ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. ISSN 1684-1719. 2020. № 1
Оглавление выпуска

Текст статьи (pdf)
English page

 

DOI 10.30898/1684-1719.2020.1.10

УДК 621.396.67.012.12
 

Адаптивное управление кластерами многолучевой гибридной зеркальной антенны в интересах стабилизации энергетического потенциала спутниковой системы связи

 

В. В. Мочалов ^1,2, А. Г. Романов ¹, И. Ю. Данилов ¹, Ю. И. Чони ²

¹ АО «Информационные спутниковые системы им. академика М.Ф. Решетнева», 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52

² Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева – КАИ, 420111, г. Казань, ул. К.Маркса, 10

 

Статья поступила в редакцию 17 января 2020 г.

 

Аннотация. В обеспечении на необходимом уровне энергетического потенциала спутниковой системы связи важную роль играет стабильность положения лучей ее крупногабаритной гибридной зеркальной антенны, профиль рефлектора которой подвержен искажениям из-за изменяющихся эксплуатационных факторов, тепловых нагрузок в частности. Обсуждаются три подхода для достижения этой цели путем адаптивного регулирования весовых коэффициентов кластеров, формирующих лучи: а) при фиксированных кластерах, б) при целесообразном смещении кластеров предопределенной конфигурации, в) при полном  управлении конфигурацией кластеров. С использованием приближенной электродинамической модели, состоятельность которой подтверждена расчетами в среде Ticra Grasp, вычислены усредненные и наихудшие значения 0,1дБ-коэффициента усиления для серии деформаций рефлектора. Показано, что в типичных ситуациях снижение усредненного коэффициента покрытия рабочей зоны может быть сведено к значениям в пределах 0,1дБ - 0,2дБ вместо 1,6дБ без адаптации. Основные результаты работы докладывались на XIII Всероссийской конференции «Радиолокация и радиосвязь».

Ключевые слова: многолучевая гибридная зеркальная антенна, искажение профиля рефлектора, кластер, весовые коэффициенты, фокальное пятно, ориентация луча.

Abstract. In order to ensure the required level of energy potential of a satellite communication system, it is important that the orientation of the beams of a large hybrid reflector antenna is stable, despite the fact that the reflector profile is subject to distortion due to thermal effects in particular. The paper discusses three approaches to achieving this goal by adaptively adjusting the weight coefficients of the clusters that form the beams: a) for fixed hexagonal clusters, b) for reasonably shifting clusters of hexagonal configuration, c) with full control over the position and configuration of the clusters. Using an approximate electrodynamics’ model, the validity of which is confirmed by calculations in the Ticra Grasp software, the average and worst values of the gain for a series of reflector distortions are calculated and investigated. The results obtained confirm that the initial (in the absence of adaptation) dispersion of the beam gain in the working area by 3.1 dB is reduced to the following values depending on the type of adaptation: 1) 1.1dB when controlling only weighting coefficients of clusters; 2) 0.2dB when moving the hexagonal cluster following the maximum of the focal spot in addition to adaptation of the weighting coefficients; 3) 0.1dB when changing the configuration of clusters in accordance with the relief of focal spots and adjusting the weighting coefficients; by the way, this increases the beams gain by 0.6dB due to enlargement of the cluster areas.

Key words: multi-beam hybrid parabolic antenna, reflector profile distortion, cluster, weight coefficients, focal spot, beam orientation.

Литература

1. Гряник М.В., Ломан В.И. Развертываемые зеркальные антенны зонтичного типа. М.: Радио и связь. 1987. 72 с.

2. Adelman H.M., Padula S.L. “Integrated thermal structural electromagnetic design optimization of large space antenna reflectors” // NASA-TM-87713. NASA Langley Research Center. Hampton. VA. USA. June 1986.

URL: https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19860019512.pdf

3. Шипилов С.Э., Ефремов А.А., Якубов В.П. Восстановление формы искривлений зеркальных комбинированных антенн // Известия ВУЗов. Физика. 2008. Т. 51. № 9/2. С. 103−105.

4. Шендалев Д.О. Проектирование формообразующей структуры зонтичного рефлектора // Вестник СибГАУ. 2013. № 6(52). С. 164−173.

5. Голдобин Н.Н. Методика оценки формы радиоотражающей поверхности крупногабаритного трансформируемого рефлектора космического аппарата // Вестник СибГАУ. 2013. № 1(47). С. 106−111.

6. Shenheng X., Rahmat-Samii Y., William A. Non iterative subreflector shaping for reflector antenna distortion compensation // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2009. Vol. 57. No. 2. P. 364−372.

7. Gonzalez-Valdes B., Martínes-Lorenzo J.A., Rappaport C., Pino A.G. “A new physical optics based approach to subreflector shaping for reflector antenna distortion compensation” // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2013. Vol. 61. No. 1. pp. 467−472.

8. Acosta R.J. Compensation of Reflector Surface Distortions Using Conjugate Field Matching // International IEEE A/P-S Symposium and National Radio Science Meeting. Philadelphia. Pennsylvania. June 1986. P. 1 − 6.

URL: https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/ casi.ntrs.nasa.gov/19860006991.pdf.

9. Roberto J., Zaman A. Adaptive feed array compensation system for reflector antenna surface distortion // NASA-TM-101458. 1989. IEEE AP-S International Symposium and URSI Radio Science Meeting. San Jose. California. June 26−30. 1989. P. 1 −7.

10. Alan R., Roberto J., Peter T., Lee Shung-Wu. Compensation of reflector antenna surface distortion using an array feed // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1989. Vol. 37. No. 8. P. 966 – 978.

11. US 4,586,051 - H01Q 19/10 Reflector distortion compensation system for multiple-beam wave satellite antennas / Saitto A., Mica G. Assignee: Agence Spatiale Europeenne, Paris. Publ. Apr. 29, 1986.

12. Smith W.T., Stutzman W.L. A pattern synthesis technique for array feeds to improve radiation performance of large distorted reflector antennas // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1992. Vol. 40. No. 1. P. 57−62.

13. Чони Ю.И., Шумина А.А. Возбуждение кластера облучателей гибридной зеркальной антенны в условиях деформации рефлектора // Всероссийская научно-практическая конференция АКТО-2016. Т. 2. С. 753−759.

14. Патент RU 2578289, H01Q 25/00. Способ формирования кластерных зон облучающей решеткой многолучевой гибридной зеркальной антенны / Ласкин Б.Н., Сомов А.М.; заявл. 29.12.2014; опубл. 28.03.2016.

15. Пономарев Л.И., Вечтомов В.А., Милосердов А.С. Бортовые цифровые многолучевые антенные решетки для систем спутниковой связи / Под ред. Л.И. Пономарева. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2016. 197 с.

16. Романов А.Г., Данилов И.Ю., Чони Ю.И., Мочалов В.В. Дофокусировка многолучевой гибридно-зеркальной антенны в условиях эксплуатационных нагрузок // Наукоемкие технологии, №12, 2017г, С. 85-90.

 

Для цитирования:
Мочалов В.В., Романов А.Г., Данилов И.Ю., Чони Ю.И. Адаптивное управление кластерами многолучевой гибридной зеркальной антенны в интересах стабилизации энергетического потенциала спутниковой системы связи. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2020. № 1. Режим доступа: http://jre.cplire.ru/jre/jan20/10/text.pdf. DOI 10.30898/1684-1719.2020.1.10