Способ спутниковых систем связи с использованием антенн спирального типа

Изобретение относится к антенной технике, в частности к приемо-передающим системам радиосвязи космических аппаратов (КА) с использованием антенн спирального типа. Технический результат - высокая надежность и эффективная радиосвязь в течение всего срока активного существования космического аппарата. Технический результат достигается тем, что предложен способ спутниковых систем связи с использованием антенн спирального типа, заключающийся в том, что устанавливают на корпусе космического аппарата передающую для передатчика и приемную для приемника антенны, связанные между собой принципом взаимности, подсоединяют к ним фидеры, четыре излучателя антенн выполняют навитыми по спирали в форме цилиндра, на которые подают сигналы с фазовым сдвигом 0°, 90°, 180°, 270°, отличающийся тем, что к каждой антенне - приемной и передающей - добавляют вторую антенну через формирователь мощности, при этом первые антенны имеют широкую диаграмму направленности на Землю, а добавленные вторые антенны - зауженную диаграмму направленности в противоположном направлении - в зенит, причем все антенны выполнены цельнометаллическими, а питание излучателей обеспечивают симметрирующим устройством щелевого типа. 3 ил.

 

Назначение

Изобретение относится к приемо-передающим системам радиосвязи космических аппаратов (КА) с использованием антенн спирального типа, преимущественно дециметрового и сантиметрового диапазонов, для передачи и приема радиочастотных сигналов с близкой к круговой (эллиптической) поляризацией.

Уровень техники

Процесс радиосвязи принципиально невозможен без использования радиоволн и, следовательно, антенно-фидерных устройств (АФУ) в виде передающей антенны, которая преобразует поступающие по фидеру с выхода радиопередатчика связанные электромагнитные волны (в фидерах радиочастотные сигналы распространяются в виде направляемых электромагнитных волн, которые связаны с зарядами и токами) в свободные электромагнитные волны (радиоволны) в открытом пространстве, и приемной, которая преобразует радиоволны в связанные электромагнитные волны, поступающие по фидеру на вход радиоприемника.

Традиционно, в качестве бортовых АФУ КА используют различные типы антенн: спирального типа, вибраторные, штыревые, рупорные, зеркальные, печатные и др., в том числе и антенные решетки (см. Генералов А.Г., Гаджиев Э.В., Салихова М.Р. Применение спиральных антенн для бортовых систем и комплексов. Труды МАИ. Выпуск №106. Сайт: http://trudymai.ru/).

На сегодня широкое применение находит класс спиральных антенн и прежде всего, многозаходные (четырехзаходные) антенны спирального типа (см. патент, РФ, №2208272). Основной диапазон работы спиральной антенны - дециметровый и сантиметровый диапазон волн (см. сайт: https://www.bestreferat.ru/referat-207565.html). Использование спиральной антенны в метровом диапазоне возможно там, где конструкция КА позволяет устанавливать достаточно большие габаритные размеры антенн. Так, например, спиральные антенны метрового диапазона нашли применение в составе больших КА «Метеор», массой около 3000 кг (головной исполнитель АО "Корпорация "ВНИИЭМ", г. Москва) и КА «Ресурс», массой более 5000 кг (головной исполнитель РКЦ «Прогресс», г. Самара).

При осуществлении связи с движущимися объектами, в том числе, со спутниками, целесообразно использовать близкую к круговой (эллиптическую) поляризацию, плоскость которой определяется как плоскость, проходящая через направление распространения и вектор напряженности электрического поля (см. В.П. Кубанов. Антенны и фидеры - назначение и параметры. Самара 2015, стр. 31). Четырехзаходная спиральная антенна позволяет формировать и принимать излучение с поляризацией, близкой к круговой, обеспечивает формирование диаграммы излучения, близкой к полусферической.

Преимуществом четырехзаходной спиральной антенны является способность формировать диаграмму направленности от игольчатого осевого главного лепестка до очень широкого главного лепестка, охватывающего почти всю сферу. В диаграмме также может потребоваться наличие пиков и провалов при некоторых углах. Это осуществляется путем возбуждения различных режимов излучения, осевого и/или радиального.

