¿Cómo se configura la matriz en fase de GAIA, mecánica y eléctricamente?
UH oh
GAIA es un increíble par de telescopios espaciales que comparten un único conjunto de CCD de gigapíxeles, con un sistema óptico complejo capaz de medir de forma repetida y extremadamente precisa la posición, el brillo, el paralaje, el movimiento adecuado y otras mediciones de millones de objetos. Opera escaneando continuamente a través de una rotación muy suave y constante de toda la nave espacial.
GAIA se encuentra cerca de la posición Sol-Tierra L2, a unos 1,5 millones de kilómetros de la Tierra. Genera una gran cantidad de datos incluso después de un procesamiento sustancial por parte de la nave espacial. Esto da como resultado un flujo de datos de entre varios y 8 MB/s durante 8 horas todos los días, supongo que un período elegido para la mejor recepción ininterrumpida por una sola estación DSN.
Para producir una señal lo suficientemente fuerte en la Tierra, GAIA utiliza una antena de "ganancia media", lo que significa que tiene una direccionalidad significativa ( directividad ). La antena debe apuntar dinámicamente hacia la Tierra mientras la nave espacial continúa girando, para preservar la calidad y cantidad de la recopilación de datos. Sin embargo, dado que el nivel de precisión necesario y la minimización de la vibración y la microfonía impiden un mecanismo giratorio mecánico para la antena, GAIA utiliza una antena de matriz en fase compleja para "apuntar" electrónicamente el haz en la dirección general de la Tierra de forma continua.
Hasta ahora no he podido encontrar ningún detalle de cómo se configura la matriz en fase mecánica o electrónicamente. De este modo:
Pregunta: "¿Cómo se configura la matriz en fase de GAIA, mecánica y eléctricamente?"
En la actualización #04 de GAIA de la ESA: Gaia Phased Array Antenna Delivered and Integrated dice:
El Cono Radiante es una pirámide truncada de 14 lados; su estructura principal está mecanizada a partir de una aleación de aluminio sólido. Cada faceta tiene dos subconjuntos, cada uno compuesto por seis elementos radiantes; cada subconjunto tiene una serie de acopladores de RF que dividen la señal entrante para proporcionar la ponderación de amplitud que determina el patrón de radiación del subconjunto. El patrón de radiación general de la antena se obtiene combinando los patrones de radiación de los 14 subconjuntos en el lado del cono de radiación que apunta a la Tierra.
Los 28 subconjuntos de antena son alimentados por siete 'Quadri-Modules', que proporcionan control de amplitud, fase y ganancia de bajo nivel, amplificación de potencia y enrutamiento de señales a los subconjuntos apropiados. Los Quadri-Modules son, a su vez, alimentados por un divisor de 2:7 vías que permite que el transpondedor redundante en frío o nominal de la nave espacial alimente el PAA.
Creo que esto se refiere a la pirámide truncada en el centro aquí, que es más pequeña de lo que esperaba. Además, aunque es difícil decirlo con seguridad, parece que la pirámide es bastante empinada.
arriba: Panel de soporte de la antena GAIA en el carro de asistencia en tierra . "El panel de soporte de la antena Gaia en su carro de manejo en tierra, que muestra la cara que apunta al Sol; el cono radiante tiene dos subconjuntos de seis elementos radiantes en cada una de sus 14 facetas".
arriba: Cara posterior del panel de soporte de la antena GAIA . "El panel de soporte de la antena Gaia en su carro de manejo en tierra, que muestra la parte posterior y los módulos electrónicos. De las cajas dispuestas en un círculo alrededor de la parte posterior del cono radiante (centro del panel), el controlador de interfaz y alimentación electrónica (EPIC) es posicionado aproximadamente a las 7. Las cajas restantes son los siete 'Quadri-Modules', que proporcionan control de amplitud, fase y ganancia de bajo nivel, amplificación de potencia y enrutamiento de señales a los sub-arreglos apropiados. El divisor de vías que permite que el transpondedor redundante en frío o nominal de la nave espacial alimente los Quadri-Modules está en la parte superior derecha"
Respuestas (1)
osgx
Hay algunos trabajos sobre diseño de antenas en Gaia, y este de EADS CASA Espacio tiene muchos detalles sobre Antena GAIA:
http://ieeexplore.ieee.org/document/5505027/ Allica, JC, Alonso, E., Amado, M., Bazán, A., Casares, F., de Witte, E., ... & Serrano, JL (2010, abril). "Arquitectura de la antena de matriz en fase de satélite GAIA" - Actas de 2010 de la Cuarta Conferencia Europea sobre Antenas y Propagación (EuCAP), 12-16 de abril de 2010, páginas 4056-4059 ( https://scholar.google.com/scholar?cluster= 4948320994472611099 )
Está detrás del muro de pago IEEE , y solo tengo una vista previa de la primera página . Pero hay un artículo muy similar "GAIA SATELLITE PHASE ARRAY ANTENNA" de los mismos autores presentado probablemente en alguna conferencia de la ESA a finales de 2010.
