1.1 Требования к конструктивным и электрическим характеристикам антенн
Бортовые антенны ИСЗ обеспечивают прием и передачу по спутниковой линии связи сигналов связных, вещательных, телеметрических и других систем. Антенны современных спутников связи должны решать ряд разнородных задач, основные из которых - увеличение эффективной излучаемой мощности в пределах определенной зоны связи на поверхности Земли путем формирования ДН специальной формы, обеспечение многократного использования выделенного диапазона частот благодаря применению пространственно-временного разделения сигналов и поляризационной селекции, ослабление излучения за пределами зоны связи в соответствии с требованиями МККР.
При разработке бортовых антенн приходится учитывать ограничения, накладываемые на габаритные размеры и массу антенны, воздействие на антенну при запуске больших ускорений и вибрационных нагрузок. На протяжении времени существования ИСЗ антенна должна сохранять работоспособность в условиях глубокого вакуума, воздействия теплового и радиоизлучении Солнца, ионизирующей радиации и т. п.
Решение вышеуказанных основных задач обеспечивается применением многолучевых антенн (МЛА), формирующих одновременно систему узких ДН (парциальных лучей). Использование таких лучей с соответствующими амплитудами и фазами позволяет сформировать один широкий луч с поперечным сечением, близким по форме к зоне обслуживания (контурный луч). Имея сравнительно плоскую вершину и крутые скаты, такой луч обеспечивает близкое к равномерному облучение зоны и резкий спад энергии за ее пределами. При этом желательно иметь, возможно, более узкие парциальные лучи, расположенные как можно ближе друг к другу, что приводит к росту диаметра антенны и к усложнению диаграммообразующей схемы (ДОС).
Учитывая условия работы бортовых антенн, для их изготовления применяют такие материалы, как алюминий, бериллий, инвар, магний и титан. В последнее время все большее применение находят композиционные материалы, такие, как углепласты (графитоэпоксидная композиция). Углепласты имеют значительно лучше, чем у вышеназванных материалов, механические и температурные свойства: близкий к нулю коэффициент линейного расширения, малую удельную массу и большую жесткость. Их применение дает возможность значительно снизить массу конструкции при одновременном улучшении прочностных и жесткостных характеристик по сравнению с традиционными конструкционными сплавами.
Выбор типа бортовой антенны производится с учетом требований, связанных с построением и энергетическим потенциалом спутниковой линии связи, рабочим диапазоном частот, требуемой поляризацией, условиями работы в космическом пространстве, стабилизацией ИСЗ и т. п.
Если, например, ИСЗ выведен на геостационарную орбиту, то он находится постоянно над одной определенной точкой поверхности Земли на высоте, с которой угловой размер Земли составляет около 18°. Если бортовая антенна имеет ширину ДН, равную угловому размеру Земли, то между любыми точками той части поверхности Земли, к которой обращена антенна, через эту антенну может быть обеспечена связь, если максимум ДН направлен на центр Земли.
Если ИСЗ находится на орбите средней высоты (5÷10 тыс. км), то угловой размер Земли с этих высот достигает нескольких десятков градусов, причем спутник непрерывно перемещается относительно поверхности Земли. В этом случае на борту спутника можно установить антенну с ДН, близкой к изотропной, либо многолучевую антенну, каждый луч которой по мере движения ИСЗ должен поворачиваться, оставаясь направленным на соответствующий наземный пункт связи.
1.2 Сравнительный анализ возможных вариантов
Развитие систем спутниковой связи в области антенно-фидерных устройств, как в нашей стране, так и за рубежом двигалось от достаточно простых систем, например слабонаправленные бортовые антенны до сложных используемых в настоящее время в таких системах как GLOBALSTAR, IRIDIUM, TELEDESIC и других современных системах космической связи.
В системах спутниковой связи к слабонаправленным антеннам принято относить такие, которые главным лепестком своей диаграммы направленности «освещают» всю видимую со спутника часть поверхности Земли (глобальный луч). Сюда же относятся антенны с диаграммой направленности, близкой к изотропной. В качестве таких антенн могут быть использованы: диэлектрический штырь, электрический вибратор, щелевой вибратор, спираль с осевым излучением, конический или пирамидальный рупор, открытый конец волновода, их модификации и композиции. Так, на первом искусственном спутнике Земли для радиосвязи был применен электрический вибратор в форме уголковой антенны (рисунок 1.1). При длине плеча l = 2,9 м и угловом размере φ=70° на частоте 20 МГц диаграмма направленности была близка к изотропной.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