В четырехзаходной спиральной антенне, используют разнесенные четыре излучателя, возбуждаемые сигналами с фазами 0°, 90°, 180° и 270 (см. патент, РФ, №2142183). Длина излучателей в типовом случае равна целому кратному четвертей длины волны на рабочей частоте устройства связи. Диаграммы излучения обычно подстраиваются путем изменения шага излучателя, длины излучателя (в целых кратных четверти длины волны) и диаметра цилиндрической спирали. Длины излучателей составляют целое кратное четверти длины волны на желательной резонансной частоте. В идеальном случае схема питания должна создавать падающие волны со сдвигом фаз на 90 градусов и с одинаковой амплитудой (см. патент, РФ, №143825).

Бортовые АФУ составляют неотъемлемую часть КА и обеспечивают одну из главных задач - это обмен информацией между КА и наземным комплексом управления. С наземного комплекса управления по радиоканалу передают команды управления (командно-программную информацию в составе рабочих программ и разовые команды), а с борта КА в наземный комплекс управления по каналу телеметрии передают телеметрическую информацию. Зачастую используют передающую и приемную антенны, связанные между собой принципом взаимности (см. сайт: https://helpiks.org/5-98079.html). С помощью принципа взаимности можно доказать, что параметры антенн в режиме приема сохраняются теми же, что и в режиме передачи, хотя некоторые параметры и меняют свой смысл.

От качества и непрерывности сеансов связи КА с наземным комплексом управления зависит выполнение возложенных задач на КА и его целевого функционирования. Для использования в технике космической связи четырехзаходная спиральная антенна обладает следующими достоинствами:

• широкополосность;

• требуемая направленность излучения;

• близкая к круговой, поляризация поля (это важно, поскольку, в ряде случаев поляризация принимаемого сигнала может быть случайной, например, от объектов, положение которых в пространстве изменяется или может быть произвольным);

• малые габариты (могут функционировать как резонансные антенны);

• достаточно простая конструкция;

• потенциальная возможность достижения высокой надежности и ресурса работы при длительной эксплуатации в космосе.

В соответствии с ГОСТ Р 56526-2015 надежность - это совокупность свойств, характеризующих способность АФУ обеспечивать в процессе функционирования получение заданного в техническом задании выходного эффекта при заданных условиях и режимах эксплуатации.

С целью повышения надежности антенна и фидер должны обладать определенной электрической прочностью, исключающей механические разрушения отдельных элементов антенны или фидера вследствие электрического пробоя или теплового перегрева. Под фидером следует понимать электрическую цепь и вспомогательные устройства, с помощью которых энергия радиочастотного сигнала подводится от радиопередатчика к антенне или от антенны к радиоприемнику.

Кроме того, антенна должна сохранять работоспособность в условиях воздействия на КА различных факторов космического пространства, например, локальных статических разрядов, воздействия тяжелых заряженных частиц или высокоэнергетических электронов и протонов, факторов при прохождении района терминатора, который характеризуется неблагоприятными воздействиями на КА, т.к. на поверхности КА может возникать значительный градиент потенциала из-за не выравнивания потенциалов освещенных и неосвещенных поверхностей КА. В районе терминатора (граница "свет-тень") происходит так называемая дифференциальная зарядка поверхности, которая может возникать также за счет различия вторично-эмиссионных характеристик материалов, находящихся на поверхности, различия условий попадания плазмы на отдельные участки поверхности и наличия конструктивных неоднородностей (см. Дорофеев Р.Ю. "Повышение энергоэффективности системы электропитания космического аппарата за счет использования энергии электростатического заряда поверхности космического аппарата в орбитальных условиях эксплуатации". «Российские космические системы», ул. Авиамоторная, 53, Москва, 111250, Россия e-mail: [e-mail]. Электронный журнал «Труды МАИ». Выпуск №68). Наряду с требованиями технического характера, перечисленными выше, к антеннам и фидерам предъявляются также требования иного плана: технологичности изготовления, удобства и безопасности эксплуатации.

