Розробка смужкової антенної решітки пеленгаційного модулю апаратури стикування космічних об’єктів "Курс"

Размещено на http://www.allbest.ru/

Анотація

Робота присвячена розробці смужкової антенної решітки пеленгаційного модулю апаратури стикування космічних об'єктів "Курс". Насамперед розглядаються принципи побудови планарних антенних решіток із незалежним живленням смужкових елементів, що мають колову поляризацію. Розрахунок характеристик зроблено в CSTMicrowaveStudio.

Робота складається з 4- глав, 91 сторінок та 60 рисунків.



Summary

Thesyses are devoted to the development of air-filled microstrip antenna array for direction-finding module of spacecraft docking system "Kurs". First of all, design principles of planar antennas consisted from circularly polarized strip elements are considered. Calculations are performed via CST Microwave Studia packet.

Thesys consists from 4 chapters, 91 pages and 60 drawings.



Зміст

Глава 1. Опис апаратури системи "Курс" та формулювання технічного завдання на магістерську роботу

Глава 2. Теорія побудови планарних ФАР із коловою поляризацією

2.1 Відомості з теорії лінійних ФАР. Антена з електронним скануванням простору представляє собою фазову антенну решітку з 9-ма випромінювачами електромагнітних хвиль

2.2 Типи смужкових антен з коловою поляризацією

Глава 3. Розробка топології антенної решітки пеленгаційного модуля системи автоматичного стикування космічних апаратів

3.1 Дзеркальна антена орієнтації пеленгаційного модулю

3.2 Конструкція антени

3.3 Характеристики окремо взятого випромінювача без екрануючого стакана

3.4 Характеристики оптимізованого окремого смужкового випромінювача з екрануючим стаканом

3.5 Обробки сигналу фазованої антенної решітки пеленгаційного модулю

3.6 Принцип роботи фазозсувача

3.7 Топологія ФАР пеленгаційного модулю

3.8 Характеристики випромінювачів у складі ФАР

3.9 Характеристики взаємного впливу випромінювачів один на одного

3.10 Дослідження похибок визначення координат пасивного модуля в системі координат активного

4. Охорона праці та безпека в надзвичайних ситуаціях

4.1 Визначення основних потенційно шкідливих та небезпечних виробничих факторів при виконанні науково-дослідної роботи

4.2 Технічні та організаційні рішення з безпеки і гігієни праці та виробничої санітарії

4.2.1 Оцінка негативного впливу електромагнітного випромінювання радіочастотного діапазону та заходи безпеки

4.2.2 Освітлення робочих місць користувачів ВДТ ПЕОМ

4.2.3 Виробничий шум

4.2.4 Мікроклімат робочої зони

4.2.5 лектробезпека

4.2.5.1 Розрахунок захисного відключення електромережі при аварійному режимі роботи електрообладнання

4.3 Заходи щодо поліпшення умов праці в науково-дослідній лабораторії

4.3.1 Повторне заземлення нульового проводу

4.4 Безпека в надзвичайних ситуаціях

4.4.1 Вимоги до організації система оповіщення виробничого персоналу у разі виникнення надзвичайної ситуації

Висновки

Література



Глава 1. Опис апаратури системи "Курс" та формулювання технічного завдання на магістерську роботу

Освоєння космічного простору багато в чому пов'язане зі створенням, виводом на орбіту та експлуатацією орбітальних навколоземних станцій. Для реалізації цього принципово необхідно вирішити ряд складних технічних задач. Однією з них являється відпрацювання стикування супутників в космічному просторі. Вперше стикування супутників було успішно реалізовано в програмі "Аполлон" при посадці американських астронавтів на місяць.За допомогою процесу стиковки відбувається повернення екіпажу з поверхні планети на космічний об'єкт, який знаходиться на орбіті штучного супутника, доставка астронавтам на Міжнародну космічну станцію запасів палива, води, їжі, наукової апаратури, змінних блоків різних систем орбітальної станції тощо.

В зв'язку з цим виникає потреба в проектуванні автономних (по суті повністю автоматичних) бортових систем управління зближенням космічних об'єктів. Такі системи повинні бітиздатні визначити і спрогнозувати параметри руху одного апарату відносно другого, здійснювати наведення по заданому методу, виконувати необхідну орієнтацію і стабілізацію космічного об'єкта під час маневру зближення.

Перш за все треба підкреслити, що в умовах космічного простору правильне рішення питань економного використання енергетичних ресурсів та мінімізація масогабаритних показників апаратури відіграють вирішальну роль. В процесі зближення основна частина палива йде на управління центром мас космічного об'єкту з метою досягнення заданих кінцевих умов зустрічі. Цей рух повністю залежить від прийнятого методу наведення. Енергетичні затрати на виконання методу управління зближенням залежить від його приладового виконання на борту космічного об'єкта, методичних та інструментальних похибок роботи бортової апаратури, конструктивних властивостей апарата, кількості та розміщення коректуючих двигунів и т.д. На сьогоднішній день актуальною є проблема великої маси бортової апаратури, великий час стикування (в середньому дві доби, хоча2 серпня 2012р. відбулася стиковка за рекордний короткий час-6 год.), точність визначення координат обох об'єктів. Усі ці параметри повністю впливають на витрати палива.В даний час, стикування космічних об'єктів реалізується за допомогоювідомої радіотехнічної системи "Курс", яка з кожним десятиліттям вдосконалюється: йде боротьба за зменшення маси бортової апаратури (в тому числі антенного модуля), намагаючись не погіршити характеристики прийому сигналу, переходять на оптичний діапазон частот (в перспективі буде використовуватися лазерний дальномір, для визначення дальності до об'єкту стикування з більшою точністю), перехід на сучасну елементну базу і т.д. До властивостей, які ускладнюють розробку апаратури стикування можна віднести відносно великий діапазон виміру параметрів. Наприклад, діапазон виміру дальності лежить від 0,2 м до 105 м, радіальна швидкість лежить в межах від 0,4 до 103 м/с і т.д.

Схема розміщення апаратури "КУРС" на космічних об'єктах зображена на Рис. 1. На схемі (Рис. 1) і далі називаємо об'єкт, який стикується-активом, до якого стикуються - пасивом. При стиковці апаратура актива вимірює наступні параметриі: дальність - R; радіальна швидкість - ?; кут підняття пасивного модуля - иуп ; кутова швидкість підняття пасивного модуля - ; бокове відхилення пасивного модуля - иzп ; кутова швидкість бокового відхилення пасивного модуля - ; взаємний крен - зап. На пасивному модулі вимірюються параметри: кут підняття активного модуля - иуа ; кутова швидкість підняття активного модуля - ; бокове відхилення активного модуля - иzа; кутова швидкість бокового відхилення активного модуля - .

