АНТЕННАЯ СИСТЕМА ПЕРЕНОСНОЙ СТАНЦИИ СПУТНИКОВОЙ СВЯЗИ

Полезная модель относится к технике радиосвязи и может быть использована в качестве антенной системы для переносных абонентских станций спутниковой связи.
Для обеспечения спутниковой связи (СС) в различных диапазонах волн в составе земных станций СС используются антенные системы, отличающиеся конструктивным выполнением рефлектора, облучателя и системы наведения антенны на космический аппарат (КА) [1,2].
Известны антенные системы земных станций спутниковой связи, конструктивное исполнение которых приведено в [1]. Общий вид нескольких антенных систем показан на рис. 14.6-14.8.
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой полезной модели является антенная система земных станций, показанная на рис. 14.7 [1]. Она состоит из зеркала с облучающей системой, антенно-волноводного тракта (АВТ), опорно-поворотного устройства (ОПУ) с электросиловым приводом, аппаратуры наведения и автосопровождения.
Основным недостатком известной антенной системы земных станций, приведенной на рис. 14.7, является громоздкость ее оборудования, что не позволяет использовать такие антенны в подвижных объектах и на выносных рабочих местах должностных лиц, для которых необходимо обеспечить надежную связь по каналам станций спутниковой связи с абонентами, находящимися на значительном удалении друг от друга.
Целью полезной модели является создание для переносной станции спутниковой связи малогабаритной антенной системы разборной конструкции с возможностью быстрой сборки и разборки и наведения на ретранслятор космического аппарата.
Сущность полезной модели заключается в том, что в антенной системе переносной станции спутниковой связи, содержащей рефлектор, облучатель, антенно-волноводный тракт и опорно-поворотное устройство, рефлектор выполнен разборным с диаметром 600 мм, состоящим из шести взаимозаменяемых сегментов (лепестков) одинакового размера, причем рефлектор выполнен с использованием композитных материалов на основе углеволокна, а в антенно-волноводный тракт для сокращения потерь принимаемого сигнала дополнительно введены малошумящий усилитель, фильтр низкой частоты и усилитель мощности, при этом сегменты рефлектора имеют размер в верхней части по окружности 314 мм и в нижней части 44 мм, облучатель имеет фланец, в прорезь которого вставляются сегменты (лепестки) рефлектора и скрепляются с помощью откидных зажимов с удерживающими винтами при сборке рефлектора, к фланцу облучателя с тыльной стороны крепится малошумящий усилитель с фильтром низкой частоты и усилитель мощности, для сохранения электрических параметров малошумящий усилитель имеет жесткое крепление с фильтром низкой частоты, в нижней части антенной системы размещены опорно-поворотное устройство, бортовой приемник маяка и разъем для подключения кабеля от аппаратного модуля переносной станции спутниковой связи.
Сравнение полезной модели с прототипом показывает, что предлагаемая антенная система переносной станции спутниковой связи отличается от прототипа рядом признаков, в том числе выполнением рефлектора разборным, состоящим из шести сегментов (лепестков) одинакового размера, скрепляемых между собой в произвольном порядке с помощью зажимов с удерживающими винтами, введением в состав антенно-волноводного тракта малошумящего усилителя, фильтра низкой частоты и усилителя мощности, что способствует улучшению технических и эксплуатационных характеристик антенной системы, упрощает и обеспечивает возможность быстрой сборки и разборки антенной системы, ее компактной укладки и транспортировки силами обслуживающего персонала.
Таким образом, предлагаемая полезная модель имеет новую совокупность признаков, что соответствует критерию «новизна» и практическая ценность.
Предлагаемая антенная система изготавливается из стандартных элементов, которые серийно выпускаются промышленностью, и не требует дополнительного технического творчества для ее воспроизведения, что особенно важно при серийном производстве. Поэтому предлагаемая полезная модель удовлетворяет критерию промышленной применимости.
На фиг. 1 приведено конструктивное исполнение антенной системы, а на фиг. 2 показана схема крепления составных частей антенной системы.
Предлагаемая антенная система (см. фиг. 1) переносной станции спутниковой связи содержит:
1 - разборный рефлектор с диаметром 600 мм;
2 - сегменты (лепестки) рефлектора одинакового размера;
3 - облучатель;
4 - фланец облучателя;
5 - прорези фланца облучателя;
6 - антенно-волноводный тракт, включающий в себя:
7 - малошумящий усилитель (МШУ),
8 - фильтр низкой частоты,
9 - усилитель мощности (УМ),
10 - опорно-поворотное устройство (ОПУ);
11 - бортовой приемник маяка;
12 - откидные зажимы (шесть) с удерживающими винтами для скрепления между собой сегментов рефлектора;
13 - разъем для подключения кабеля от аппаратного модуля переносной станции спутниковой связи.