Известен способ спутниковых систем связи с использованием антенн спирального типа, описанных в патенте "Четырехзаходная спиральная антенна и схема питания" (патент, РФ, №2142183), принятый за прототип изобретения, включающий передающую для передатчика и приемную для приемника антенны, связанных между собой принципом взаимности, которые устанавливают на корпусе космического аппарата. Четыре излучателя антенны выполняют травлением на излучающей части тонкой подложки, имеющей цилиндрическую форму так, что излучатели оказываются навитыми по спирали. Также на микрополосковой подложке травлением выполняют схему питания, предназначенную для подачи сигналов с фазами 0°, 90°, 180° и 270° на указанные излучатели, которые формируют шлейфовым ответвителем и делителями мощности.

Основным недостатком прототипа является то, что излучатели, выполненные травлением на участке излучателей микрополосковой подложки, и схема питания, выполненная травлением на фидерном участке этой подложки не обладают достаточной механической прочностью, температурной стойкостью, а также надежностью для длительной работы в тяжелых космических условиях при воздействиях факторов космического пространства, в виде локальных статических разрядов, тяжелых заряженных частиц или высокоэнергетических электронов и протонов, дифференциальной зарядки поверхности при прохождении района терминатора. Кроме того, в прототипе не представлено оптимально достаточного использования рациональных решений по повышению надежности и ресурса эффективной радиосвязи спутниковых систем связи в "тяжелых условиях", что не может гарантировать достижение выдвигаемых на сегодня высоких требований по сроку активного существования, например, более 10 лет для КА дистанционного зондирования Земли (гарантированный срок службы на сегодня известных КА составляет 5-7 лет). Следует отметить, что длительность одного витка орбиты КА дистанционного зондирования Земли составляет приблизительно (90-100) минут, и на каждом витке происходит существенный перепад температуры при переходе с светового на теневой участок орбиты и наоборот (на околоземной орбите металл под прямыми лучами солнца прогревается до 160 градусов Цельсия, в то же время в тени предметы остывают до минус 100°С), а также на каждом витке присутствуют неблагоприятные условия при прохождении КА района терминатора.

Целью предлагаемого способа спутниковых систем связи с использованием антенн спирального типа является повышение надежности и ресурса эффективной радиосвязи, в течение срока активного существования космического аппарата при длительной автономной эксплуатации в космосе.

Раскрытие изобретения

Предлагаемый способ спутниковых систем связи с использованием антенн спирального типа заключается в том, что на корпусе космического аппарата устанавливают передающую для передатчика и приемную для приемника антенны, связанных между собой принципом взаимности, подсоединяют к ним фидеры, при этом четыре излучателя антенны выполняют навитыми по спирали в форме цилиндра. Питание излучающих элементов спирали обеспечивают с фазовым сдвигом 0°, 90°, 180°, 270°.

Сущность изобретения заключается в том, что используют резервирование передатчика и приемника путем подключения их к антеннам через формирователи мощности, при этом в орбитальном полете используют на борту космического аппарата антенну с широкой диаграммой направленности на Землю и антенну с зауженной диаграммой направленности в противоположном направлении (в зенит); при этом антенны выполняют цельнометаллическими, питание излучателей осуществляют с помощью симметрирующего устройства щелевого типа, верхнюю часть излучателей прикрепляют к щелевому устройству, а нижнюю часть прикрепляют к крестовине из высококачественного диэлектрика, под которым устанавливают диск, выполняющий роль рефлектора, способствующего формированию требуемой диаграммы направленности.

Повышение надежности и ресурса эффективной радиосвязи обеспечивается, во-первых, резервированием передатчика и приемника, а во-вторых, использованием широкой диаграммы направленности в антеннах, направленных на Землю, и зауженной диаграммы направленности для антенн, направленных в зенит, так как этим уменьшается взаимное влияние диаграмм друг на друга за счет уменьшения зоны их перекрытия (за счет отодвигания зоны их перекрытия в сторону от направления на Землю.)

На надежности и эффективности радиосвязи также положительно сказываются использование цельнометаллических антенн (минимальное число пластмассовых деталей) и применение симметрирующих устройств щелевого типа, обеспечивающих широкополосное симметрирование токов.

Графические иллюстрации

Изобретение проиллюстрировано фигурами фиг. 1, фиг. 2 и фиг. 3.

