Как устроена фазированная решетка GAIA механически и электрически?

GAIA — удивительная пара космических телескопов , использующих одну гигапиксельную ПЗС-матрицу со сложной оптической системой, способной повторять чрезвычайно точное положение, яркость, параллакс, собственное движение и другие измерения миллионов объектов. Он работает путем непрерывного сканирования посредством очень плавного, устойчивого вращения всего космического корабля.

GAIA находится недалеко от позиции L2 Солнце-Земля, примерно в 1,5 миллионах километров от Земли. Он генерирует огромное количество данных даже после существенной обработки на космическом корабле. Это приводит к потоку данных от нескольких до 8 МБ/с в течение 8 часов каждый день — период, выбранный для наилучшего непрерывного приема одной станцией DSN, как я полагаю.

Чтобы произвести достаточно сильный сигнал на Земле, GAIA использует антенну «среднего усиления», что означает, что она имеет значительную направленность ( directibility ). Антенна должна динамически указывать на Землю, в то время как космический корабль продолжает вращаться, чтобы сохранить качество и количество сбора данных. Однако, поскольку необходимый уровень точности и минимизация вибрации и микрофона исключают механический вращающийся механизм для антенны, GAIA использует сложную антенну с фазированной решеткой для непрерывного электронного «наведения» луча в общем направлении Земли.

До сих пор мне не удалось найти никаких подробностей о том, как фазированная решетка настроена механически или в электронном виде. Таким образом:

Вопрос: Как устроена фазированная решетка GAIA механически и электрически?

В обновлении ESA GAIA № 04: Gaia Phased Array Antenna Delivered and Integrated говорится:

Лучистый конус представляет собой 14-гранную усеченную пирамиду; его основная структура изготовлена ​​из твердого алюминиевого сплава. Каждая грань имеет две подрешетки, каждая из которых состоит из шести излучающих элементов; каждая подрешетка имеет ряд ВЧ ответвителей, которые разделяют входящий сигнал, чтобы обеспечить амплитудное взвешивание, которое определяет диаграмму направленности подрешетки. Общая диаграмма направленности антенны получается путем объединения диаграмм направленности 14 подрешеток на стороне излучающего конуса, обращенной к Земле.

28 антенных подрешеток питаются от семи «квадри-модулей», которые обеспечивают низкоуровневую регулировку усиления, фазы и амплитуды, усиление мощности и маршрутизацию сигналов в соответствующие подрешетки. Quadri-Modules, в свою очередь, питаются от разветвителя 2:7, который позволяет номинальному или резервному транспондеру космического корабля питать PAA.

Я думаю, что здесь имеется в виду усеченная пирамида в центре, которая меньше, чем я ожидал. Кроме того, хотя трудно сказать наверняка, похоже, что пирамида довольно крутая.

введите описание изображения здесь

вверху: панель поддержки антенны GAIA на тележке для наземного обслуживания . «Панель поддержки антенны Gaia на тележке для наземного обслуживания, показывающая лицо, указывающее на Солнце; излучающий конус имеет две подрешетки из шести излучающих элементов на каждой из 14 граней».

введите описание изображения здесь

вверху: Задняя сторона панели поддержки антенны GAIA . «Панель поддержки антенны Gaia на тележке для наземного обслуживания, показывающая заднюю поверхность и электронные модули. Из коробок, расположенных по кругу вокруг задней части излучающего конуса (в центре панели), находится электронный контроллер питания и интерфейса (EPIC). расположен около семи часов. Остальные блоки представляют собой семь «квадри-модулей», которые обеспечивают низкоуровневое усиление, управление фазой и амплитудой, усиление мощности и маршрутизацию сигналов на соответствующие подмассивы. разветвитель, который позволяет номинальному или резервному транспондеру космического корабля питать квадримодули, находится в правом верхнем углу »

@osgx часть, которую я прошу увидеть, - это маленький оранжевый перевернутый треугольник шириной десять пикселей .

Ответы (1)

Есть несколько статей о конструкции антенны на Gaia, и в этой статье EADS CASA Espacio содержится много подробностей об антенне GAIA:

http://ieeexplore.ieee.org/document/5505027/ Allica, JC, Alonso, E., Amado, M., Bazán, A., Casares, F., de Witte, E., ... & Serrano, JL (2010, апрель). «Архитектура спутниковой фазированной антенной решетки GAIA» - Материалы Четвертой европейской конференции по антеннам и распространению радиоволн (EuCAP), 2010 г., 12–16 апреля 2010 г., страницы 4056–4059 ( https://scholar.google.com/scholar?cluster= 4948320994472611099 )

Он находится за платным доступом IEEE , и у меня есть только предварительный просмотр первой страницы . Но есть очень похожая статья "GAIA SATELLITE PHASE ARRAY ANTENNA" от тех же авторов, представленная, вероятно, на какой-то конференции ESA позже в 2010 году.