Requisitos principales para el diseño de la antena: frecuencia central de 8465 MHz, ancho de banda de 10 MHz, EIRP ( potencia radiada isotrópicamente equivalente ) de +34 dBW, potencia en la entrada de la antena: +33 dBm. Cobertura requerida: 360 grados de acimut y 45 +- 15 grados de elevación con velocidad de exploración de antena de "1 grado/min en acimut y 1,5 grados/día en elevación". El subsistema PAA tiene dos entradas de RF (una por transpondedor) y 7 salidas ("Divisor de entrada 2:7" hecho con microstrips). 7 señales están conectadas con cables coaxiales a 7 amplificadores/formadores de haz:
Cada amplificador/formador de haces tiene 4 unidades de "QUAM SSPA" (el cuadrimódulo) con un total de 4 salidas (28 señales de 7 amplificadores/formadores de haz). Sus salidas están conectadas a subarreglos de antena agrupados por dos en facetas, cada faceta tiene dos "matrices de seis antenas de parche de disco circular". Con 14 facetas se construye el núcleo radiante PAA (4 facetas reales son visibles, otras son maniquíes de masa):
Con un requisito de elevación de 45 +- 15 grados y esta foto de la instalación de la tapa de prueba https://i.stack.imgur.com/Ek1zw.png del documento, podemos suponer que las facetas se fijan en un ángulo de 45 grados al panel de nido de abeja visible en tus fotos.
Los tamaños de antena se enumeran en http://emits.sso.esa.int/emits-doc/ASTRIUMLIM/GAIA_Phased_Array_Antenna/GAIA.ASU.SP.ESM.00002.01.00.PDF " Antena de matriz en fase de banda X - PAA- Especificación de requisitos GAIA.ASU.SP.ESM.00002 ", EADS Astrium 2006 ..para montaje de unidades externas de PAA:
se incluirá dentro de un cilindro de 0,40 m de diámetro (TBC) y 0,45 m de altura [TBC], del cual se supondrá que la LGA es de 0,20 m (TBC), centrada en el eje del panel PAA. ... Las unidades externas PAA deben ser compatibles con la instalación de una antena de baja ganancia (masa = 0,5 kg) y un arnés de RF asociado y/o guías de ondas que se alimentan a través del panel PAA, con un campo de visión de más de 2*pi estereorradián
También están los dibujos: "Figura 1.4-1: Vista lateral del módulo de servicio Gaia (SVM) con panel PAA" y "Figura 1.4-2: Posible configuración del ensamblaje PAA en el panel de antena (vista lateral)" en las páginas 8 y 9 de http://emits.sso.esa.int/emits-doc/ASTRIUMLIM/GAIA_Phased_Array_Antenna/GAIA.ASU.SP.ESM.00002.01.00.PDF
También puede consultar información sobre "Arrays conformales semiactivos" ("Se adopta el concepto para el satélite científico GAIA de la ESA"; ¿patente de la ESA?) en http://data.cedupoint.cz/oppa_Minerva/Roederer_A0M17NKA_prezentace.pdf "The Design and Construcción de antenas" por el Dr. Antoine Roederer, Deft TU (que tiene una excelente descripción general de las antenas de haz para satélites) página 33 y siguientes; y antena GAIA en la página 38:
- 28 subarreglos lineales de 6 elementos radiantes
- 14 acopladores híbridos
- Los cambiadores de fase a bajo nivel dirigen la energía alrededor de la matriz
Varios otros documentos también mencionan los parámetros principales del conjunto de antenas:
http://emits.sso.esa.int/emits-doc/ASTRIUMLIM/GAIA_Phased_Array_Antenna/GAIA.ASU.SP.ESM.00002.01.00.PDF "Antena de matriz en fase de banda X - PAA- Especificación de requisitos" 2006
El PAA permite una capacidad de apuntamiento del haz de 360° en acimut y 45°±15° en elevación
La antena deberá proporcionar una cobertura de al menos
- • 45°± 15° en Elevación
- • 360° en Azimut.
Todos los ángulos estarán referenciados al sistema de coordenadas de la antena (Xa,Ya,Za)
https://arxiv.org/pdf/1609.04153.pdf "La misión Gaia" 2016
estos números garantizan que la Tierra está a una distancia máxima de 15◦ del eje de puntería de la antena de matriz en fase, que se utiliza para la transmisión de datos científicos (Sección 3.2.2)
Dos descripciones generales de GAIA: https://directory.eoportal.org/web/eoportal/satellite-missions/content/-/article/gaia-satellite-mission http://spaceflight101.com/gaia/gaia-spacecraft-overview/
UH oh
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osgx
UH oh