На приведенной графической фигуре фиг. 1 приведен пример реализации заявляемого способа спутниковых систем связи с использованием антенн спирального типа, содержащей составляющие, обозначенные позициями:

• Бортовой компьютер (электронно-вычислительное устройство) - 1;

• СТМ (система телеметрической информации) - 2;

• ФКС (формирователь командных сигналов) - 3;

• Пр-к 1 (первый приемник) - 4;

• СУ ЩТ1 (симметрирующее устройство щелевого типа антенны первого приемника) - 5;

• ЧЗУА 1 (четырехзаходное устройство антенны первого приемника) - 6;

• Пр-к 2 (второй приемник) - 7;

• СУ ЩТ2 (симметрирующее устройство щелевого типа антенны второго приемника) - 8;

• ЧЗУА 2 (четырехзаходное устройство антенны второго приемника) - 9;

• Пер-к 1 (первый передатчик) -10;

• СУ ЩТ3 (симметрирующее устройство щелевого типа антенны первого передатчика) -11;

• ЧЗУА 3 (четырехзаходное устройство антенны первого передатчика) - 12;

• Пер-к 2 (второй передатчик) - 13;

• СУ ЩТ4 (симметрирующее устройство щелевого типа антенны второго передатчика) - 14;

• ЧЗУА 4 (четырехзаходное устройство антенны второго передатчика) - 15;

• коаксиальный кабель - 16, 17, 18, 19, 21, 22, 23, 24;

• ФМ 1 (формирователь мощности для приемников) - 20;

• ФМ 2 (формирователь мощности для передатчиков) - 25;

• ЗДН (зауженная диаграмма направленности) - 26

• ШДН (широкая диаграмма направленности) - 27;

• Наземный комплекс управления - 28;

• А 1 (первая приемная антенна) - 29;

• А 2 (вторая приемная антенна) - 30;

• A 3 (первая передающая антенна) -31;

• А 4 (вторая передающая антенна) - 32;

• двухполюсные делители мощности - 33-1, 33-2, 35-1, 35-2;

• двухполюсные сумматоры мощности - 34-1, 34-2, 36-1, 36-2.

ФМ 1 и ФМ 2 имеют по два входа (Bx₁, Bx₂) и по два выхода (Вых₁, Вых₂).

На структурной схеме наземный комплекс управления 28, не являющийся принадлежностью КА, показан штриховыми линиями.

На вход системы телеметрической информации СТМ 2 поступает телеметрическая информация от бортовых устройств космического аппарата (ТМ от БУ).

На фиг. 2 приведены широкие ненормированные диаграммы направленности, снятые на экспериментальном макетном образце антенны, направленной на Землю.

На фиг. 3 приведены зауженные ненормированные диаграммы направленности, снятые на экспериментальном макетном образце антенны, направленной в зенит.

Описание способа спутниковых систем связи с использованием антенн спирального типа

Представленный на фиг. 1 Бортовой компьютер 1 является центральным звеном в работе КА, в том числе, в соответствии с командами управления КУ с наземного комплекса управления 28.

С наземного комплекса управления 28 по радиоканалу передают на борт КА (в бортовой компьютер 1) командно-программную информацию в составе рабочих программ и разовые команды (КУ), принимаемых приемниками (Пр-к 1, Пр-к 2), при этом, формирователь командных сигналов ФКС 3 обеспечивает сопряжение приемников с бортовым компьютером 1 в информационном обмене. С борта КА в наземный комплекс управления 28 по каналу телеметрии с СТМ 2 передают телеметрическую информацию от бортовых устройств космического аппарата (ТМ от БУ) передатчиками (Пер-к 1, Пер-к 2), поэтому обмен информацией между бортовыми АФУ на КА и наземным комплексом управления в зоне радиовидимости (см. сайт: http://aykspace.blogspot.com/2013/08/zrv.html) должен осуществляться во всех возможных режимах полета КА:

• неориентированного полета КА (произвольного положения КА в пространстве);

• ориентированного орбитального полета КА.

Рассмотрим режимы полета КА на примере КА дистанционного зондирования Земли (см. патент, РФ, №2722598).

Режимы неориентированного полета КА:

• возникает при отделении КА от ракеты или разгонного блока при котором осуществляют процесс успокоения, затем процесс приведения (совмещение осей связанной системы координат КА с осями орбитальной системы координат) и последующую стабилизацию КА;

• возникает в орбитальном полете КА при аварийных ситуациях или сбоях в работе системы ориентации КА.

