Расчет антенны для земной станции спутниковой системы (стр. 2 из 5)
Распределение электромагнитного поля в ближайшей зоне антенны определяет границы санитарно – защитной зоны.
Существует два подхода к решению задачи о нахождении распределения поля в ближайшей зоне:
- первый подход заключается в определении этой характеристики для каждой конкретной антенны, используются результаты электрического расчета и эксперимента в ближней зоне;
- второй подход – это нахождение общей закономерности в характеристиках поля в ближней зоне.
1.2.2 ДН антенны ЗС и электромагнитная совместимость
Системы спутниковой связи появились позднее наземных систем связи, однако частотные диапазоны, выделенные для них, совпадают с диапазонами других служб и в частности с радиорелейными системами связи. Поэтому возникли проблемы нежелательного воздействия обеих систем связи, причем эти воздействия взаимные.
Основные схемы взаимного влияния следующие:
- антенны РРЛ, работающие в режиме передачи, напрямую воздействуют на антенны ЗС, работающие в режиме приема;
- ЗС, работающие на передачу напрямую воздействуют на приемные антенны РРЛ.
Взаимные нежелательные воздействия различных систем связи происходят за счет боковых и задних лепестков ДН антенн. Чем меньше уровень лепестков, тем меньше взаимное влияние. Поэтому уровень боковых лепестков должен быть не выше определенного, который задается требованиями на огибающую боковых лепестков. Для различных систем связи эти требования отличаются незначительно. Успешное решение проблемы электромагнитной совместимости (ЭМС) невозможно осуществить без некоторого ухудшения других параметров антенны ЗС. При разработке антенн ЗС необходимо принимать такие решения, которые менее всего ухудшают параметры антенны ЗС.
1.2.3 Нормы и рекомендации на параметры антенн ЗССС
В настоящее время имеется значительное число международных и национальных организаций, использующих спутниковые системы связи.
Наиболее значительное международные организации:
- Intelsat – это международный консорциум спутниковой связи, в состав которой входят более 130 государств. Через ИЗС системы Intelsat, размещенные группами над Атлантическим, Тихим, Индийским океанами, осуществляется около 2/3 международного телефонного трафика и практически весь TV обмен;
- Интерспутник – входит более 20 государств. В этой системе используются Российские спутники типа "Горизонт" (зарегистрирован в международном совете электросвязи МСЭ) под индексом "Стационар" для частного диапазона 6/4 ГГц);
- Eutelsat- входит более 40 государств.
Национальные организации имеются в США, Германии и др.
Нормы и рекомендации на ДН во всех организациях практически совпадают, которые в конечном итоге выливаются в требования на огибающую ДН, на кроссполяризационную развязку и др.
1.2.4 Требования на огибающую ДН в системе "Intelsat"
Согласно п. 1.2 IESS усиление антенн по боковым направлениям лимитируется системой формул:
G(q)=29-25lgq (дБи), при 10<q<200
G(q)= -3,5 (дБи), при 200<q<26,30
G(q)= 32-25lgq (дБи), при 26,30<q<480
G(q)= -10 (дБи), при q>480
При этом:
- допускается превышение указанного уровня до 10% пиков, как по основной, так и по кроссполяризационной ДН;
- при D/l>100 вместо q=1°, следует подставить угол qmin=[(100l)/D]°, где D-диаметр антенны;
- требования одинаковы для режимов передачи и приема.
1.2.5 Требования к параметрам антенн для ЗССС системы связи "Интерспутник"
Требования регламентированы документом, для систем связи осуществляющих работу в диапазоне 6/4 ГГц (документ РСИ-302, "Регламент системы "Интерспутник"). В этом документе приведены основные требования к характеристикам антенн и высокочастотной части ЗС, предназначенных для работы через спутники типа "Горизонт", "Экспресс", LMI-1.
В регламенте "Интерспутник" приводится классификация ЗС (таблица 1.1).
Таблица 1.1
| Стандарт ЗС | Значение G/T; дБ/К | Типичный диаметр антенны, м | Максимальный КУ антенны на перед., дБ |
| С1 | 31,0 | 9,0…12,0 | 54,0 |
| С2 | 28,0 | 6,5…7,5 | 51,0 |
| С3 | 23,5 | 3,5…5,0 | |
| С4 | 19,3 | 2,0…3,0 | 42,0 |
Шумовая температура определяется при угле места 50 и приведены ко входу облучателя антенны. Данные приведены для средней частоты диапазона.