Процес стиковки космічних об'єктів складається з таких режимів:

1. Режим пошуку

а) режим кругового пошуку (застосовується при довільній орієнтації об'єктів стикування в сфері радіусом 50 км.);

б) Режим секторного пошуку (режим застосовується при початковій відомій орієнтації об'єктів стикування. Початкова дальність між об'єктами складає 200 км).

2. Режим орієнтації;

3. Режим автосупроводження;

4. Режим зближення (підготування до причалювання);

5. Причалювання.

Рис. 1. Схема розташування апаратури системи "Курс".

Рис. 2. Системи координат об'єктів активу і пасиву в режимі орієнтації.



Оскільки магістерська робота присвячена саме режиму орієнтації, розглянемо його більш детально.

Орієнтацію в повній сфері виконує лише об'єктактив за допомогою двох антен. Перша антена сканує передню напівсферу, друга-задню напівсферу. Пасив знаходиться в передній напівсфері. Якщо рівень сигналу антени задньої напівсфери активу більший за рівень передньої, апаратура видає в систему керування космічним кораблем інформацію для програмного повороту по тангажу (по вертикалі) до моменту, коли рівень сигналу антени передньої напівсфери буде більшим. Режим орієнтації закінчується коли пасив знаходиться в секторі 50 відносно лінії візування. В систему управління видається сигнал "зона 5". По сигналу "зона 5" апаратура переходить в режим автосупроводження.

В основу побудови каналу орієнтації покладений рівносигнальний метод амплітудної пеленгації або метод конічного сканування. Згідно нього маємо антену орієнтації (АО) з шириною діаграми направленості порядку 70°. За рахунок обертання АО ми перекриваємо зону 180°(від -90° до +90°). При подачі відповідних сигналів на механізм обертання, антена починає обертатися навколо лінії рівносигнального напрямку, як схематично зображено на Рис. 3:

Рис. 3. Метод амплітудної пеленгації.



Сигнал, прийнятий з антени поступає на вхідприймача. Вінбуде промодульований по амплітуді частотою конічного сканування , причому глибина модуляції та фаза однозначно визначають величину та знак кута пеленгу.

На вхід приймача поступає "сигнал О" (сигнал орієнтації), далі він йде в канал орієнтації пристрою, де і відбувається його основна обробканаступним чином: основним пристроєм є фазовий детектор, на який поступає "сигнал О". На виході детектора маємо напругу, пропорційну куту міжлінією візування активу та пасиву.

Принцип роботи і схема детектора зображена на рис. 4. Коли АО, в процесі обертання, проходить позначку нульовий градус по горизонталі, то виробляється опорний сигнал +Uоп по курсу. Коли АО проходить позначку 1800 по горизонталі, то виробляється опорний сигнал -Uоп по курсу.

Рис. 4. Схема визначення кутового відхилення.

Сигнал О відповідної величини поступає на обидва входи операційного підсилювача, який, в даному випадку, виконує функцію суматора. В той самий час, на ключі поступають опорні сигнали. Ці імпульси, відповідної величини і періоду відкривають ключі, в результаті чого сигнал О до операційного підсилювача не потрапляє (ключ закорочує "сигнал О" на землю). В залежності від величини і знаку напруги на виході операційного підсилювача система визначає складову кутового відхилення по КУРСу. Схема визначення кута відхилення по ТАНГАЖу аналогічна.

В режимі автосупроводження для того, щоб слідкувати за об'єктом пасив і вимірювати його параметри, актив перемикається на вузьконаправлену антену із шириною ДН близько 150. В цьому режимі вимірюються такі параметри: дальність, швидкість, кут візування. Виміряна інформація видається в систему керування, яка відповідно до цієї інформації, змінює параметрируху космічного корабля вцілому. По видачі мітки дальності R<1 км апаратура переходить в режим підготовки до причалювання.Розглянемо принцип визначення швидкості, дальності та кута візування при зближенні космічних об'єктів.

Визначення швидкості зближення об'єктів базується на визначенні частоти Допплераприйнятого сигналу.Ефект Доплера описує здвиг частоти сигналу в залежності від відносного руху джерела випромінювання та приймача. Так хвиля, яка йде від джерела випромінювання, яке наближається до приймача, буде прийматися з більшою частотою. Чим більша швидкість зближення, тим більша частота прийнятого сигналу.Різниця частот між джерелом що рухається і що перебуває в стані спокою і є частота Доплера (Fд).

Принцип підрахунку Fд в радіотехнічній системі "Курс" полягає в наступному:в пристрої обчислення швидкості є лічильник, на вхід якого надходить частота Fc (Fc=Fд+Fп, Fп=344,78114 кГц) . Цей лічильник нараховує кількість імпульсівN (N=131071), після чого спрацьовує дешифратор і вимикає коло подачі сигналу Fс. Таким чином формується інтервал часуt для заповнення лічильника.Чим більша Fд, тим швидше лічильник нарахує N імпульсів, тим менший час t. Задача зводиться до визначення t з великою точністю.

Реалізація процесу визначення часу t з великою точністю відбувається наступним чином. При подачі на лічильник першого імпульсу Fс, вмикається інший лічильник, на вхід якого поступає інша частотаFкв ( 12412,12121 кГц ) і при розімкненні кола підрахунку імпульсів Fс вимикається і коло підрахунку Fкв.На виході лічильника формується двійковий код, що відповідає кількості імпульсівFкв за час t.Ця кількість імпульсів характеризує час t, а отже і характеризує Fд. Двійковий код запам'ятовується в регістрі пам'яті.

З метою визначення дальності на об'єкті актив сигнал несучої частоти піддається фазовій р-маніпуляції сигналом масштабної частоти Fм (опорний сигнал) і випромінюється в сторону об'єкта пасив.Апаратура відповідача виділяє огинаючу фазоманіпульованого сигналу і подає на фазовий маніпулятор каналу ретрансляції сигналу дальності на піднесучій частоті сигналу, який випромінюється в сторону актива. В свою чергу, апаратура актива, приймаючи сигнал на піднесучій частоті, виділяє огинаючу фазоманіпульованого сигналу і вимірює затримку її по відношенню до опорного сигналу. Величина отриманої затримки пропорційна дальності між об'єктами.

Реалізаціявимірювання затримки між опорним і отриманим сигналами: як тільки сигнал Fм буде випромінено в сторонупасивуна лічильник (який знаходиться в пристрої виміру дальності) починають поступати імпульси Fкв, з приходом назад на активвипроміненого сигналу Fм, лічильник зупиняє рахунок імпульсам Fкв. Інформація про кількість імпульсів на виході лічильника і є інформацією про дальність до об'єкта пасив.