Режимы ориентированного полета КА:

• для КА, у которых панели солнечных батарей не жестко закреплены на корпусе КА (см. например, КА "Кондор-Э", головной исполнитель АО "ВПК "НПО Машиностроения", г. Реутов), под действием приводных двигателей, находящихся в нем, солнечные батареи устанавливают в положение относительно корпуса КА для получения максимально возможного в текущей точке орбиты КА значения зарядного тока, и на время проведения целевой работы корпус не разворачивают, а значит угол направления антенны на Землю не изменяется;

• у ряда современных КА панели солнечных батарей жестко закреплены на корпусе КА (см. например, малый КА "Канопус-В", головной исполнитель АО "Корпорация "ВНИИЭМ", г. Москва), поэтому их ориентируют на Солнце путем поворотов корпуса КА, в том числе и закрутки его вокруг направления на Солнце (режим «пассивной» закрутки с ориентацией солнечных батарей на Солнце, т.е. режим солнечной ориентации). При этом каждый раз на время проведения целевой работы (проведения съемки) производят разворот корпуса КА из режима солнечной ориентации в орбитальную ориентацию (например, продольная ось КА, совпадающая с продольной осью оптико-электронного модуля, направлена в надир при проведении съемки подспутниковой точки) и поддержание данной ориентации (режим активной ориентации), а затем по окончании целевой работы производят разворот корпуса КА снова в режим «пассивной» закрутки с ориентацией солнечных батарей на Солнце. В данном режиме угол направления антенны на Землю изменяется.

Для обеспечения непрерывного обмена информацией между бортовыми АФУ на КА и наземным комплексом управления 28 в зоне радиовидимости во всех режимах (неориентированного полета КА и ориентированного орбитального полета КА) целесообразно использовать две антенны, одна из которых направлена на Землю, а другая в противоположном направлении (в зенит) с диаграммами направленности (зависимости коэффициента усиления антенны или коэффициента направленного действия антенны от направления антенны в заданной плоскости), обеспечивающими связь с Землей при любом положении космического аппарата в космическом пространстве. Поэтому на фиг. 1 представлены две передающие антенны A3 (направлена на Землю) и А 4 (направлена в зенит), соответственно передатчиков Пер-к 1 (10) и Пер-к 2 (13), а также, связанные между собой принципом взаимности, две приемные антенны А1 (направлена на Землю) и А 2 (направлена в зенит), соответственно приемников Пр-к 1 (4) и Пр-к 2 (7).

В виду того, что режим ориентированного полета КА (с проведением целевой работы) является основным режимом на орбите, в антеннах, направленных на Землю А 1 и А 3, используют широкую диаграмму направленности (ШДН 27) для обеспечения надежной радиосвязи, в том числе, с изменением угла направления антенны на Землю при проведении целевой работы с жестко закрепленными на корпусе КА панелей солнечных батарей.

Для уменьшения взаимного влияния диаграмм направленности антенн (направлено на снижение интерференции между парой антенн путем уменьшения зоны перекрытия диаграмм направленности), направленных на Землю и в зенит, диаграмму направленности в зенит (ЗДН 26) зауживают, то есть антенны А 2 и А 4 в сравнении с антеннами А 1 и А 3 имеют более узкую диаграммы направленности.

Известно, что важнейшей составляющей радиосредства являются фидеры между радиопередатчиком и передающей антенной или между приемной антенной и радиоприемником (см. (см. В.П. Кубанов. Антенны и фидеры - назначение и параметры. Самара 2015, стр. 45), которые делятся на два обособленных класса: открытые и закрытые. Открытые фидеры - это, как правило, двухпроводные или четырехпроводные симметричные линии передачи. Закрытые фидеры представляют собой коаксиальный кабель или полый металлический волновод. Открытые линии применяются на частотах до 30 МГц, кабельные - до 3000 МГц, волноводные - до 30 ГГц.

В качестве примера рассмотрим дециметровый диапазон с использованием антенны, например, на рабочую частоту f=2067 МГц при ориентации ее на Землю (длина волны λ=0,145 м). Дециметровый диапазон является наиболее оптимальным для широко используемых сегодня и в перспективе малых космических аппаратов с массой в пределах от 500 до 1000 кг.

