель под данный тип АФС

Изготовление изделия Разработка опытного образца заняла 15 месяцев. Специалисты Navtelsat контролировали каждый этап работ: этап ОКР, проектирования отдельных узлов и механизмов. Этап сборки и тестирования, а также этап написания специального программного обеспечения и разработке пользовательского интерфейса по адаптации интерфейсов взаимодействия с существующими программно-аппаратными комплексами заказчика.

 


 

В ходе  математического моделирования процессов, возникающих на данных диапазонах длин волн на АФС с известными параметрами, построенной по двузеркальной технологии, было выявлено ослабление параметров L диапазона, при котором универсальность АФС для приёма сигналов обоих диапазонов теряла свою целесообразность, и было бы разумнее использовать не одну, а две разные АФС на каждый из диапазонов, поэтому было принято решение отказаться от контр рефлектора  и перейти к прямофокусной оптике. 

В связи с этим предстояло рассчитать новый облучатель теперь уже для прямофокусного зеркала. При этом возникла необходимость идеально точно рассчитать крепления для данного облучателя, удерживающими его строго в фокусе параболы. То есть в месте, где ранее размещался контррефлектор, который довольно просто принимал на себя нагрузки различного характера, так как представлял собой одну монолитную металлическую  деталь, предстояло разместить облучатель, который бы не только выполнял свои непосредственные функции, но и распределял бы нагрузку от себя и трех стоек весом более 150 кг, при этом не допустить даже малейших смещений облучателя относительно осевых линий.

В начале для изготовления облучателя была применена его резка станком ЧПУ из цельного куска алюминиевого сплава, которая в среднем занимала несколько недель медленной работы станка по вырезке строго рассчитанных частей облучателя, но в ходе механических и климатических испытаний изделие два раз давало трещины из за неоднородности сплава и его неравномерного перегревания в процессе резки, в результате чего было решено перейти на другой способ изготовления изделия, а именно его отливки, то есть отдельные массивные части облучателя были отлиты из расплава алюминия в специальных формах, в результате чего была достигнута необходимая механическая прочность изделия, ну а как же его электрические свойства? После отливки и сборки облучатель прошёл испытания в безэховой камере далее по специальной методике измерений таких параметров как Insertion Loss, Port-To Port isolation и Axial Ratio. 

Если первые два это стандартные стендовые измерения, то измерения параметра Axial Ratio для С и в особенности L диапазона  производилось в безэховой камере, при этом специалистам будет понятно, что методики измерений для диапазонов C и  L разные. 

Размеры безэховой камеры позволяли рассматривать тестовую антенну и исследуемый облучатель как используемые в дальней зоне. Тестовая антенна представляла собой линейно поляризованный вращающийся элемент.

Также в ходе работы над облучателем был разработан специальный смеситель на С/L диапазоны, задача которого разделить соответствующие виды сигналов и подать каждый на свой волноводный порт для дальнейшего усиления.  

Перед установкой облучателя проводилась стандартная операция корректировки профиля зеркала с помощью теодолита при установленных направляющих контррефлектора. После установки облучателя контррефлектор настраивался по фокусному расстоянию и центровке по уровню сигнала и симметрии боковых лепестков диаграммы направленности относительно главного лепестка. Отработанная заводская методика позволила получить высокие значения коэффициента усиления и коэффициента полезного действия АФС. Данные представлены   в Табл. Значения уровня первых боковых лепестков диаграммы направленности составили минус 13 дБ относительно главного лепестка, а измеренные параметры ширины диаграммы направленности по уровню минус 3 и минус 10 дБ с большой точностью соответствуют  коэффициенту усиления в С – диапазоне. 

Совмещенный  двухдиапазонный облучатель устанавливался изначально на новые направляющие, а затем направляющие крепились к зеркалу вместо используемых с контррефлектором. Таким образом длина направляющих жестко определяет фокусное расстояние, при этом отсутствует возможность центровки и симметрирования облучателя. Единственным регулирующим элементом является  кольцо крепления облучателя с возможностью изменения фокусного расстояния в пределах 4 сантиметров. АФС становится прямофокусной.

Результаты измерений коэффициента усиления и коэффициента полезного действия представлены в Таблице ниже. 

 

Облучатель С диапазона серийный       

4х портовый облучатель С/L

 

C диапазон

L-диапазон

С-диапазон

КНД,дБ

51.6

43.6

51.6

Кус.пасп., дБ

50.2

40.7

47.4

Кус.измер.,дБ

50.4

40.0

48.8

КПД пасп.,проц.

