Каковы наиболее распространенные практические технические характеристики антенны в космосе?

На мой взгляд, вот ряд вещей, которые вам нужно решить, «помимо электрических спецификаций». На самом деле, это отличный аргумент в пользу сильной системной инженерии вашего спутника. Так как между мощностью, наведением, массой и производительностью/пропускной способностью РЧ будет существенный компромисс.

• Материалы. Это в основном легко, так как по определению антенна будет металлической, а в космосе метал вполне приемлем. Однако, если металл имеет какое-либо покрытие, необходимо убедиться, что покрытие совместимо с вакуумом и средой атомарного кислорода. Конечно, кабели , ведущие к антенне, будут иметь какую-то изоляцию, поэтому вам также нужно будет побеспокоиться об этом.
• Покрытия. Говоря о покрытиях, некоторые спутники специально окрашивают антенны в черный/белый цвет, чтобы придать спутнику радиометрическое вращение.
• Соединители. Да, это граничит с электричеством, но стоит упомянуть. Большой здоровенный N-Connector не будет очень эффективно вписываться в маленький CubeSat.
• Форма/тип. Вы, по-видимому, уже знаете компромиссы производительности. Но разные формы/типы будут упакованы на спутнике по-разному. Небольшой патч, простой диполь и антенна имеют разные конфигурации. У рефлекторов также есть проблема, связанная с необходимостью удаленного питания. Как вы собираетесь это устанавливать.
• Развертывание. За исключением простой патч-антенны, установленной сбоку вашего спутника, все остальные антенны должны быть развернуты в той или иной форме после запуска. Как вы будете обрабатывать развертывание? Количество антенн также повлияет на ваше развертывание, особенно если вам нужно расположить их определенным образом, чтобы получить правильную диаграмму направленности или поляризацию.
• Вибрация. Предположительно, ваш спутник полетит на орбиту на шумной, вибрирующей, трясущейся ракете. Ваша антенна должна быть в состоянии выдержать эту вибрацию в походной конфигурации, и при этом быть в состоянии развертываться и адекватно работать.
• Термальный. Антенна увидит экстремальные колебания температуры по всей орбите. Вам нужно будет убедиться, что любая тепловая деформация приемлема для работы антенны.
• Затенение. Антенна бесполезна, если она затеняет солнечные панели спутника. Конечно, возможно, с помощью магии мембран и композитов вы можете развернуть 1-метровую тарелку с CubeSat высотой 3U, но если она затеняет все солнечные панели, то это губительно для миссии.
• Масса. Мы редко беспокоимся об этом в наземных приложениях, но в космосе масса вашей антенны может создать или разрушить ваш бюджет на массу. Конечно, вы можете получить 20 дБ от красивой необычной антенны, но если она втрое превышает массу вашей антенны на 4 дБ, то игра может быть окончена.
• Ширина луча. Меньшая ширина луча увеличит пропускную способность. Но теперь вам нужно будет навести космический корабль, возможно, очень точно. Это повлияет на требования к подсистеме управления ориентацией и, в свою очередь, может повлиять на бюджет мощности.
• Совместимость с наземными станциями — планируете ли вы иметь специальную наземную станцию? Или вы надеетесь использовать другие сети, такие как SATNOGS. Могут быть «электрические» соображения второго уровня, такие как тип модуляции и поляризация.

Прочтите эту книгу , а затем узнайте о бюджетах каналов и электромагнитных помехах. Учитывать:

• Диапазон, на котором вы ведете передачу
• Тип антенны (ваш кубсат, вероятно, существенно повлияет на ваш выбор, но есть много типов антенн со многими преимуществами и недостатками)
• Выходная мощность (если это изотропная антенна, то это проще, а если она направленная, то вам нужно будет учитывать следующее)
• Коэффициент усиления антенны (из-за конструкции и того, как на него влияют недостатки/другие факторы)
• Атмосферное поглощение - атмосфера является сильным поглотителем одних полос и совершенно прозрачна для других. Полоса частот влияет на длину волны, которая влияет на размер антенны и эффективную апертуру.
• Размер наземной станции и ее способность принимать ваш сигнал (вы пытаетесь поймать эту штуку с помощью штыревой антенны или гигантского радиотелескопа?)