При данной частоте в качестве фидера используют коаксиальный кабель (на фиг. 1 коаксиальный кабель представлен позициями 16, 17, 18, 19, 21, 22, 23, 24).

В качестве коаксиального кабеля можно использовать: кабель радиочастотный марки РК 50-7-47, ТУ 16-705.109-90 с полувоздушной изоляцией повышенной теплостойкости и малым затуханием.

Приемные антенны А 1 (29) и А 2 (30) подключают к приемникам: к Пр-к 1 (4) и к Пр-к 2 (7) через формирователь мощности для приемников ФМ 1 (20), соответственно:

• через двухполюсный делитель мощности 33-2 и двухполюсные сумматоры мощности 34-2, 34-1;

• через двухполюсный делитель мощности 33-1 и двухполюсные сумматоры мощности 34-2, 34-1,

а передатчики Пер-к 1 (10) и Пер-к 2 (13) подключают к передающим антеннам A3 (31) и А4 (32) через формирователь мощности для передатчиков ФМ 2 (25) соответственно:

• через двухполюсный делитель мощности 35-2 и двухполюсные сумматоры мощности 36-2 и 36-1;

• через двухполюсный делитель мощности 35-1 и двухполюсные сумматоры мощности 36-2 и 36-1.

Таким подключением обеспечивают резервирование передатчиков и приемников, что существенно позволяет повысить надежность спутниковой системы связи.

Рассмотрим процесс резервирования для Пер-к 1 (10) и Пер-к 2(13).

С выхода Пер-к 1 (10) радиосигнал по фидеру 22 поступает в ФМ 2 (25) на вход двухполюсного делителя мощности 35-2, в результате чего на двух его выходах появляются радиосигналы, равные приблизительно половине мощности входного радиосигнала, которые поступают к антенне А 3 (31) через двухполюсный сумматор мощности 36-2 по фидеру 21, а также к антенне А 4 (32) через двухполюсный сумматор мощности 36-1 по фидеру 24.

Аналогичным образом радиосигналы с выхода Пер-к 2 (13) поступают на вход двухполюсного делителя мощности 35-1, с выхода которого с уменьшенной наполовину мощностью через двухполюсный сумматор мощности 36-2 поступают к антенне А 3 (31) и через двухполюсный сумматор мощности 36-1 к антенне А 4 (32). Поэтому, если выходит из строя основной передатчик, например, Пер-к 1 (10), который выдает радиосигналы к антеннам А 3 (31) и А 4 (34), то по сигналу Бортового компьютера 1 подключают резервный Пер-к 2 (13), который также выдает радиосигналы к антеннам А 3 (31) и А 4 (32).

Резервирование приемников Пр-1 (4) и Пр-2 (7) следующим образом.

Радиосигнал с антенны А 1 (29) по фидеру 16 поступает в ФМ 1 (20) на вход двухполюсного делителя мощности 33-2, в результате чего на двух его выходах появляются радиосигналы, равные приблизительно половине мощности входного радиосигнала, которые поступают к Пр-к 1 (4) через двухполюсный сумматор мощности 34-2 по фидеру 17, а к Пр-к 2 (7) через двухполюсный сумматор мощности 34-1 по фидеру 18.

Аналогичным образом радиосигналы, с антенны А 2 (30) подают на двухполюсный делитель мощности 33-1, которые с его выхода с уменьшенной наполовину мощностью через двухполюсный сумматор мощности 34-2 поступают к Пр-к 1 (4) и через двухполюсный сумматор мощности 34-1 к Пр-к 2 (7).

Поэтому, если выходит из строя основной приемник, например, Пр-к 1 (4), то по сигналу Бортового компьютера 1 подключают резервный Пр-к 2 (7).

Двухполюсные делители (сумматоров) мощности 33-1, 33-2, 35-1, 35-2 и двухполюсные сумматоры мощности 34-1, 34-2, 36-1, 36-2 являются взаимными устройствами (см. сайт: https://scask.ru/n_book_svf.php?id53), поэтому в качестве двухполюсных делителей (сумматоров) мощности можно использовать, например, PS2-800-2700-75 (см. сайт: https://kroks.ru/shop/power-splitters/). Двухполюсные делители (сумматоры) мощности являются широко распространенными и выпускаемыми промышленностью изделиями. Так, например, на сайте: http://rfcomponents.ru/produktsiya/svch-komponenty/deliteli-moshchnosti-kombajnery.html приведен широкий выбор данных устройств в широком диапазоне частот с различными параметрами.