В режимі автосупроводження використовується вузьконаправлена антена, яка представляє собою прийомо-передаючу антену з електронним скануванням діаграми направленості в режимі прийому та з діаграмою направленості, симетричної відносно її подовжньої осі в режимі передачі (в комплексі апаратури "Курс" вона має назву АСФ).

На антену подаються сигнали управління так, щоб діаграма направленості сканувала простір по четвертям антени, як показано на малюнку. Через кожен період часу Дt ДН змінює своє просторове розміщення.



Рис. 5. ДН вузько направленої антени в режимі авто супроводження (ЛРН - лінія рівносигнального напрямку).

Якщо пасив знаходиться в тій частині простору, якій відповідає 1-а четверть антени, то прийнятий сигнал від цієї четверті буде найбільший. Після визначення в якій частині простору знаходиться об'єкт, система управління космічним об'єктом подає сигнали на відповідні двигуни орієнтації, щоб вони повертали центр мас активу в напрямку пасиву поки пасивне буде на ЛРН антени.

В режимі підготовки до причалювання вмикаються антениактиву так, щоб він зміг зробити обліт навколо пасиву і зависнути перед його стикуючим вузлом.

В режимі причалювання об'єкт актив передає відповідну команду пасиву, після якої, пасив у відповідь передає активу сигнал "готовність до причалювання". В процесі причалювання актив вимірює такі параметри:

- Не узгодженість лінії візування;

- Дальність між об'єктами;

- Радіальна швидкість зближення;

- Кутова швидкість;

- Крен базовим та взаємобазовим методами;

- Свої координати в координатах об'єкта пасив.

На апаратурі КУРС, кут взаємного крену визначається двома методами: базовимта взаємнобазовим.Розглянемо спочатку базовий метод.

При базовому методі на об'єкті пасив розміщуються рознесені на деяку базу "b" дві антени А1 і А2, які випромінюють сигнали різних частот. На активі одна антена приймає ці два сигнали. Далі йде процес визначення координат А1 та А2.Кут г визначається величиною нахилу бази в в системі координат вимірювача крену об'єкту актив. Кут г - це кут між проекцією бази "b" на площину УгОZта віссю ОУг, де ХгУгZг - система координат слідкуючої антени об'єкту актив. Принцип визначення кута взаємного крену пояснюється на Рис. 6, де прийнято наступні позначення:

екр - кут візування антени А2;

Uкр - вектор-пеленг антени А2;

U?кр,U?кр- проекція вектора - пеленгу Uкр на відповідні вимірювальні осі ОZгта ОУг.

На рис. 6показаний ідеальний випадок, коли одна з базових антен А1 в довільний момент часу знаходиться на лінії рівносигнального напрямку (вісь ОХг ) антени активу. Точка Ог- точка розміщення антени активу.

З рисунку видно, що кут г може бути визначений по формулі:

Рис. 6. Координати об'єктів активта пасива при визначенні взаємного крєна (ідеалізований випадок).

В загальному випадку об'єкти рухаються відносно один одного, тобто складова кутової швидкості Щy, Щzне дорівнюють нулю. Це означає, що антена А1 пасиву не буде на лінії рівносигнального напрямку антени активу.Такий випадок представлено на рис. 7, де прийняті наступні позначення:

еАС- кут візування антени А1;е - кут бачення бази;UАС - вектор - пеленг антени А1;U?АС , U?АС - проекції вектора - пеленгу UАС на відповідні вимірювальні осі ОZг та ОУг;U?кр, U?кр - проекції вектора - пеленгу Uкр на відповідні вимірювальні осі ОZг та ОУг.

У цьому випадку кут взаємного крену визначається за формулою:

= arctg(Uг?/Uг?)

Математична операція по обчисленню значення кута по даній формуліреалізується в бортовому центральному обчислювальному комплексі системи управління космічного корабля. Задача апаратури "Курс" зводитьсялише до визначення величини проекцій Uг? та Uг?.

Рис. 7. Координати об'єктів актива та пасивадля випадку, коли антена А1 пасиву не знаходиться на лінії рівносигнального напрямку антени активу.

Рис. 8. Векторна діаграма в площині YгOгZг



Розглянемо тепер взаємнобазовий метод визначення взаємного крєну об'єктів активу та пасиву. На відстані 20-25 м (коли кут взаємного крену майже рівен нулю), на активі вмикається ще одна антена, яка слідкує лише за однією антеною пасиву так, щоб та залишалася на своєму місці і не змінювала свого положення в результаті ненульовоїкутової швидкості Щy, Щz. Коли антена пасивувідхилиться на деякий кут, то 2-га антена активувідразу це "побачить" і система управління космічним кораблем дасть відповідну команду на розворот об'єкта. Таким чином, апаратура "Курс" використовує два методи визначення кута взаємного крену задля більшої точності.

Принцип визначення координат активу в системі координат пасивуполягає в наступному. З апаратури пасивучерез антену орієнтації (АО), принцип роботи якої описаний вище для активу, яка сканує простір з частотою 9,5 Гц випромінюється сигнал з частотою F, який представляє собою деяку часову послідовність частот F1, F2, F3, F4, F5, F6.Чотири з шести частот потрібні для передачі інформації, про опорні напруги АОпасиву, на актив.Функції опорних напруг було описано вище, при поясненні принципу роботи антени АО активу.Одна частота передає інформацію про готовність пасивудо стиковки. Ще одна несе в собі інформацію для актива, про зменшення потужності передавача пасиву(при зближенні об'єктів, потужність прийнятого сигналу збільшується з кожним метром, що може призвести до виведення зі строю деякі вузли приймача активу). АО обертаючись навколо своєї осі (і навколо осі космічного корабля) випромінює не модульований сигнал з частотою F.Активприймає цей сигнал з глибиною модуляції, яка відповідає величинікута між лінією рівносигнального напрямку АО (ЛРН АО) і лінією, що сполучає об'єкти стикування, а фаза сигналу несе інформацію як саме цей кут відраховувати від ЛРН АО.

Усі ці пристрої разом з антенами і комутаторами представлено на Рис 9.

Як можна бачити, чи не найважливішу роль у визначенні координат зближення космічних об'єктів відіграють антенни. Усі ці антени мають бути не великі за розмірами та масою. Однією з важливих характеристик антен космічного призначення є їх поляризація. Оскільки орієнтація активу відносно пасиву зазделегідь є невідомою, то поляризація усіх антен має бути коловою.

Рис. 9. Блок-схема апаратури "Курс" визначення координат об'єктів активу та пасиву.