Основные требования к конструкции антенны: центральная частота 8465 МГц, полоса пропускания 10 МГц, EIRP ( эквивалентная изотропно излучаемая мощность ) +34 дБВт, мощность на входе антенны: +33 дБм. Требуемый охват: 360 градусов по азимуту и ​​45 ± 15 градусов по углу места со скоростью сканирования антенны «1 град/мин по азимуту и ​​1,5 град/день по углу места». Подсистема ФАР имеет два РЧ-входа (по одному на транспондер) и 7 выходов («разветвитель входов 2:7», выполненный на микрополосках). 7 сигналов подключены коаксиальными кабелями к 7 усилителям/формирователям луча:Блок-схема подсистемы GAIA PAA от EADS CASA Espacio, 2010 г.

Каждый усилитель/формирователь луча имеет 4 блока "QUAM SSPA" (квадримодуль) с 4 выходами (28 сигналов от 7 усилителей/формирователей луча). Их выходы подключены к подрешеткам антенн, сгруппированных по две в фасетки, каждая грань имеет две «решетки из шести круговых дисковых патч-антенн». Излучающее ядро ​​ФАР построено из 14 граней (видны 4 реальные грани, остальные - массовые муляжи):Рис. 2. Излучающий конус ЭМ ФАР от EADS CASA Espacio, 2010 г.

С требованием 45 +- 15 градусов возвышения и этой фотографией установки тестового колпачка https://i.stack.imgur.com/Ek1zw.png из бумаги можно предположить, что грани закреплены под углом 45 градусов к сотовой панели видны на ваших фотографиях.

Размеры антенны указаны в http://emits.sso.esa.int/emits-doc/ASTRIUMLIM/GAIA_Phased_Array_Antenna/GAIA.ASU.SP.ESM.00002.01.00.PDF « Фазированная антенная решетка X-диапазона — PAA — Спецификация требований GAIA.ASU.SP.ESM.00002 ", EADS Astrium 2006 ..для выносных блоков ФАР в сборе:

должен быть заключен внутри цилиндра диаметром 0,40 м (TBC) и высотой 0,45 м [TBC], из которых LGA должен быть принят равным 0,20 м (TBC) с центром на оси панели PAA. ... Внешние блоки PAA должны быть совместимы с установкой антенны с низким коэффициентом усиления (масса = 0,5 кг) и соответствующего РЧ-жгута и/или волноводов, проходящих через панель PAA, с полем зрения более 2*Pi стерадиан

Также имеются чертежи - «Рисунок 1.4-1: Вид сбоку сервисного модуля Gaia (SVM) с панелью ФАР» и «Рисунок 1.4-2: Возможная конфигурация узла ФАР на антенной панели (вид сбоку)» на стр. 8 и 9 http://emits.sso.esa.int/emits-doc/ASTRIUMLIM/GAIA_Phased_Array_Antenna/GAIA.ASU.SP.ESM.00002.01.00.PDF _

Вы также можете проверить некоторую информацию о «Полуактивных конформных массивах» («Концепция принята для научного спутника ЕКА GAIA»; патент ЕКА?) на http://data.cedupoint.cz/oppa_Minerva/Roederer_A0M17NKA_prezentace.pdf «Дизайн и «Конструкция антенн» доктора Антуана Рёдерера, Deft TU (где есть большой обзор лучевых антенн для спутников), стр. 33 и ниже; и антенна GAIA на стр. 38:

  • 28 линейных подрешеток из 6 излучающих элементов
  • 14 гибридных соединителей
  • Фазовращатели на низком уровне направляют мощность вокруг массива

В нескольких других статьях также упоминаются основные параметры антенной решетки:

http://emits.sso.esa.int/emits-doc/ASTRIUMLIM/GAIA_Phased_Array_Antenna/GAIA.ASU.SP.ESM.00002.01.00.PDF "Фазированная антенная решетка X-диапазона - Спецификация требований PAA" 2006 г.

PAA обеспечивает возможность наведения луча на 360° по азимуту и ​​45°±15° по высоте.

Антенна должна обеспечивать покрытие не менее

  • • 45°± 15° по высоте
  • • 360° по азимуту.

Все углы должны быть привязаны к системе координат антенны (Xa,Ya,Za).

https://arxiv.org/pdf/1609.04153.pdf «Миссия Gaia» 2016 г.

эти числа гарантируют, что Земля находится на максимальном расстоянии 15◦ от точки прицеливания антенны с фазированной решеткой, которая используется для передачи научных данных (раздел 3.2.2).

Два обзора GAIA: https://directory.eoportal.org/web/eoportal/satellite-missions/content/-/article/gaia-satellite-mission http://spaceflight101.com/gaia/gaia-spacecraft-overview/

Спасибо за очень обстоятельный ответ! Фазированная решетка GAIA — удивительный пример инструментовки и дизайна, здорово, что вы нашли время, чтобы отыскать и систематизировать так много документации. Я немного скорректировал вопрос, чтобы он соответствовал - дайте мне знать, если он выглядит нормально.
Как устроена фазированная решетка GAIA механически и электрически?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v