Следует отметить, что в качестве формирователя мощности для приемников ФМ 1 (20) и формирователя мощности для передатчиков ФМ 2 (25) можно использовать подходящие по техническим параметрам выпускаемые промышленностью более сложные изделия по сравнению с двухполюсными делителями (сумматорами) мощности, которые имеют два входа (Вх₁, Вх₂) и два выхода (Вых₁, Вых₂), например, квадратурный мост, (см. например, квадратурный мост от производителя ООО «Радиокомп», г. Москва, сайт: https://productcenter.ru/products/85355/napravliennyi-otvietvitiel) или, например, гибридное кольцо (см. сайт: https://www.qrz.ru/schemes/contribute/antenns/ew8au/improve.shtml).

В антеннах А1 (29), А 2 (30), A3 (31), А4 (32) используют симметрирующие устройства щелевого типа, соответственно СУ ЩТ 1, СУ ЩТ 2, СУ ЩТ 3, СУ ЩТ 4 (см. сайт: https://studbooks.net/2348850/tehnika/simmetriruyuschie_ustroystva), что позволяет получить широкополосное симметрирование токов, питающих излучатели, которые выполнены в виде четырех витков спирали. Одновременно данные симметрирующие устройства щелевого типа являются несущей конструкцией для спиралей, а также трансформатором сопротивления антенны в волновое сопротивление фидера.

В АО «НИИЭМ» (является Заявителем изобретения) был разработан экспериментальный макетный образец антенны дециметрового диапазона на рабочую частоту f=2067 МГц (длина волны λ=0,145 м).

При минимальном отличии в конструкции были получены два образца:

• экспериментальный макетный образец антенны с широкой диаграммой направленности, направленной на Землю;

• экспериментальный макетный образец антенны с зауженной диаграммой направленности, направленной в зенит.

На фиг. 2 представлены реальные ненормированные диаграммы направленности (широкие), снятые на экспериментальном макетном образце антенны, для направления на Землю, а на фиг. 3 - ненормированные диаграммы направленности (зауженные) для направления в зенит.

Представленные диаграммы направленности сняты на антеннах с линейной поляризацией в четырех плоскостях.

Из представленных диаграмм направленности видно, что при ориентированном полете в секторе углов максимальной дальности (угол θ≈60°) коэффициент усиления повышенный по сравнению с углами (угол θ от 0° до 50°), где коэффициент усиления меньше; влияние антенны, направленной в зенит, на качество связи значительно уменьшено. На качество связи при неориентированном полете разница не сказывается.

Заявленное изобретение позволяет обеспечить высокую надежность и эффективную радиосвязь в течение всего срока активного существования космического аппарата при длительной автономной эксплуатации в космосе за счет того, что:

• обеспечивают рационально эффективное резервирование систем радиосвязи;

• используют конфигурацию антенн на космическом аппарате с оптимизацией диаграмм направленности;

• используют цельнометаллические антенны, обладающие высокой прочностью

• используют симметрирующие устройства щелевого типа, обеспечивающие широкополосное симметрирование токов.

Способ спутниковых систем связи с использованием антенн спирального типа, заключающийся в том, что устанавливают на корпусе космического аппарата передающую для передатчика и приемную для приемника антенны, связанные между собой принципом взаимности, подсоединяют к ним фидеры, четыре излучателя антенн выполняют навитыми по спирали в форме цилиндра, на которые подают сигналы с фазовым сдвигом 0°, 90°, 180°, 270°, отличающийся тем, что к каждой антенне - приемной и передающей - добавляют вторую антенну через формирователь мощности, при этом первые антенны имеют широкую диаграмму направленности на Землю, а добавленные вторые антенны - зауженную диаграмму направленности в противоположном направлении - в зенит, причем все антенны выполнены цельнометаллическими, а питание излучателей обеспечивают симметрирующим устройством щелевого типа.