Спилкер Дж. Цифровая спутниковая связь (1979) (1151860), страница 36
Текст из файла (страница 36)
Концепция повторного использования частот при использовании ортогональной поляризации может быть обобщена с использованием многолучевой антенны, что обеспечит многократное использование одной и той же полосы частот на линии вниз (рис. 7.9 а) [402]. Если полосу частот разделить на две части с номерами 1 и 2 и использовать круговую поляризацию правостороннего и левостороннего вращения в чередующихся лучах, то можно обеспечить покрытие всей видимой поверхности Земли соприкасающимися лучами этих четырех типов. Каждый тип луча везде отделен от луча того же типа на полную ширину луча (рис.
7.9б). Как было описано в предыдущем параграфе о повторном использовании частот, развязка между отдельными узкими лучами может обеспечить дополнительную эффективность использования частот путем уменьшения защитных полос между стволами ретранслятора. Эта способность улучшения использования полосы частот становится особо важной при увеличении мощности спутникового ретранслятора. 176 Эта глава не является лекцией по антеннам, однако некоторые примеры многолучевых антенн здесь уместны для того, чтобы обсудить влияние некоторых их параметров на качество связи. Та- Жиа пасеосенои л иепоуосомымо лунами нингена рено, псйеосоемоя пупом нпнпм нинкины а) Риг.
7.Д Повторное использование частот при многолу. чевой антенне: и — формирование соприкасаюпгихся зон на поверхности Земли при использовании частотного и поляризаиионного разделения лучей антенны; б — четыре типа лучей; П правая пригова» поляраваппя; Л вЂ” левая пртговаа поля- раваапв кие многолучевые антенны требуют только один рефлектор или линзу, и поэтому их можно довольно легко развернуть на спутнике.
На рис. 7.10 для наглядного представления изображена одна из простейших форм многолучевых антенн. Антенна представляет собой многолучевый сферический рефлектор с несколькими облу- Г1псроиссиая сеиаия ооиасгпь ясагнеисяаяа, осйпааемая Фуна- ' овнем,7 ~~~ ~7 /~~уяна 7 / ~Ьрангст Рис. 1!О. Многолучевая антенна со сферическим реф- лектором [2461 чателями, облучающими несколько отлнчаюшиеся секции рефлектора Желательно иметь возможность сдвига луча на и 8,6' относительно центрального рупора ориентированного иа подспутнико 177 зую точку на Земле, т.
е, целесообразно иметь возможность скачирования лучом в пределах видимой части поверхности Земли. Для получения такого глобального сканирования диаметр Е сфе>ического рефлектора и его эффективный диаметр должны соотноиться как 1.ж 1,4Р. (7. 2) )ри отношении фокусного расстояния рефлектора к его диаметру ./Р = 0,7 площадь физической поверхности рефлектора А =-0,637Ез ж 1.64Р'. (7.3) хоэффициент усиления антенны 0 =- тыла Рз(Ха ж 109,66 т1, (зРз (7.4) де т1а — эффективность антенны (коэффиЦиент испо.льзовапиЯ поерхности); 7, — длина волны в тех же единицах, что и Р, а !— .астота в гигагерпах, если Р в метрах. Ширина диаграммы направленности антенны на уровне 3 дБ равна Сферические зеркала обладают тем преимуществом, что они нечувствительны к отклонению луча, поскольку область облучения всегда остается частью сферы.
Однако уровень первых боковых лепестков диаграммы направленности, смежных с основным лучом, обычно довольно большой, а коэффициент использования площади раскрыва довольно мал (порядка 25о1о). На частотах миллиметрового диапазона волн может быть достаточный излишек усиления, чтобы позволить применение этого типа антенны. Многолучевая линзовая зо 7.11.
Эхспернментальная лннзовая мно- антенна была описана в голучевая антенна (120"). 1!20*) как средство достиВверху вядна зоннрованная лннза жения умеренно низких уровней боковых лепестков, ..ольших или равных — 20 дБ. Фотография экспериментальной мазеля линзовой антенны показана на рис. 7.11. Антенна представляет собой двояковогнутую линзу, составленную из отрезков волюводов, которые размещены ступеням~и (зонированно), чтобы ог- 178 раничить ширину линзы, как показано на рис. 7.12. Линза облучается группой облучателей, один из которых расположен в точке Ь. Тогда главный лепесток диаграммы направленности антенны (у залп, 0 усззн т г- ) злую~ ф Рис.