73

51

38

КПД измер.,проц.

76

44

53

 

Табл. Сравнительная таблица коэффициента усиления антенны 9.3 м для двух типов облучателей (серийного однодиапазонного и разработанного двухдиапазонного).

Необходимо отметить, что проводилась лишь одна итерация по смещению облучателя к зеркалу, это позволило сузить ширину  диаграммы направленности антенны на 10 процентов и поднять усиление на 0.8 дБ. Ближе продвинуть облучатель к зеркалу не представлялось возможным из-за геометрических ограничений. Значения усиления и ширина диаграммы направленности АФС в этом случае представлены  в Табл. где сравниваются заявленные параметрам реально полученным. Диаграмма направленности оказалась симметричной, значения уровней первых боковых лепестков составили минус 18 дБ относительно главного. Проверка работоспособности и соответствия заявленным характеристикам производилась путем замены родного однодиапазонного двухпортового облучателя С-диапазона  на тестируемый двухдиапазонный 4х портовый облучатель.

СООТВЕТСТВИЕ ЗАЯВЛЕННЫМ ПАРАМЕТРАМ ПОЛУЧЕННЫХ В ХОДЕ НАТУРНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ

 

Параметр

L

заявленный

C

заявленный

L

полученный

С

полученный 

Диапазон рабочих частот на прием, МГц:

 

1520-1560 3400-4200  1520-1560

3400-4200

 

Поляризация принимаемых сигналов

RHCP/LHCP RHCP/LHCP  RHCP/LHCP

RHCP/LHCP

Коэффициент усиления на прием, dBi

 

 

 

1.52 ГГц - 40,6

1.54 ГГц - 40,7

1.56 ГГц - 40,9

 

3.40 ГГц - 46,4

3.80 ГГц - 47,4

4.20 ГГц - 48,2

 

--

40

 

--

 

--

48,8

 

--

Ширина диаграммы направленности на прием, град

 

по уровню 3 dB

по уровню 10 dB

 

 

1.41(1.54 ГГц)

0.57(3.8  ГГц)

 

 

2.56(1.54 ГГц)

1.04(3.8  ГГц)

 

 

1.65(1.54 ГГц)

2.99(1.54 ГГц)

 

 

0.64(3.8  ГГц)

1.11(3.8  ГГц)

 

 

 

Шумовая температура, К (в условиях температуры окружающей среды 20° C, чистое небо, абсолютная влажность 7,5 г/м3) на элевации АФС:

10°

20°

30°

50°

 

 

1,54 ГГц

47

36

31

28

27

 

 

 

3,8 ГГц 

50

38

32

29

27 

 

 

--

--

--

--

--

--

 

 

 

--

--

--

--

--

--

Кроссполяризационная развязка, dB

25 25 >27 >27
КСВН 1.40:1 1.30:1 1.25:1 1.20:1

 

 


 

Выводы.

 К положительным качествам двухдиапазонной АФС следует отнести:

1.Наличие двух диапазонов.

2.Простота установки и отсутствие сложной процедуры настройки контррефлектора.

3.Высокая кроссполяризационная развязка.

4.Низкий уровень боковых лепестков, что позволяет в существенно большем динамическом  диапазоне  осуществлять сопровождение  нестационарных объектов на ГСО.

Представленные данные говорят о том, что четырехпортовый двухдиапазонный облучатель L- и C- диапазонов представляет собой компромиссный с точки зрения усиления и КПД прибор, уменьшающий апертуру АФС с 9.3 м до 7.0-8.0 м. В то же время функциональность АФС существенно выигрывает от наличия двух диапазонов в одном облучателе.

 

Очередной успешно реализованный технически-сложный и незаурядный проект, позволяет говорить о том, что Navtelsat уверенно и последовательно демонстрирует высокий потенциал своих возможностей по проектированию и разработке сложных систем. Мы уверенно реализуем на практике свои способности по удовлетворению различных и непохожих друг на друга – возможностей по разработке и предложению кастомизированной, а в данном случае можно говорить и об уникальном, не имеющим аналогов в мире,  подходе к реализации и адресному внедрению наших знаний в области антенн и устройств СВЧ, электродинамике и распространению радиоволн, материаловедению и программированию.

© Navtelsat