Электрический и конструктивный расчет параметров антенны ЗССС. Расчет энергетических характеристик антенны

2 Электрический и конструктивный расчет параметров антенны ЗССС

2.1 Расчет энергетических характеристик антенны

Оптимальные высоты полета связных ИСЗ лежат в пределах 20000-40000 км над Землей. Большая протяженность линии Земля ИСЗ - Земля, оцениваемая десятками тысяч километров, является причиной больших основных потерь передачи (примерно 180-200 дБ).

Для компенсации больших потерь необходим высокий энергетический потенциал линии, который в значительной степени обеспечивается сложным . наземным оборудованием.

Для возможности работы космических систем связи и наземных, без взаимных помех введены ограничения на предельно допустимую плотность потока мощности, создаваемую бортовым передатчиком у поверхности Земли. В зависимости от полосы частот и угла наклона траектории распространения волны нормируемая плотность потока не должна превышать -140…-150 дБВт/м² (10" - 10' Вт/м) в полосе частот 4 кГц. Поэтому мощности бортовых передатчиков и коэффициенты усиления бортовых антенн ограничены (G^составляет 15…20 дБ). Коэффициент усиления земной станции не ограничен и может достигать 50-60 дБ. На реальной линии связи через ИСЗ потери передачи несколько больше за счет поглощения в тропосфере и ионосфере, т.е. потери состоят из основных потерь передачи и суммарных потерь в атмосфере, которые в диапазоне частот 1…10 ГГц определяются как сумма тепловых потерь в тропосфере и потерь за счет эффекта Фарадея.

Все данные о потерях в атмосфере позволяют сделать следующий вывод: всеми видами потерь в атмосфере можно пренебречь в диапазоне частот 3…6 ГГц. Только сильный дождь может дать некоторое затухание.

На частотах ниже 3 ГГц начинают сказываться потери, обусловленные вращением плоскости поляризации, на частотах выше 6 ГГц скажется поглощение в газах. В расчетах дополнительными потерями задаются в пределах 2 дБ, так как все виды потерь не более 1 дБ. Энергетический расчет систем связи через ИСЗ сводится к расчету передатчиков, при известных коэффициентах усиления антенн или к расчету коэффициента усиления антенн при известных мощностях передатчика и мощности на входе приемника.

Рассчитаем коэффициент усиления передающей антенны по формуле:

, дБ,

где Lкм – протяженность радиолинии в км, L = 33001 км;

fМГц – частота сигнала в МГц, f = 8000 МГц;

Gпр – коэффициент усиления приемной антенны, Gпр = 44 дБ;

Ррд – мощность передатчика в дБ, Рпд = 24 Вт, отсюда Рпд в дБ рассчитываем по формуле:

дБ;

Рпр – мощность сигнала на входе приемника, Рпр = -108 дБВт;

Lдоп – дополнительные потери оказывающие влияние на частотах выше 6 ГГц, Lдоп = 2 дБ.

2.2 Расчет раскрыва большого зеркала

Размеры основного зеркала определяются величиной коэффициента направленного действия  (КНД) антенны,   который  связан   с  коэффициентом усиления антенны. Коэффициент полезного действия антенн СВЧ высокий и составляет 0,85 - 0,9. КНД для осесимметричных апертурных антенн с круглым раскрывом связан с площадью раскрыва геометрической и коэффициентом использования поверхности (КИП). Для схемы АДЭ затенения нет (это характерно для схем Кассегрена и Грегори), поэтому рассчитывают радиус раскрыва без учета затеняющих конструкций, полагая что малое зеркало будет крепится к облучателю. В этом случае расстояние между фазовым центром рупора и острием малого зеркала выбирается небольшим. Для уменьшения габаритов антенны вдоль фокальной оси антенну выбирают короткофокусную.

КИП коэффициент использования поверхности раскрыва, зависит  от амплитудного распределения в раскрыве, от ДН облучателя и формы (глубины) зеркала, от угла раскрыва. При мелких зеркалах КИП возрастает, для глубоких уменьшается. Для полной характеристики направленных антенн используют параметр - коэффициент усиления антенны.

          Радиус раскрыва большого зеркала определяется по формуле:

, м,

где S– площадь раскрыва большого зеркала, определяется по формуле:

 , м,

где D– коэффициент направленного действия антенны;

- коэффициент использования антенны, ;

- длина волны,  м;

- коэффициент полезного действия, ;

- коэффициент усиления антенны.

Выбираем и . Подставляя значения в формулы получаем:

Таким образом радиус раскрыва большого зеркала равен 0.66 м, а диаметр раскрыва большого зеркала равен 1.35 м.

2.3 Расчет эксцентриситета малого зеркала гиперболы, фокусных расстояний зеркал и диаметра облучателя