Слід відмітити, що в принципі визначення координат об'єкта зближення вирішальну роль грає процес обертання діаграми направленості навколо своєї осі, або зміна положення діаграми направленості відносно своєї осі, в результаті чого утворюється лінія рівносигнального напрямку антени, яку ми і повинні орієнтувати на об'єкт зближення. На активі знаходяться дві головні антени, які працюють по даному принципу-це антена орієнтації (АО), з механічним скануванням простору, та вузьконаправлена антена, з електронним скануванням простору (в СВЧ тракті перемикаються pin-діоди, в результаті чого, за період комутації, ДН антени змінює своє положення чотири рази навколо ЛРН, як було показано вище).

Магістерська робота присвячена розробці антени з електронним скануванням простору, яка по своїм масогабаритним показникам краща за антени, які зараз працюють на радіотехнічній системі "Курс". Планується, розробленою антеною, замінити антену орієнтації зі своїм механізмом обертання, що призведе до значної зменшення маси апаратури. В перспективі майбутнього, планується використовувати лише її для всіх режимів стикування об'єктів.

Антена, характеристики якої досліджуються в роботі, по суті є антенною решіткою із наступними параметрами:

Тип випромінюючого елементу	Планарний смужковий
Кількість елементів	9 (1 центральний та 8 періферійних)
Відстань між періферіними випромінювачами мала база велика база	75 мм 150 мм
Центральна частота діапазону	3,25 ГГц
Робоча смуга частот	100 МГц
Коефіцієнт підсилення	>4 дБ
Ширина променя ДН за рівнем -3дБ: горизонтальна площина вертикальна площина	70°±10° 70°±10°
Поляризація	Колова ліва
Рівень розв'язки між випромінювачами	>16 дБ
КСХН	<1,5
Тип живлення випромінювачів	Коаксіальний, 50 Ом
Коефіцієнт еліптичності в зенітному напрямку, не гірше	-3дБ
Діапазон робочих температур	-100°С…+150°С
Максимальна вхідна потужність для всіх режимів	50 Вт
Маса випромінюючого полотна	1 кг



Глава 2. Теорія побудови планарних ФАР із коловою поляризацією

2.1 Відомості з теорії лінійних ФАР. Антена з електронним скануванням простору представляє собою фазову антенну решітку з 9-ма випромінювачами електромагнітних хвиль

На Рис. 10 показана узагальнена схемалінійної еквідистантної фазованої антенної решітки з одномірним скануванням. Антена являє собою лінійку випромінювачів, які на Рис. 10 схематично представлені у вигляді рупорних випромінювачів. Вхід антени представлений одним хвилеводом чи коаксіальним кабелем, який з'єднується з приймачем, передавачем чи іншою радіотехнічною системою. Між входом антени та випромінювачами розміщений дільник потужності, і в коло живлення кожного випромінювача вімкнений фазообертач. Фазообертачем керує відповідний пристрій (комп'ютер), який і формує потрібний розподіл фаз на випромінювачах. На рис. 10 показаний плоский фазовий фронт, розміщений під кутом ик по відношенню до площини випромінювачів. Очевидно, що головний промінь антени формується вздовж нормалі по відношенню до фазового фронта хвилі, заданої випромінювачами, і таким чином, головний промінь антени відхилений від вісі симетрії антени також на кут ик.

Рис. 10. Узагальнена схема лінійної ФАР.



Нехай лінійка випромінювачівскладається з Nодиниць, d-відстань між сусідніми випромінювачами. Тоді, щоб забезпечити нахил фазового фронту на кут ик, фазовий здвиг між сусідніми випромінювачами повинен складати :

Різниця фаз між сусідніми випромінювачами повинна лежати в межах :

Спроба вийти зазадані межі призведе до неоднозначності розміщення променя антени. З вищенаписаного знаходимо межі сканування променя:

Тепер можна визначити ширину сектора сканування променя:

Виникає питання: що відбувається за межами цього сектору сканування променя. Якщо, не вжити ніяких заходів, то при d>л/2, за межами сектору сканування променя з'являться додаткові дифракціонні максимуми і діаграма направленості антени перестане бути однонаправленою. Додаткові дифракціонні максимуми можна подавити обравши елементарні випромінювачі, з яких складається лінійка, такими, щоб індивідуальна діаграма направленості кожного елементарного випромінювача забезпечувала придушення випромінювання за межами обраного сектору сканування променя лінійки випромінювачів в цілому.

Знайдемо відношення сектора сканування променя до ширини самого променя лінійки випромінювачів:

Ця формула визначає кількість елементів, з яких має складатися антена. Елемент включає в себе випромінювач, фазообертач, елемент управління фазообертачем. Так, наприклад, гостронаправлена антена може мати має ширину головного пелюстка діаграми направленості порядку Ди = 10. Нехай Дик = 900 , тоді N = 90, тобто конструкція лінійки випромінювачів буде доситьскладною та габаритною.

2.2 Типи смужкових антен з коловою поляризацією

На сьогоднішній день відомо багато типів друкованих антен з коловою поляризацією, які широко використовуються в техніці в якості ефективних випромінювачівбагатьох комунікаційних систем. На рис. 12 показані основні конструкції для різних типів друкованих антен з коловою поляризацією[1].

Рис. 11. Види мікросмужкових антен із коловою поляризацією.



Мікросмужкові антени колової поляризації поділяються на два типи по системі живлення:

1. 2-х точкове живлення антени із зовнішнім поляризатором, таким як 3-х децибельний направлений відгалужувач або дільник потужності із чверть хвильовою лінією затримки в одному з плеч;

2. Антена з одноточковим живленням без поляризатора.

Класифікація антен базується на кількості збуджуючих точок, які потрібні для створення колової поляризації.

Основна конфігурація мікросмужкової антени, побудованої наоснові мікросмужкового резонатора, збудженого в двох точках, показана на обох рисунках Рис.11 (а-1) та Рис 12 (а). Для того щоб отримати колову поляризацію у випромінюючому мікросмужковому резонаторіслід збудитиортогонально орієнтовані впросторі моди із однаковою амплітудою і різницею фаз 900. Амплітудно-фазове співвідношення формує додатковий зовнішній поляризатор.

Застосовують зовнішні поляризатори двох типів:

- Поляризатор на основі трьохдецибельного (3дБ) направленого відгалужувача;

- поляризаторина основі подільника потужності із зміщеною лінією живлення.

Як відомо, 3дБ направлений відгалужувач збуджує поля однакової амплітуди і з різницею фаз в 900на центральній частоті.По цій причині виходи відгалужувача мають контакт ізортогонально орієнтованими краями мікросміжкового резонатораз метою отримання колової поляризації. В даному випадку робоча смуга частот по КСХН і по коефіцієнту еліптичності майже однакова. На практиці 3 дБ направлений відгалужувач здебільшого являє собою більш широкосмуговий пристрій, аніж мікросмужковий випромінюючий резонатор. Отже, смуга частот випромінюючої системи відгалужувач-резонатор обмежується смугою частот по КСХН самого мікросмужкового резонатора.

