Зонтичная антенна космического аппарата
Владельцы патента RU 2447550:
Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнева" (RU)
Изобретение относится к космической технике, в частности, к зеркальным антеннам со складным рефлектором зонтичного типа. Зонтичная антенна космического аппарата включает в себя ребра с параболическим профилем, расположенные радиально относительно центральной ступицы и шарнирно соединенные с ней, радиоотражающую поверхность зеркала, образованную с применением рабочей сетки из металлического материала, сформированной в виде клиньев, упруго натянутых по их радиальным границам между ребрами; контурные шнуры, соединенные с клиньями и натянутые между концами ребер. Предварительно до сборки антенны к периферийной зоне каждого клина рабочей радиоотражающей сетки прикреплена дополнительная радиопрозрачная сетка с прикрепленным к ее свободному краю контурным шнуром. Техническим результатом является увеличение коэффициента использования поверхности раскрыва рефлектора и снижение потери усиления антенны, уменьшение уровня боковых лепестков диаграммы направленности антенны. 1 ил.
Изобретение относится к космической технике, в частности, к зеркальным антеннам со складным рефлектором зонтичного типа.
В настоящее время на телекоммуникационных спутниках широко используются зеркальные антенны со складным рефлектором зонтичного типа - см. конструкции таких антенн: первый и второй абзацы на стр.7, второй абзац сверху на стр.9 и рис.1.6а) на стр.8 в монографии «Гряник М.В., Ломан В.И. Развертываемые зеркальные антенны зонтичного типа. М.: «Радио и связь», 1987» [1]; и фиг.3 в материалах «AIAA 93-1460. Design and Development of a Deployable Mesh Antenna for MUSES-B Spacecraft. M.C.Natori, Tadashi Takano, Toshio Inoue and Takahiko Noda» [2], которые в общем виде конструктивно представляют из себя ребра, шарнирно присоединенные к центральному узлу, вдоль которых прикреплена сетка радиоотражающей поверхности параболической формы с обеспечением натяжения сетки по контуру между ребрами контурными шнурами.
Из данных стр.19 (последний абзац снизу), 20 (первый абзац сверху), 21 (первый абзац сверху) источника [1] и фиг.3 и фиг.8 источника [2], а также из опыта изготовления подобных антенн следует, что: во-первых, отклонение формы зеркала максимально в зоне на его краю (в т.ч. с образованием складок из-за существенно отличающихся в зоне окраины зеркала усилий натяжения нитей сетки контурным шнуром, расположенным на окраине сетки между ребрами: только часть нитей сетки прикреплена к шнуру и находится под воздействием усилия натяжения контурного шнура); во-вторых, площадь радиоотражающей поверхности зеркала в зоне окраины между ребрами существенно уменьшена также из-за неравномерного натяжения нитей его сетки в зоне окраины зеркала (т.к. в известных антеннах конструктивно практически невозможно конец каждой нити сетки прикрепить к контурному шнуру). Все вышеуказанное (отрицательный краевой эффект) приводит к повышенным потерям усиления антенны, недопустимому росту уровня боковых лепестков диаграммы направленности, к снижению коэффициента использования поверхности раскрыва рефлектора.
Анализ источников информации показал, что наиболее близким по технической сути прототипом предложенной зонтичной антенны космического аппарата является техническое решение согласно рис.1.6а), второй абзац сверху на стр.9 [1].
Вышеуказанная известная антенна [1] содержит следующие основные элементы (см. фиг.1): 1 - ребра с параболическим профилем, расположенные радиально относительно центральной ступицы 2 и шарнирно соединенные с ней. Эти ребра 1 образуют каркас, поддерживающий радиоотражающую поверхность главного зеркала, выполненную из металлической сетки 3, сформированной в виде клиньев 3.1. Окраины клиньев 3.1 сетки 3 между ребрами 1 соединены с контурными шнурами 4, натянутыми между ребрами 1. При свертывании ребра 1 складываются к оси симметрии зеркала (например, механизм развертывания - пружинный).
Как было показано выше, указанное известное техническое решение обладает существенным недостатком: из-за влияния отрицательного краевого эффекта рефлектора при эксплуатации антенны реализуются повышенные потери усиления антенны, недопустимый рост уровня боковых лепестков диаграммы направленности антенны и ухудшение значения коэффициента использования поверхности раскрыва рефлектора.
На основе опыта изготовления следует отметить, что усилие натяжения шнуров в известной конструкции существенно ограничено, т.к. только малая часть нитей в районе окраины (в периферийной зоне) натягивается и нити в указанной зоне находятся под воздействием напряжений различной величины - из-за этого на окраине рефлектора образуется вогнутый контур со складками (с волнообразной поверхностью).
Целью предлагаемого авторами технического решения является устранение вышеперечисленных существенных недостатков.