7.!2. Геометричеоние соотношении линзы многолучевой антенны' 1!20ь): а — основные параметры линзы; б — групповой облучатель длн многолучевой ан- тенны. Каждый облучатель возбуждается через отдельный регулируемый делитель мощности будет ориентирован в направлении а, т. е. по линии, проходящей через облучатель и центр линзы. Для обеспечения глобального покрытия в Х-диапазоне диаметр линзы должен быть около 50 см, а группа рупорных облучателей должна быть скомпонована, как это показано на рис.
7.126. Если все 19 рупорных облучателей возбудить, то такая комбинация из 19 лучей шириной 3' каждый создает общий луч круглого сечения шириной 17,3', т. е. луч глобального покрытия. Коэффициент усиления такой а~нтенны равен примерно 20 дБ при неравномерности не более 2 дБ. При возбуждении только одного облучателя формируется луч с усилением около 30 дБ и шириной в 3'. Рупорный облучатель в точке 5, смещенной на угол,а, как это показано на Рис.
7.12, формирует луч в направлении сб. Надлежащее фазирование всех участвующих в формировании этого луча парциальных излучений определяется длинами отрезков волноводов линзы. Однако волноводные элементы линзы ограничены по ширине полосы пропускания. Влияние дисперсии в волноводе на ширину полосы пропускания, опредсляемое максимальной фазовой ошибкой М4 рад, оценивается относительной величиной В/1о=25уг(2+(г) где й — число, на единицу большее, чем число ступеней в линзе. Для данной линзы й=3, и тогда ширина полосы пропускаиия (в пРоцентах) составляет от средней частоты — = — =5.
В 25 (7.6) го 2+а О~пако эта оценка полосы является довольно заниженной. При у опылении эффективности антенны на 0,5 дБ отношение ширины уменьш 179 ~ Р1 Рмакс. Если всем лучам придать одинаковый вес, то коэффициент усиления каждого луча будет соответствовать коэффициенту усиления антенны с глобальной направленностью за вычетом потерь в любом из делителей мощности. (Потери в делителе мощности составляют около 0,3 дВ.) В общем случае число лучей в расположенной гнездом 6-сторонней группе рупорных облучателей круглого сечения, М= = Х 6(1 — 1) +1, где и — число слоев в гнезде. Таким образом, веаео личипа М принимает значения: 1, 7, 19, 37, 61, ...
(7.7) 7.5. РЕТРАНСЛЯТОРЫ С ОБРАБОТКОИ СИГНАЛОВ Обработка сигналов на борту спутника может иметь несколько видов. Среди них можно выделить следующие; 1. Активная коммутация для распределения различных сигналов линии вверх по соответствующим усилителям и антеннам линии вниз. 2. Детектирование (демодуляция) цифровых сигналов ли~пни вверх и регенерация этих сигналов для линии вниз (см.
Рис. 7.13). Активная коммутация предполагает реализацию концепции коммутатора в небе, когда входы различных стволов ретранслятора коммутируются по командам с Земли на соответствующие стволы линий вниз, или альтернативной ей концепции использования заранее запрограммированной последовательности переключенич для обеспечения многостанционного доступа с разделением сигналов во времени,и с коммутацией сигналов на борту МДВР-КС. Применение активной ком~мутации при многостанционном доступе с временным разделением (3 10.9) позволяет повысить эффективность использования полосы частот и мощности спутника по срав.
нению, например, с методом МДЧР. 180 полосы пропускания к центральной частоте составляет 10с1с. Таким образом, в Х-диапазоне линзовая антенна имеет для линии вниз достаточную полосу пропускания шириной 600 МГц, но одну и ту же линзу невозможно использовать одновременно для частотных полос линий вверх и вниз. Кроме того, линзовой антенне свойственно возрастание уровней боковых лепестков диаграммы направленности при отклонении частоты сигнала от центральной частоты. Это обстоятельство необходимо также учитывать при проектировании. Для получения требуемой диаграммы направленности многолучевой антенны каждый облучатель возбуждается через регулируемый делитель мощности, позволяющий установить эффективно излучаемую мощность (ЭИМ) Р; в каждом из М узких лучей.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