Поляризатор у вигляді зміщеної лінії живлення представляє собою дільник потужності 1:2, одне з вихідних плечей якого на четверть довжини хвилі довше (що відповідає 900 на центральній частоті) за інше. Обидві вихідні лініїі подільника потужності мають безпосередній контакт із ортогональними краями патча, як показано на Рис.12 а. Головним серйозним недоліків цього типу антен, є відносно вузькаробоча смуга частот внаслідок частотної залежностост зсува фаз зміщеної лінії. Відмітимо, що подільник потужності із нерівною довжиною вихідних плеч обіймає дещо меншу площу на діелектричній підкладці, ніж 3дБ-ий направлений відгалужувач.Втім, обидві конфігурації із зовнішніми поляризаторами виявляються відносно габаритними, (загальний розмір часто перевищує половину довжини хвилі), отже не можуть бути безпосередньо застосовані в техніці фазованих антенних решіток. Крім того, з точки зору практики важливим є те, що поляризаційні характеристики можуть суттєво погіршуватися внаслідок взаємного впливу мікросмужкового резонатора і смужкових ліній живлячої схеми, розташованої поруч на тому ж діелектричному шарі. Виходом із ситуації тут є перехід до багатошарової конфігурації, коли поляризатори розташовують на окремій діелектричній підкладці. Останній варіант, звичайно, суттєво ускладнює конструкцію.

Рис. 12. Топології мікросмужкових випромінювачів із коловою поляризацією.



Найбільш простим способом отримання колової поляризації є застосування дещо несиметричного в ортогональних площинах мікросмужкового резонатора, що збуджується в одній точці. Типовіваріанти конфігураційтаких антен показані на Рис. 12(б). Важливо сказати, що мода, збуджена в електрично тонкій резонаторній області мікросмужкової антени, в цьому випадку розділяється на дві ортогональні моди внаслідокпорушення симетрії випромінювача. Отже, порушивши симетрію випромінювачана краю антени - генеруємо моду, яка ділиться на дві ортогональні моди 1 та 2. Амплітудні та фазові характеристики збуджених цих ортогональних модразом із основними поляризаціями хвиль, шо випромінюються, показаніна рис. 13, разом з типовими топологіями антени.

Незважаючи на велику різноманітність конфігурацій мікросмужкових резонаторів, зображених на Рис. 13, всі вони працюють за єдиним принципом. В симетричний резонатор (прямокутної або круглої форми) вводиться невелика геометрична асиметрія таким чином, щоб в ортогональних площинах ефективні розміри резонатора дещо відрізнялися. Для широкосмугових резонаторів, виготовлених на електрично товстих підкладках, ця різниця може складати 10%, а для вузькосмугових - одиниці, або навіть долі процента. Це роблять для того, щоб резонансні частоти f1та f2просторово ортогональних коливань у резонаторі також пропорційно відрізнялися (Рис. 13). Антену збуджують на середній частоті f0 (f1<f0<f2). При цьому в ідеалі одночасно збуджується дві ортогональні моди, які мають однакові амплітуди (Рис. 13а). Відстань між резонансними частотами модf1, f2 та робочою частотою f0 підбирається так, щоб фази збуджених мод були відповідно +45° та -45°, тобто різниця фаз коливань дорівнювала 90°. Тобто в таких антенах на одній частоті чітко виконуються умови отримання колової поляризації. З Рис. 14 видно, що смуга частот по КСХН антени виявляється дещо більшою, ніж смуга частот резонатора при збудженні лише одної моди. Втім, головною проблемою одношарових конфігурацій мікросмужкових антен із коловою поляризацією є те, що смуга частот антени по коефіцієнту еліптичності на рівні -3дБ приблизно вдвічі менша, ніж смуга частот по КСХН однієї моди.

Розглянемо найпростіший випадок застосування прямокутного мікросмужкового резонатора, один з кутів якого збуджується за допомогою мікросмужкової лінії Рис. 13а). В такій конфігурації мікросмужкова лінія, підведена до кута мікросмужкового резонатора принципово може збуджувати дві моди. Перша мода, резонансна частота якої визначається L1, випромінює горизонтально поляризовану хвилю. Друга мода має резонансну частоту, що залежить від L2, а вертикальні струми на резонаторі зумовлюють випромінювання хвилі вертикальної поляризації. Якщо правильно підібрати різницю між довжиною та шириною випромінюючого резонатора, то в такому резонаторі збуджуються дві ортогональні моди на близьких частотах Видно, що колова поляризація (із коефіцієнтом еліптичності більшим 0,707 або 3 дБ) може бути отримана у дуже вузькій смузі частот, що приблизно в 2-3 рази менша ніж робоча смуга частот по характеристиці узгодженню мікросмужкової антени. Крім того слід відзначити, що на практиці забезпечити цей зсув фаз досить складно, особливо враховуючи чутливість характеристик резонаторного випромінювача до геометричних розмірів та значення діелектричної проникності підкладки.

Слід наголосити, що характеристики одношарових антен показаних на Рис. 13 занадто чутливі до геометричних розмірів, параметрів підкладки та точності виготовлення такі. Це пояснюється тим, що в області робочої частоти f0 амплітудно- та фазочастотні характеристики мод швидко змінюються від частоти. Тому навіть невелике відхилення геометричних параметрів призводить до одночасного зсуву резонансних частот обох коливань і до втрати якісних характеристик. На відміну від попередньо розглянутих конфігурацій, останнє значно ускладнює швидку практичну реалізацію таких антен навіть у вузькій смузі частот у долі процентів. Як правило, з метою досягнення результату на практиці спершу створюють на одній підкладці декілька зразків антен із близькими геометричними розмірами, в яких враховано можливі технологічні коливання параметрів в ту, чи іншу сторону. Аналіз експериментальних залежності КСХН від частоти та коефіцієнту еліптичності від частоти дає змогу знайти параметри даної підкладки та у подальшому модифікувати геометричні параметри кращого зразка таким чином, щоб наступний зразок на тому самому матеріалі мав гарні характеристики.

У цього патча є декілька переваг в порівнянні з антенами, які мають двохточкове живлення. Основна перевага полягає в тому, що він може збуджувати колову поляризацію без використання зовнішнього поляризатора.

Рис. 13. Можливі конфігурації випромінюючих несиметричних мікросмужкових резонаторів для отримання колової поляризації

Рис. 14



Рис. 15

Взагалі, на практиці здебільшого застосовують мікросмужкові антени прямокутної або круглої форми. В теорії мікросмужкових антенпрямокутний патч розглядається як класичний або фундаментальний пристрій для випромінювання колової поляризації. Основна конфігурація антени і її система координат показана на рис. 16.

