Двухдиапазонный облучатель зеркальной антенны для станции спутниковой связи Ka/Q-диапазонов частот

Введение. В связи с исчерпанием частотного ресурса в Ku-диапазоне частот активно разрабатываются спутниковые системы связи в более высокочастотных диапазонах Ka и Q. Для земных станций спутниковой связи этих диапазонов характерна работа на прием и передачу на сильно разнесенных частотах (в 1.5 и более раз). Зеркальные антенны, применяемые в станциях связи, должны обеспечивать формирование диаграмм направленности (ДН) с необходимыми параметрами в двух разнесенных диапазонах. Поэтому при разработке облучателей таких антенн существует ряд неразрешенных на сегодняшний день трудностей, обусловленных высокими требованиям к их техническим характеристикам.

Цель работы. Разработка моделей и макетирование двухдиапазонного облучателя на основе коаксиальной схемы и фидерного тракта с использованием узкополосного перехода с прямоугольного волновода на круглый.

Материалы и методы. Расчет и исследование разработанной конструкции двухдиапазонной облучающей системы проводились с применением программного обеспечения CST Studio Suite и специально разработанных программ-дополнений, которые существенно упрощают и ускоряют работу.

Результаты. Разработан макет двухдиапазонного облучателя ЭИФ5.468587.001, обеспечивающий формирование ДН зеркальной антенны в диапазоне частот приема (19.172…19.792 ГГц) с коэффициентом направленного действия (КНД) не менее 46 дБи и уровнем первого бокового лепестка не более 20.1 дБ; в диапазоне частот передачи (43.924…44.524 ГГц) с КНД не менее 52.7 дБи и уровнем первого бокового лепестка не более 16.7 дБи. Проведен сравнительный анализ разработанного макета облучающей системы с серийным образцом облучателя в составе антенны 08150.6220-0 земной станции спутниковой связи.

Заключение. Изготовленный облучатель ЭИФ5.468587.001 позволяет формировать осесимметричную ДН зеркальной антенны с более высоким КНД (на 0.7 дБи в режиме приема и на 1.4 дБи в режиме передачи) и с более низким уровнем внеосевых излучений по сравнению с серийным облучателем, изготовленным АО "РЕШЕТНЕВ" в составе антенны 08150.6220-0 и используемым в настоящее время в составе земной станции спутниковой связи.

1. Урличич Ю., Прохоров С. Цели и задачи программы "Сфера" // Технологии и средства связи.2019. № S1. С. 26–32.

2. Satellite communication station for Ka and Q-bands / D. D. Dmitriev, A. B. Gladyshev, V. N. Ratuschnyak, V. N. Tyapkin // J. of Phisics: Conf. Ser. 2021. Vol. 1889, iss. 4. P. 1–7. doi: 10.1088/1742-6596/1889/4/042014

3. Гладышев А. Б., Дмитриев Д. Д., Тяпкин И. В. Экспериментальные исследования антенны земной станции перспективной системы спутниковой связи // Антенны и распространение радиоволн: сб. докл. Всерос. науч.-техн. конф. 24–26 нояб. 2021 г. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ "ЛЭТИ", 2021. С. 80–83.

4. Исследование направленных характеристик антенны земной станции спутниковой связи методом спирального сканирования / А. Б. Гладышев, Д. Д. Дмитриев, В. Н. Ратушняк, О. Б. Грицан // Журн. Сибирского федерального ун-та. Сер. Техника и технологии. 2021. Т. 14, № 7. С. 830–839. doi: 10.17516/1999-494X-0349

5. Галкина Э. В., Кирпанев А. В., Михайлов А. Н. Двухдиапазонные антенны с поляризационными рефлекторами // СВЧ-электроника. 2019. Т. 8, № 1. С. 40–43.

6. Многодиапазонные антенны / Е. В. Овчинникова, М. А. Соков, С. Г. Кондратьева, П. А. Шмачилин, Нгуен Динь То // Вопр. электромеханики. Тр. ВНИИЭМ. 2021. Т. 180, № 1. С. 33–39.

7. Yasin A., Yang J., Ostling T. A Compact Dual-Band Feed for Reflector Antennas Based on Choke Horn and Circular Eleven Antenna // IEEE Trans. Antennas Propag. 2009. Vol. 57, iss 10. P. 3300–3302. doi: 10.1109/TAP.2009.2029385

8. Multifeed EBG Dual Band Antenna to Feed a Reflector Antenna / A. Kanso, R. Chantalat, M. Thevenot, U. Naeem, S. Bila, T. Monediere // 41st Europ. Microwave Conf. (EuMC). Manchester, UK, 10–13 Oct. 2011. P. 866–869. doi: 10.23919/EuMC.2011.6101849

9. Quad band X/Ka horn antenna and feed chain designs / J. Teniente, I. Gómez-López, R. Caballero-Nagore, G. Crespo-López, A. Martínez-Agoües // 11th Europ. Conf. on Antennas and Propagation (EUCAP), Paris, France, 19–24 March 2017. P. 3432–3436. doi: 10.23919/EuCAP.2017.7928428

10. 3D Printing of a Monolithic K/Ka-Band Dual-Circular Polarization Antenna-Feeding Network / G. Addamo, M. Lumia, F. Calignano, F. Paonessa, G. Virone, D. Manfredi, L. Iuliano, O. A. Peverini // IEEE Access. 2021. Vol. 9. P. 88243–88255. doi: 10.1109/ACCESS.2021.3089826.

11. Ridge-Waveguide Stub Filters for Earth Observation Dual-Band Antenna-Feed Systems / O. A. Peverini, G. Addamo, G. Virone, M. Lumia, M. Grilli, B. Fiorelli // IEEE MTT-S Intern. Conf. on Numerical Electromagnetic and Multiphysics Modeling and Optimization (NEMO). Limoges, France, 06–08 July 2022. P. 1– 3. doi: 10.1109/NEMO51452.2022.10038952

12. Корчемкин Ю. Б., Кочетков О. С. Поляризатор для систем спутниковой связи с поляризационным уплотнением // Тр. МАИ. 2013. № 65. С. 33.

13. Demountable K/Q Band Coaxial Feed for Cassegrain Antenna / K. V. Lemberg, N. M. Boev, A. V. Kantyshev, O. B. Grican, D. A. Shabanov // IEEE Intern. Multi-Conf. on Engineering, Computer and Information Sciences (SIBIRCON), Yekaterinburg, 11–13 Nov. 2022. P. 1150–1153.

14. Пат. RU 2777698 C1. МПК H01Q 13/02 (2006/01), H01Q 5/30 (2015/01). Двухчастотный облучатель зеркальной антенны / К. В. Лемберг, Б. А. Беляев, И. В. Говорун, А. А. Лексиков, Н. М. Боев, И. В. Подшивалов, О. Б. Грицан, А. В. Кантышев. Опубл. 08.08.2022. Бюл. № 22.

15. Качественная оценка вычислительных методов электродинамики на примере программных продуктов для высокочастотного моделирования микрополосковых антенн / А. Васильченко, И. Схольц, Де Раад Вальтер, Г. Ванденбош // Технологии в электронной промышленности. 2008. Т. 23, № 3. С. 52–56. URL: https://tech-e.ru/wp-content/uploads/2008_03_52.pdf (дата обращения 15.01.2024).

16. Куксенко С. П. Электромагнитная совместимость: моделирование / под ред. Т. Р. Газизова. Томск: В-Спектр, 2018. 188 с.

17. Габбазова Р. Н. Обзор программных пакетов для моделирования антенн и антенных устройств СВЧ // Лучшая студенческая статья 2018: сб. ст. XVII Междунар. науч.-исслед. конкурса: в 3 ч., Пенза, 25 нояб. 2018 г. Пенза: МЦНС "Наука и просвещение", 2018. Ч. 1. С. 119–122.