На чертеже (фиг. 2) обозначено:
2 - сегменты (лепестки) рефлектора;
3 - облучатель;
5 - прорези фланца облучателя;
7 - малошумящий усилитель;
8 - фильтр низкой частоты;
9 - усилитель мощности;
10 - опорно-поворотное устройство;
11 - бортовой приемник маяка;
12 - откидные зажимы с удерживающими винтами для скрепления между собой сегментов рефлектора;
13 - разъем для подключения кабеля от аппаратного модуля переносной станции спутниковой связи;
14 - накидная гайка;
15 - фиксатор;
16 - фиксирующий винт.
Рефлектор 1 является основной частью антенной системы и представляет собой однозеркальную конструкцию с диаметром зеркала 600 мм. Конструктивно он выполнен разборным, состоящим из шести взаимозаменяемых сегментов (лепестков 2) одинакового размера. Поскольку рефлектор по окружности имеет размер - 2πR=2×3,14×300 мм=6,28×300=1884 мм, то каждый из шести сегментов 2 имеет размер в 314 мм в верхней части и примерно 44 мм в нижней части. Такая конструкция рефлектора способствует быстрой разборке и сборке, а также возможности укладки рефлектора 1 в упаковку для переноски антенной системы переносной станции спутниковой связи.
Рефлектор 1 предлагаемой полезной модели относится к параболическому типу зеркальных антенн. Однако в нем, при сохранении параболической формы, используется лишь сегмент (вырезка) параболоида. При такой конструкции сохраняются достоинства зеркальных антенн, и дополнительно исключается затемнение поверхности зеркала антенны, что способствует повышению коэффициента использования поверхности (КИП) рефлектора и улучшению поляризационных характеристик. При этом достигается повышение КИП до 0,75.Сегменты (лепестки) 2 рефлектора 1 скрепляются между собой с помощью шести откидных зажимов 12 с удерживающими винтами.
Облучатель 3 имеет фланец 4 с шестью прорезями 5, в которые вставляются сегменты 2 разборного рефлектора 1. К фланцу 4 облучателя 3 с тыльной стороны крепится антенно-волноводный тракт 6, включающий в себя малошумящий усилитель 7 с фильтром 8 низкой частоты и усилитель мощности 9.
Антенно-волноводный тракт (АВТ) 6 является промежуточным звеном между передающим устройством переносной станции спутниковой связи и антенной (при передаче) и между антенной и приемным устройством (при приеме). В современных земных станциях спутниковой связи применяются два типа АВТ: волноводные и лучевые. Достоинством тракта волноводного типа, который использован в предлагаемой антенной системе, является простота технической реализации и невысокая стоимость. Такой тракт обеспечивает вполне приемлемые показатели в диапазонах частот до 6 ГГц. Он может включать герметизирующую секцию, волновод круглого сечения, блок поляризации, преобразующий один вид поляризации в другой, герметизирующую вставку и заградительный фильтр.
Ш
Конструкция малошумящего усилителя 7 позволяет ему работать на открытом воздухе в условиях выпадения осадков. Электрические параметры МШУ 7: диапазон рабочих частот 3400…3900 МГц, коэффициент стоячей волны КСВ=1,35; температура шума Т=50 К.
Фильтр 8 низкой частоты выполняет функции дуплексера. Он разделяет сигналы приемного и передающего трактов высокой частоты, поступающие с антенны и передаваемые в антенну.
Усилитель мощности 9 предназначен для усиления сигналов в диапазоне частот от 5725 до 6225 МГц. Усилитель имеет три каскада усиления, режекторный фильтр для подавления шумов в диапазоне частот приема, датчик мощности и развязывающие ферритовые вентиль и циркулятор. Выходная мощность в режиме насыщения составляет не менее 12 Вт, а коэффициент усиления находится в пределах 41 дБ. КПД усилителя мощности обеспечивается на уровне не менее 22%. Подавление сигнала в диапазоне приема составляет не менее 45 дБ.
Включение/отключение усилителя мощности 9 и снятие сигнала контроля выходной мощности осуществляется дистанционно с выхода аппаратного модуля станции спутниковой связи.
Опорно-поворотное устройство 10 предназначено для юстировки антенной системы станции спутниковой связи в направлении на космический аппарат, находящийся на геостационарной орбите (ГСО). В данной антенной системе опорно-поворотное устройство является неполноприводным. Неполноприводное опорно-поворотное устройство предназначено для работы со спутниками на геостационарной орбите (ГСО), нестабильность положения которых на орбите обычно не превышает ±0,1 градуса.
Бортовой приемник 11 маяка выполняет роль аппаратуры наведения антенной системы земной станции на спутник, которая работает по специальному сигналу наведения (сигналу-маяку). В состав аппаратуры наведения антенны земной станции спутниковой связи обычно входят:
преобразователь частоты сигнала маяка «вниз» (beacon down converter);
приемник сигнала маяка (beacon receiver).
Антенная система переносной станции спутниковой связи обеспечивает связь без ручного поиска и подстройки с обеспечением одновременного или поочередного приема и передачи в следующих диапазонах частот: на прием - 3400-3900 МГЦ и на передачу - 5725-6225 МГц.
Коэффициент усиления антенной системы станции с разборным рефлектором диаметром 600 мм составляет на прием не менее 24 дБ и на передачу не менее 26 дБ. Температура шума антенны при угле места 7° не более 68°К.
В антенном модуле обеспечивается одновременно прием сигналов с правовинтовой поляризацией и передача сигналов с левовинтовой поляризацией. Коэффициент эллиптичности Кэ ≥0,8. Имеется возможность смены поляризации на противоположную путем замены облучателя.
Конструктивное исполнение антенной системы обеспечивает возможность ручного наведения антенны на геостационарный ретранслятор (РТР) по азимуту в пределах ±30 градусов и по углу места в пределах от 0 градусов до 75 градусов.
Антенная система переносной станции обеспечивает устойчивую работу при скорости ветра до 20 м/с и не разрушается при скорости ветра до 30 м/с.
Разборка и сборка антенной системы осуществляется следующим образом.
При разборке антенной системы из рабочего состояния сначала необходимо открутить удерживающую гайку на фланце 4, затем открутить шесть удерживающих винтов на откидных зажимах 12 на краях сегментов 2 рефлектора 1 и вынуть сегменты 2 из пазов (прорезей) фланца облучателя. Далее уложить сегменты 2 рефлектора в специальное отделение рюкзака для переноски станции спутниковой связи. Открутить фиксирующий винт 16, фиксирующий опорно-поворотное устройство 10 на крышке контейнера, снять его и уложить в паз для него на кожухе контейнера станции спутниковой связи.
Время свертывания и подготовки антенной системы станции к транспортированию не превышает 2 мин.
Сборка антенной системы переносной станции спутниковой связи для приведения ее в рабочее состояние производится следующим образом. Для этого необходимо опорно-поворотное устройство 10 закрепить с помощью накидной гайки 14 на ответном резьбовом фланце 5, установленном на контейнере так, чтобы прорезь для установки антенного модуля располагалась вертикально. Сегменты 2 рефлектора извлечь из рюкзака и установить в прорезь фланца, предварительно отвернув до упора фиксирующий винт 16. Состыковать зажимы 12, расположенные по краю рефлектора (шесть штук) и затянуть фиксирующий винт 16. Установить антенный модуль в прорезь опорно-поворотного устройства 10, затянуть фиксирующий винт 16 и фиксатор 15. Подключить кабель соединительный к разъему 13 антенного модуля и соединить его с аппаратным модулем переносной станции спутниковой связи.
Технический эффект от предлагаемой полезной модели заключается в создании малогабаритной антенной системы для переносной станции спутниковой связи, имеющей разборную конструкцию с возможностью быстрой сборки и разборки антенной системы, наведения на ретранслятор космического аппарата, с улучшенными техническими и эксплуатационными характеристиками антенной системы, а также в обеспечении возможности транспортировки антенной системы силами обслуживающего персонала.
Испытания изготовленных опытных образцов антенной системы переносной станции спутниковой связи показали, что она обеспечивает быструю сборку и разборку в полевых условиях, надежную работу при температуре окружающей среды рабочих температур от минус 40 до плюс 40°С и сохраняет работоспособность после воздействия предельной пониженной температуры среды от минус 50°С и предельной повышенной температуры среды 65°С, при воздействии атмосферных конденсированных осадков в виде инея, росы и дождя.
Источники информации.
1. Спутниковая связь и вещание: Справочник. - 3-у изд., перераб. и доп. / В.А. Бартенев, Г.В. Болотов, В.Л. Быков и др.; Под ред. Л.Я. Кантора. - М.: Радио и связь, 1997, с. 397-413 (прототип).
2. Фролов О.П. Антенны для земных станций спутниковой связи. - М.: Радио и связь, 2000.