В варіанті a, точка живлення F розміщена на осі Х чи Y, тоді як у варіанті b, точка Fрозміщена на діагоналі. В обох випадках усічення сегменту ДSзроблено таким чином, щоб відбувалося випромінювання колової поляризації. Право- чи лівостороння колова поляризація досягається встановленням точки живлення в відповідні місця, такі як F(±Q0, 0) та F(0,±Q0), як показано на Рис. 16.

Розглянемо спочатку ефект зрізаного сегменту ДS для антени типу a. Такий тип випромінювача являється базовим для виникнення колової поляризації.

Власні функції Ца та Фb, які збуджуються в електричній тонкій резонаторній області площини антени і які в загальному випадку математично представлені наступними рівняннями.

Ідеальна магнітна стінка виступає в якості граничної умови в антені (х=±a/2 , y=±b/2).



Рис.16. Ефектзрізаногокута в прямокутному мікросмужковому резонаторі

(4.1), деіk=р/a.

Власна функція Ца зв'язана з розподілом поля моди ТМ100, а Фbз модою ТМ010. Зрізаний сегмент ДS у відповідному місці антени показаний на Рис. 12, де дві ортогонально-поляризовані моди збуджені в резонаторній області антени.Нова власна функція Ц' і нова величина k', після збудження, визначаються наступними рівняннями:

(4.2)

де Pі Q - невідомі коефіцієнти нової власної функції Ц'.

Нове власнезначенняk', може бути виведена за допомогою наступної матриці, яка представляє собою видозмінену форму рівнянь 4.2

(4.3)



У випадку антени типу a, параметри в рівнянні 4.3, такі як p1, р2, q1, q2, р12 і q12 виражені наступними рівняннями:

(4.4)

Підставимо рівняння 4.4 в рівняння 4.3. Нові власні величини Ка' та Кb' для типу а виражені як:

(4.5)

де Ка' та Кb' відповідають власним значенням нових ортогональних функцій Ца' та Фb' відповідно.

Використання рівнянь 4.5 дає можливість одержання нових резонансних частот для мод Ца' та Фb', які легко можуть бути знайдені у такому вигляді:

де f0r- резонансна частота антени, Дfa' і Дfb' - зсув резонансної частоти для мод Ца' та Фb' після збудження.

В нових нормованих власних функціях, для мод Ца' та Фb' невідомі коефіцієнти PтаQвизначаються наступними рівняннями:

для моди Ца':



для моди Цb':

Pb=Qb=

Використання рівнянь 4.1, 4.2 та записаних вище коефіцієнтів дає можливість записати Ца' та Фb' в кінцевому вигляді:

(4.6)

Власні значення, використані в рівнянні 4.6, першим порядком апроксимації були прийняті наступним чином ka'=kb'=k. Крім того, коефіцієнти трансформації Na' та Nb', які відповідають коефіцієнтам енергетичного розподілу для обох мод Ца' та Фb' після збудження, визначаються так:

(4.7)

У випадку антени типу В, як показано на рис. 13, власні функції Ца' та Фb' та інші параметри можуть бути так само отримані подібними розрахунками, що і для антени типу А. Рівняння, для отримання цих розрахунків:



де V00=1/a і k=р/a.

Використовуючи рівняння 4.1-4.7, ми можемо зобразити еквівалентну схему для антени типа А. Більш того, еквівалентна схема антени типу В, після збудження, може бути отримана, використовуючи залежності, показані в рівняннях 4.8.

Еквівалентна схема обох типів антен показана на рис. 17. Геометрія і система живлення антени показана на Рис. 18. В антені збуджуючий елемент ДS розміщується у відповідному місті, для виконання умов збудження колової поляризації.

Основна мода в антені (ТМ110) ділиться на дві ортогональні моду ефектом збудженого сегмента ДS



Рис 17.

Рис. 18. Кругла мікросмужкова антена із введеною асиметрією для отримання колової поляризації.

Еквівалентна схема, після збудження, корисна для схемного аналізу випромінювача. Вона може бути легко отримана за допомогою відповідних методів. Еквівалентна схема, після збудження, показана на Рис. 19. Умови випромінювання колової поляризації для круглої патч-антени можуть бути знайдені за допомогою цієї схеми. А саме, шляхом застосування методик розрахунку, які використовувались в прямокутних патчах. Умову для отримання колової поляризації для круглого випромінювача можна ще записати як:



де , Q0 , - ступінь збудження патчу, ненавантажена добротність Q і власна величина головної моди ТМ110 відповідно.

Рис 19

Використовуючи це рівняння, будуємо графікзалежності ненавантаженої добротності від величини збудженого сегменту. Ця ілюстрація допомагає забеспечити головні конструктивні параметри, такі як: необхідна ступінь збудження для випромінювання колової поляризації. В реальній конструкції, важливо помітити, що добротність Q0 кругової патч-антени стає еквівалентною добротності прямокутного патча, якщо обидві антени розраховані на одну резонансну частоту.

По цій причині кругла антена з коловою поляризацією може бути сконструйована так само легко, як і прямокутна, використовуючи залежності зображені на Рис. 20.

Важливо сказати, що в розрахунках, наведених вище, не були враховані граничні умови. Якщо ми їх врахуємо, то експерементальні результати будуть подібними до теоретичних, як і показано на рисунку.



Рис. 21

Для того щоб перевірити правильність методів розрахунку, деякі круглі смужкові антени з коловою поляризацією були випробувані в Х-діапазоні[1]. Зразки були виготовлені нступним чином: підкладка складалась з міді, товщина якої 0,6 мм і скловолокна з тефлоном, діелектрична проникність якого 2.55, а тангенс втрат біля 0,0018. Коефіцієнт еліптичності в головному напрямку для тестової антени складав біля 0,5 дБ, а діаграма направленості свідчила про якісну роботу, як і в випадку прямокутного патча. В доповненні, робоча смуга частот по рівню коефіцієнта еліптичності 3 дБ складала 1% для відношення t/лo = 0.019 і 2% для більш товстої підложки. Ці результати показують, що при збільшенні товщини підкладки - збільшується робоча смуга частот по коефіцієнту еліптичності. В магістерській роботі як елементи решітки застосовано смужкові випромінюючі резонатор круглої форми з вирізами під 45° для отримання лівої колової поляризації.



Глава 3. Розробка топології антенної решітки пеленгаційного модуля системи автоматичного стикування космічних апаратів

3.1 Дзеркальна антена орієнтації пеленгаційного модулю

Оскільки фазова антенна решітка пеленгаційного модулю буде встановлена на апаратуру стикування замість дзеркальної антени, то покажемо, що собою представляє дзеркальна антена і в чому саме вона гірша за ФАР.Антена орієнтації являє собою дзеркальну приймальну антену еліптичної поляризації з механічно скануючою діаграмою направленості специфічної форми.