Требования на огибающую ДН:
- для стандартов ЗС С1 и С2, работающих через спутники "Горизонт", "Экспресс" требуется чтобы КУ у 90% , боковых лепестков не превышал следующих значений:
G(q) =29-25 lgq (дБи) , при 10<q<480
G(q) = -10 (дБи), при q>480
Уровень первого бокового лепестка должен быть ниже на 14 дБ не менее уровня основного лепестка;
- для стандартов С3 и С4
G(q) = 49-10lg(D/l)-25lgq (дБи) при 10<q<480
G(q) = 10-10lg(D/l) (дБи) при q>480
Для стандартов С1, С2, С3, С4 при работе через спутники LMI – 1 для основной и кроссполяризационной ДН на передачу и прием коэффициент усиления у 90% пиков не превышал значений:
для D/l>50
G(q) =29-25 lgq (дБи) , при 10<q<200
G(q)= -3,5 (дБи), при 200<q<26,30
G(q)= 32-25lgq (дБи), при 26,30<q<480
G(q)= -10 (дБи), при q>480
для D/l<50
G(q)= 32-25lgq (дБи) при 10<q<480
G(q)= -10 (дБи), при q>480
Требования на поляризационные характеристики. При работе ЗС через спутник "Горизонт" и "Стационар" в диапазоне 6/4 ГГц антенна должна обеспечить передачу и прием сигналов с круговой поляризацией: при передаче – левого вращения, при приеме – правого вращения. Коэффициент эллиптичности (аксиальное отношение) должен быть не более 1,06 (что соответствует поляризационной развязке 30,7 дБ) для антенн диаметром более 3,5м.
При работе через спутники LMI – 1 затухание для сигнала перекрестной поляризации в электрической оси антенны должно составлять не менее 33 дБ для ЗС стандартов С1, С2, С3 и не менее 30 дБ для С4.
Затухание перекрестной поляризации при отклонении от оси должно быть не хуже:
G(q)= 19-25lgq (дБи) при 1,80<q<70
G(q)= -2 (дБи), при 70<q<9,20
Затухание для сигнала перекрестной поляризации на любой частоте передачи и приема при отклонении от оси по контуру – 1 дБ должно составлять не менее 28 дБ для стандартов С1 – С3, и не менее 25 дБ для С4.
1.2.6 Российские требования на параметры антенн для ЗС
Требования на параметры антенн для ЗССС входят в состав более общего документа, регламентирующего "Общие технические требования на станции земные для линий спутниковой связи, работающие с ИЗС на геостационарной орбите в диапазонах частот 6/4,14/11…12 ГГц.
Настоящие требования, утвержденные Госкомсвязи РФ, распространяются на выпускаемые в РФ и импортируемое оборудование.
Частотные диапазоны ЗС, МГц
на передачу: на прием:
5725…6725 3400…4200
6725…7025 4500…4800
12750…13250 10700…11700
14000…14500 10950…11200
11450…11700
12500…12750
1.2.7 Требования к параметрам антенн ЗС
1. Уровень боковых лепестков ДН антенны ЗС с отношением D/l>50 должен удовлетворять Рекомендациям 580-5 и 465-5 МСЭ-Р (Международный Совет по электрорадиосвязи) согласно которым антенны ЗС должны иметь усиление G(q), (дБи), по крайней мере, в 90% пиков боковых лепестков ДН не превышающих значений, определяемых формулами:
G(q) =29-25 lgq (дБи) , при 10<q<200
G(q)= -3,5 (дБи), при 200<q<26,30
G(q)= 32-25lgq (дБи), при 26,30<q<480
G(q)= -10 (дБи), при 480<q<1800
где угол q - угол, отсчитываемый от оси главного лепестка ДН антенны;
qmin=10 или [100l/D]0, если 100l/D>1
D – диаметр антенны;
l – длина волны.
2. Размеры антенн, коэффициент усиления, вид и число поляризаций определяются системными требованиями и указываются в ТУ на ЗС.
3. Кроссполяризационная развязка в тракте передачи должна быть не менее 30 дБ, в тракте приема не менее 25 дБ в контуре с ослаблением 0,5 дБ.
При работе без поляризационного уплотнения развязка в обоих трактах должна быть не менее 19 дБ в контуре с ослаблением 0,5 дБ.
4. Развязка между приемными и передающим трактами должна быть такой, чтобы при максимальной мощности на выходе всех передатчиков ЗС, кроме резервных, уменьшения соотношения сигнал-шум на входе приемника (малошумящее устройство – МШУ), работающего в линейном режиме, на частоте принимаемого сигнала не превышало 0,3 дБ.
5. Потери ЗС в уровне принимаемого сигнала из-за неточности наведения не должны превышать 0,4 дБ для ЗС классов С1-С4 и К1-К3, и 1,0 дБ для классов С5-С7 и К4-К6.
6. В соответствии с Рекомендацией МСЭ – Р 524 плотность эквивалентной изотропной излучаемой мощности (ЭИИМ) при любом угле от оси главного лепестка ДН антенны q, равным при большим 2,50 в полосе шириной 4 кГц, в любом направлении в пределах ± 30 от геостационарной орбиты не должна превышать значений определяемых по формуле:
ЭИИМ=[32 – 25lgq],
2. Электрический и конструктивный расчет характеристик антенны, собранной по схеме Кассегрена
2.1 Расчет энергетических характеристик антенны
К основным энергетическим характеристикам антенны относят коэффициент усиления и коэффициент направленного действия. Коэффициент усиления передатчика можно определить по формуле:
