Проектирование антенны для организации связи в Ка диапазоне частот на линии «Спутник-Земля» (Сравнительный анализ антенно-фидерных устройств космических аппаратов), страница 3

Один из возможных вариантов - использование многолучевых антенных систем. В та­ких системах одновременно формируется несколько контурных лучей, каждый из которых образован набором узких лучей. Принцип формирования контурного луча показан на рисунке 1.5, где изо­бражены три узких луча, которые, складываясь, образуют один широкий луч со сравнительно плоской верхней частью и крутыми скатами. Такая диаграмма позволяет обеспечить более равномер­ное облучение заданной области и быстрый спад поля за ее пре­делами. Для этого необходимо применять по возможности узкие составляющие лучи, расположенные друг к другу как можно бли­же. Необходимость формировать отдельно каждый луч при их большом числе приводит к большим размерам антенны. Естест­венные ограничения на габаритные размеры накладывает допу­стимый разнос излучателей, определяющийся их минимальными размерами. Примерное число составляющих лучей при ширине каждого 2φ_0,5 = l°, необходимое для облучения видимой поверх­ности Земли с геостационарной орбиты, приведено в таблице 1.1. При таком большом числе лучей ДОС антенны оказывается сложной и громоздкой.

На основе бортовых антенн со сканирующим лучом может быть реализован принцип многостанционного доступа с времен­ным разделением (МДВР) и коммутацией лучей. Он состоит в том, что на спутнике имеется антенна с двумя лучами, один для передачи, другой  для  приема. Пространственная  ориентация  лу­чей  может быстро   переключаться   от   одной   земной   станции   к  дру­гой,  за счет чего обеспечивается многостанционный доступ с раз­делением сигналов по времени (МДВР). МДВР с коммутацией лучей на борту (МДВР КЛ) обеспечивает энергетический выигрыш до 20 дБ по сравнению с аналогичной системой без коммута­ции лучей. Это достоинство позволяет отказаться от создания на земных станциях крупногабаритных антенн, мощных передатчиков и малошумящих входных цепей приемников.

Таблица 1.1.Параметры многолучевой антенны

Эффективность мно­гостанционного доступа с пространственно-временным разделе­нием каналов особенно высока при использовании одного спут­ника многими земными станциями, передающими пакеты инфор­мации, которые упорядочены во времени. На таком спутнике раз­мещается многолучевая антенна, формирующая совокупность расположенных рядом узких лучей. Для этой цели можно приме­нять фазированные антенные решетки (ФАР), а в случае необхо­димости применять складную конструкцию - зеркальные антенны. В последнем случае возникает задача ослабить искажение лучей, далеко отклоненных от осевого направления зеркала. При этом нужно ограничить помехи вне обслуживаемой области, что накла­дывает требования на допустимый уровень боковых лепестков, интенсивность кроссполяризации и крутизну скатов ДН на гра­нице обслуживаемой области. Выполнение этих требований при­водит к менее эффективному использованию раскрыва антенны, вследствие чего приходится увеличивать ее размеры.

Таким образом, для перспективных систем спутниковой связи могут потребоваться многократное использование рабочих частот, широкие полосы частот и возможность гибкого изменения диа­граммы направленности антенны. Смежные зоны будут обслужи­ваться с использованием ортогональных линейных поляризаций в целях улучшения развязки между сигналами различных лучей. Для уменьшения эффекта деполяризации, обусловленного дождем, поляризация сигналов в зонах обслуживания должна совпадать с вертикалью или горизонталью в месте приема. В то же время это может уменьшить развязку сигналов по поляризации в смеж­ных зонах обслуживания в ясную погоду, поскольку в этом слу­чае поляризации сигналов не являются ортогональными. Поэтому представляется целесообразным компромиссное решение, когда плоскости поляризации полей смежных зон ориентируются на угол ±45° к экваториальной плоскости Земли.