Антена орієнтації виконує в комплексі апаратури "Курс" наступні основні функції:

- виконує прийом високочастотного сигналу;

- виконує механічне сканування ДН й формує рівносигнальне направлення вздовж осі космічного об'єкта;

- виробляє за допомогою опорних напруг опорні сигнали, які зв'язують положення ДН при скануванні з осями системи координат.

Технічні дані дзеркальної антени орієнтації:

- Частота приймаючого сигналу 3,25 ГГц;

- Ширина діаграми направленості в обох площинах (вертикальній і горизонтальній) складає приблизно 700;

- Рівень бічних пелюстків в горизонтальній площині складає -15 дБ відносно максимума;

- Рівень бічних пелюстків в вертикальній площині не більше -7 дБ відносно максимума;

- Коефіцієнт підсилення в рівно сигнальному напрямку не менше 4;

- Коефіцієнт стоячої хвилі на виході антени не більше 1,5;

- Маса антени 4,5±0,5 кг.

За період сканування ДН охоплює усю передню півсферу з рівносигнальним направленням вздовж космічного об'єкта.

Форма і величина сигналу на виході антени залежить від кута між направленням на джерело випромінювання і віссю космічного об'єкта. При великих кутах (більше 200) сигнал на виході антени має форму імпульса і рівень його буде тим менший, чим більший цей кут. При малих кутах (менше 200) на виході антени з'явиться сигнал, промодульований синусоїдою з частотою сканування. Глибина модуляції буде тим менша, чим менший кут між космічними об'єктами. Вздовж вісі об'єкта формується рівносигнальне направлення, тобто сигнал, який приходить з цього напрямку не модулюється першою гармонікою частоти сканування.

Таким чином, по площині пеленгу по сигналам з антени формується пеленгаційна характеристика, яка представляє собою непарну симетричну функцію відносно рівносигнального напрямку (нульове значення співпадає з РСН) (Рис. 22)

Рис. 22. Пеленгаційна характеристика.

В приводі антени є генератор опорної напруги, який видає сигнал з частотою сканування, який жорстко прив'язаний до ВЧ частини відносно вісей тангажу і курсу при скануванні.

Сигнал з генератора опорної напруги використовується в апаратурі "Курс" для видачі в систему управління об'єкта управляючих сигналів кутів орієнтації по курсу і тангажу.В якості опромінювача рефлектора в антені використана спіраль зворотної хвилі, збудження якої відбувається за допомогою коаксіального кабелю з двома чверть хвильовими симетрично розміщеними щілинами.

Вимоги до антени, що розробляється, були сформульовано в Главі 1 магістерськоїроботи. Антена планарного типу призначена для випромінювання, прийому та пеленгування прийнятого сигналу в кутовому секторі 600. Поляризація сигналів колова, лівого обертання. Кросполяризаційна характеристика не менше 0,6 в межах ширини ДН. Коефіціент підсилення антенного елементу по осі ДН не менше 8 дБ. КСХ не гірше 1,5. Рівень бічних пелюстків ДН за межами сектора ±600 відвісі ДН не більш ніж мінус 15дБ. Частота сигналу, на який будемо налаштовувати антену 3.25 ГГц. Передбачається, що планарна фазована антенна решітка зможе в апаратурі "Курс" замінити дзеркальну антену із конічним скануванням променя.

Перевагами такої антени будуть, насамперед, менша масса (1,5 кг проти 4,5 кг), менші поздовжні габарити, більша точність визначення пеленгаційних характеристик, суттєво швидше знаходження пеленгаційного рішення в системі та відсутність енергозатратного механічного приводу для реалізації конічного сканування.

3.2 Конструкція антени

На Рис. 20а) та б) показаніпоперечний переріз та вид зверху смужкового випромінюючого елементу ФАР пеленгаційної системи.Його геометрію отримано в результаті оптимізації випромінювача в програмному пакеті CSTMicrowaveStudio, в якому реалізовано аналіз електродинамічних структур методом скінченних різниць у часовій області. Як результат отримано розміри, зображені на рисунку, які відповідають вимогам до технічного завдання на окремий випромінювач антенної решітки.У якості діелектрика виступає повітря. Випромінювач тримається за рахунок металевоївтулки (поз. 3 на Рис.23), якакріпиться з одного кінця до екрану (поз. 5на Рис. 23), а з іншого до центру смужкового резонатора (поз. 2 на Рис. 23). Джерелом живленняє коаксіальний кабель, який закінчується зондом (поз. 6 на Рис. 23). Оскільки в космосі усі об'єкти рухаються (обертаються) навколо свого центра мас, то для забезпечення роботи системи при довільній взаємній орієнтації антен застосовуують колову поляризацію. Центральна жила кабеля (поз. 4 на Рис. 23) припаюється до смужки таким чином, щоб збудити дві ортогональні хвилі лінійної поляризації з однаковою амплітудою. Для реалізації фазової різниці між цими хвилями, вводимо асиметрію в смужку у вигляді зрізаних сегментів кола. Площа зрізаних сегментів відповідає 900 - ній різниці початкових фаз двох мод. Щоб уникнути значного впливу випромінювачів один на одного, оточуємо по периметру смужку екрануючим "стаканом" (1).Висота стакану підбирається з умов мінімізації поздовжніх габаритів та маси з одного боку, та одночасної мінімізації взаємного впливу між елементами до рівнів краще -16дБ.

Рис. 23. Розроблений смужковий випромінюючий елемент пеленгаційної системи стиковки "Курс": а) поперечний переріз; б) вид зверху.



Рис. 24. Варіанти конструкцій смужкового випромінюючого елемента із коловою поляризацією і повітряним діелектриком: а) звичайний; б) з екрануючим стаканом.

3.3 Характеристики окремо взятого випромінювача без екрануючого стакана

Розрахована в пакеті CSTMicrowaveStudioчастотна характеристика коефіцієнту відбиття смужкової антени (Рис. 24 а) показана на Рис. 26. Видно, що за рівнем КСХН<1,2 антена має робочу смугу частот по узгодженню близька 10% із центром на частоті 3,25 ГГц.

Рис. 26. Частотна характеристика коефіцієнту відбиття смужкової антени без екрануючого стакану (Рис. 24 а).

Діаграма направленості цього випромінювача для випадку круглого симетричного екрану діаметром 200 мм на частоті 3,25 ГГц показана на Рис. 27. Деяка асиметрія діаграми може бути пояснені асиметрією збудження антени. Видно, що ширина променя складає порядка 60°.



Рис. 27. Діаграма направленостісмужкової антени без екрануючого стакану (Рис. 24 а)

Коефіцієнт еліптичностісмужкової антени без екрануючого стакану (Рис. 24 а)начастоті 3,25 ГГц наведений на Рис. 28. Загалом, можна відмітити, що смуга частот цієї антени по рівню коефіцієнта еліптичності порядка -3 дБ складає всього 3%. Асиметрія структури призводить до помітної асиметрії поляризаційної діаграми антени.