Вы используете эти и некоторые другие ограничения для планирования бюджета канала, который определяет, сколько мощности вам нужно передать, чтобы получить X мощности на приемнике (независимо от того, есть ли у вас одна антенна для передачи/приема на кубсате или нет, но в противном случае вам придется сделать это дважды, один раз для восходящей линии связи и один раз для нисходящей линии связи.Существуют разные причины делать это таким образом, и разные причины не делать этого).

Наконец, спроектируйте свою антенну так, чтобы она не мешала другой электронике и не разрушалась/ухудшалась ее сигнал из-за окружающего радиофона.

Вот что я нашел после небольшого исследования антенн для печатных плат:

• Изменение температуры:

Важным для любого обсуждения конструкции малых космических аппаратов является материал самой конструкции. Обычно конструкция космического корабля состоит как из металлических, так и из неметаллических материалов. Металлы обычно однородны и изотропны, то есть обладают одинаковыми свойствами в любой точке и во всех направлениях. Неметаллы, такие как композиты, обычно не являются ни однородными, ни изотропными. Выбор материала определяется условиями эксплуатации космического корабля и должен обеспечивать достаточный запас для стартовых и эксплуатационных нагрузок, теплового баланса и управления тепловыми нагрузками, а также чувствительности приборов и полезной нагрузки к дегазации и тепловым смещениям. [ 1 ]

• Дегазация:

В космической промышленности дегазация относится к сублимации или испарению материалов, поскольку эти материалы переносятся в среду с высоким вакуумом, например в космос. Материал, потерянный в результате дегазации, может попасть на чувствительные компоненты и, возможно, повлиять на успех миссии. [ 2 ]

Материалы CubeSat должны удовлетворять следующему критерию низкого газовыделения, чтобы предотвратить загрязнение других космических аппаратов во время интеграции, испытаний и запуска. Список одобренных НАСА материалов с низким газовыделением можно найти по адресу: http://outgassing.nasa.gov . [ 3 ]

• Материалы CubeSats должны иметь общую потерю массы (TML) < 1,0 %.
• Материалы CubeSat должны иметь собранный летучий конденсируемый материал (CVCM) <0,1 %.

• Атомарный кислород:

Атомарный кислород можно найти на низкой околоземной орбите на высоте от 100 до 1000 км. Эта атомарная версия кислорода создается взаимодействием ультрафиолетового света и молекулярного кислорода. Эти атомы очень агрессивны и со временем окисляют металлы, особенно серебро и осмий, и разрушают полимеры. [ 4 ]

• Электростатический разряд:

Основным источником проблем с зарядкой в ​​космосе является среда заряженных частиц (CPE). Если эту среду невозможно избежать, следующими источниками электростатического разряда являются предметы, которые могут накапливать и накапливать заряд и/или энергию. Незаземленные (изолированные) металлы опасны, поскольку они могут накапливать заряд и энергию. Отличные диэлектрики также могут накапливать заряд и энергию. Ограничение материала для накопления заряда или зарядной емкости является полезным методом снижения угрозы внутренней зарядки. Это может быть достигнуто за счет создания пути отвода, чтобы все заряды, вызванные плазмой, могли уравняться по всему космическому кораблю, или за счет небольшого количества материалов, накапливающих заряд. Элементы антенны обычно должны быть электрически заземлены к конструкции. Реализация заземления антенны потребует тщательного рассмотрения на начальном этапе проектирования. Все металлические поверхности, стрелы, крышки и вводы должны быть заземлены на конструкцию с помощью проводов и металлических винтов (короткая конструкция постоянного тока). Все элементы волновода должны быть электрически соединены между собой при помощи точечной сварки и заземлены на конструкцию космического корабля. Эти элементы должны быть заземлены на клетку Фарадея в точках входа. [5 ]

• Радиация:

Экранирование космического корабля часто является самым простым методом уменьшения как отношения общей ионизирующей дозы космического корабля к накопленной дозе повреждения смещения (TID / DDD), так и скорости, с которой происходят SEE, если они используются надлежащим образом. Экранирование включает два основных метода: экранирование уже имеющейся массой космического корабля (включая внешнюю обшивку или шасси, которое существует в любом случае, желательно это или нет) и точечное/секторное экранирование. [ 1 ]