Поставленная цель достигается выполнением конструкции зонтичной антенны космического аппарата, включающей в себя ребра с параболическим профилем, расположенные радиально относительно центральной ступицы и шарнирно соединенные с ней, радиоотражающую поверхность зеркала, образованную с применением рабочей сетки из металлического материала, сформированной в виде клиньев, упруго натянутых по их радиальным границам между ребрами, контурные шнуры, соединенные с клиньями и натянутые между концами ребер, таким образом, что предварительно до сборки антенны к периферийной зоне каждого клина рабочей радиоотражающей сетки прикреплена, например, пришита тангенциальными и перекрестными между ними швами, дополнительная радиопрозрачная сетка с заранее определенными размерами с прикрепленным к ней контурным шнуром, расположенным при этом на заранее определенном расстоянии от исходного свободного края клина рабочей радиоотражающей сетки, что и является, по мнению авторов, существенными отличительными признаками предлагаемого авторами технического решения.
В результате анализа, проведенного авторами известной патентной и научно-технической литературы, предложенное сочетание существенных отличительных признаков заявляемого технического решения в известных источниках информации не обнаружено и, следовательно, известные технические решения не проявляют тех же свойств, что в заявляемой зонтичной антенне космического аппарата.
Сущность изобретения поясняется фиг.2, где изображен общий вид предложенной авторами зонтичной антенны космического аппарата, которая содержит следующие основные элементы: 1 - ребра с параболическим профилем, расположенные радиально относительно центральной ступицы 2 и шарнирно соединенные с ней; радиоотражающую поверхность зеркала, образованную с применением рабочей сетки 3 из металлического материала, сформированной в виде клиньев 3.1, упруго натянутых по их радиальным границам между ребрами 1, а по периферии - дополнительной радиопрозрачной сеткой 5; 4 - контурные шнуры, соединенные с дополнительными сетками 5 по их свободным краям и расположенные на заранее определенном (например, опытно) расстоянии от исходного свободного края клина 3.1 рабочей радиоотражающей сетки 3 и натянутые между концами ребер 1; дополнительные радиопрозрачные сетки 5 (на фиг.2 условно показана только одна дополнительная сетка в одном секторе зеркала антенны): имеют заранее (например, опытно) определенные размеры и предварительно до сборки антенны, например, пришиты тангенциальными и перекрестными между ними швами 5.1 к периферийной зоне каждого клина 3.1.
Предложенный рефлектор изготавливается следующим образом.
Изготавливают из требуемого количества клиньев 3.1 (равного количеству ребер 1) рабочую сетку 3 (из металлического материала) требуемой формы. К периферийной зоне каждого клина 3.1, например, с обратной от радиоотражающей стороны рабочей сетки 3, пришивают тангенциальными и перекрестными между ними швами 5.1 дополнительную радиопрозрачную сетку 5, например, из полимерного материала, с опытно (например) определенными размерами. Затем вблизи границы окраины клина 3.1 радиоотражающей рабочей сетки на заранее (например, опытно) определенном расстоянии от нее на дополнительной сетке 5 размещают контурный шнур 4, подгибают край дополнительной сетки 5 в сторону контурного шнура 4 и выполняют по дополнительной сетке 5, например, подрубочный шов. После этого такую конструкцию сетки (радиоотражающая из металлического материала рабочая сетка 3 плюс прикрепленная к ней дополнительная радиопрозрачная сетка 5, например, из полимерного материала) размещают на шаблоне и осуществляют предварительно настройку радиоотражающей поверхности до требуемой без натяжения контурных шнуров 4. Затем конструкцию сетки размещают на штатно раскрытых (и зафиксированных) ребрах 1 рефлектора, натягивают клинья 3.1 требуемым допустимым усилием между ребрами 1 и прикрепляют их по границе клиньев к ребрам 1. После этого натягивают контурные шнуры 4 между концами ребер 1 до образования формы шнуров 4, близкой к прямой линии (при этом, при необходимости, подкорректируют натяжение рабочей сетки 3 между ребрами 1 в зоне их конструкции) - в результате такого натяжения, как показали опытные изготовления, в окраинной (периферийной) зоне радиоотражающей поверхности исчезают складки, поверхность ее будет близкой к заданной форме из-за более равномерного натяжения большинства нитей радиоотражающей рабочей сетки 3 - это обусловлено тем, что усилие натяжения контурных шнуров 4 в результате наличия дополнительной сетки 5 в периферийной зоне рабочей сетки 3 формирует более равномерное распределение усилий в большинстве нитей радиоотражающей сетки 3.
Данные испытаний антенны с опытно изготовленными рефлекторами, выполненными согласно предложенному техническому решению, показывают, что в результате такой конструкции рефлектора увеличивается коэффициент использования поверхности раскрыва рефлектора и снижаются потери усиления антенны, уменьшаются уровни боковых лепестков диаграммы направленности антенны по сравнению с известной конструкцией рефлектора, т.е. достигаются цели изобретения.
Зонтичная антенна космического аппарата, включающая в себя ребра с параболическим профилем, расположенные радиально относительно центральной ступицы и шарнирно соединенные с ней, радиоотражающую поверхность зеркала, образованную с применением рабочей сетки из металлического материала, сформированной в виде клиньев, упруго натянутых по их радиальным границам между ребрами, контурные шнуры, соединенные с клиньями и натянутые между концами ребер, отличающаяся тем, что предварительно до сборки антенны к периферийной зоне каждого клина рабочей радиоотражающей сетки прикреплена дополнительная радиопрозрачная сетка с прикрепленным к ее свободному краю контурным шнуром.