Рис. 28. Коефіцієнт еліптичності смужкової антени без екрануючого стакану (Рис. 24 а) на частоті 3,25 ГГц.



3.4 Характеристики оптимізованого окремого смужкового випромінювача з екрануючим стаканом

Характеристика відбиття S11(f) показана на Рис.29, ДН в двох площинах приведена Рис. 30, а еліптичність на Рис. 31.

Рис. 29. Частотна залежність коефіцієнту відбиття для антени Рис. 24б).

Рис. 30. Діаграма направленості антени на Рис. 24б).



Рис. 31. Коефіцієнт еліптичності начастоті 3,25 ГГц:

3.5 Обробки сигналу фазованої антенної решітки пеленгаційного модулю

В основу визначення кутів покладений фазовий метод радіопеленгації. Цей метод базується на тому, що якщо дві приймальні антени А1 і А2 рознесені на фіксовану відстань d (база), то зсув фаз між напругами, які наводяться в антенах, залежить від напрямку приходу радіохвилі (Рис. 32).

Позначимо кут між нормаллю до бази і напрямком приймальної хвилі через б (Рис. 22), тоді різниця ходу хвиль до антен А1, А2 рівна dsinб, а зсув фаз між наведеними в них напругами рівен (2р/л)dsinб.

Ці напруги підсилюються і обмежуються по амплітуді в окремих каналах; один з каналів містить в собі фазообертач, який обертає фазу підсиленої напруги на 900 . З обох каналів напруга подається на фазометр для виміру різниці фаз

Ш=(2р/л)dsinб+р/2. (3.36)

Фазометр містить фазовий детектор і вимірювач його вихідної напруги Uвих. Схема фазового детектора така, що напруга Uвих пропорційна косинусу кута зсуву фаз вхідних напруг детектора



Uвих=К*cosш=K*cos((2р/л)dsinб+р/2)= K*sin((2р/л)dsinб) (3.37)

де К - коефіцієнт пропорційності, який враховує як напругу на вході фазового детектора, так і коефіцієнт передачі напруги детектора; коефіцієнт К підтримується постійним завдяки обмежувача амплітуди.

Пеленгаційна характеристика фазового пеленгатора (Рис. 23 а.) побудована по формулі (3.37) для малих кутів б, при яких sinб ?б:

Uвих = K*sin((2р/л)*d*б) (3.38)

Звідси видно, що однозначні показання пеленгатора бодн можна одержати, якщо кут (2р/л)*d*б не виходить за межі р (від -р/2 до +р/2), що відповідає

бодн= рл/ (2*р*d)= л/(2*d) (3.39)

Рис. 32. Блок схема фазового методу радіопеленгації.

Зіставляючи вирази (3.37) і (3.39), переконуємося, що в фазових пеленгаторах (як і в фазових дальномірах) присутня суперечність між точністю вимірів і межами однозначних свідчень про кут орієнтації: для підвищення точності треба збільшити базу d, а для розширення однозначних вимірів пеленга цілі- потрібно зменшити d. Це протиріччя може бути усунутим введенням додаткової антени А3 по схемі Рис. 23 (б) з таким розрахунком, щоб грубе, але однозначне визначення пеленгу здійснювалось антенами А1 та А2 з малою базою d1 , а уточнення пеленгу відбувалось за допомогою антен А1 і А3, розділених великою базою d2 .

Інший шлях вирішення проблеми полягає в переході від низьких радіочастот до більш високих, де можна розмістити обидві антени на одному поворотному пристрою і отримати діаграму направленості з шириною, значно меншою діапазону вимірюваних пеленгів. При цьому зменшення довжини хвилі, як показує (3.38), збільшує пеленгаційну чутливість так само, як збільшення бази d , а перекриття необхідного діапазону однозначно виміряних пеленгів досягається поворотом антенної системи.

Таке рішення має ще одну перевагу : радіопеленгатор на низьких частотах не дозволяє розрізняти цілі, охоплені широкою діаграмою направленості антенної системи, а вузьконаправлені антени СВЧ повідомляють пеленгатору високу потенційну роздільну здатність по напрямку Дбмин=2??0,5.

Рис. 33 Усунення неоднозначності визначення кута.

Цей алгоритм прив'язаний конкретно до нашої системи виміру кутів орієнтації пояснюється на Рис. 33.

Для визначення азимута, роль маленької бази d1 виконують антени 6-5 і 9-2, для визначення кута місця 8-7, 3-4. Роль великої бази d2, для визначення азимута виконують антени 8-3 і 7-4, для визначення кута місця - 9-6 і 2-5.

Попарність баз потрібна для більшої точності визначення координат.

Рис. 34

Блок керування фазообертачами формує послідовний код, який вмикає відповідні фазообертачі так, щоб початкова різниця фаз між антенами, які утворюють базу, відносно якої ми вимірюємо кутову координату космічного об'єкту, становила 900. Код пропускає на вихід сигнал з двох антен (які утворюють потрібну нам базу), а з інших антен прохід сигналу блокується.

3.6 Принцип роботи фазозсувача

Фазозсувачі вФАР реалізовані на основі мостів Ланге. На Рис. 25 (а) показана спрощена структурна схема фазозсувача. Для розділення падаючої і відбитої хвилі в ньому використовується трьохдицибельний направлений відгалуджувач. Сигнал поступає на вхід 1 направленого відгалуджувача і знімається з виходу 2. Виходи 3 і 4 навантажені на відбиваючі фазозсувачі, які складаються з польових транзисторів і КЗ - штирів. Сигнал, поступаючий на вхід 1, ділиться трьохдицибельним направленим відгалуджувачем порівну між його виходами 3 і 4, при цьому фаза сигналу в плечі 4 зсувається на 900. Проходячи через фазозсувачі, відбиті сигнали складуються на виході 2. Відбитий сигнал з плеча 4, зсунений на 900, проходячи через відгалуджувач в плече 1, зсувається ще на 900, а в плечі 2 залишається без змін. Відбитий сигнал з плеча 3, проходячи через відгалуджувач в плече 1 залишається без змін, а в плечі 2 зсувається на 900. Таким чином відбиті сигнали в плечі 1 компенсують один одного, а в плечі 2 складуються в фазі. Таким чином, весь пристрій являє в цілому схему прохідного фазозсувача , у якому фазовий зсув визначається в основному фазовими зсувами двох відбиваючих фазозсувачів на польових транзисторах. На Рис… показана схема дискретного фазозсувача на мостах Ланге, яка використовується в радіотехнічній системі "Курс".

...