Орлов А.Г., Севастьянов Н.Н. Бортовой ретрансляционный комплекс (БРК) спутника связи. Принципы работы, построение, параметры (2014) (1152061), страница 16

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 16)

Типовые значения параметров структурно-функциональныхединиц РТР БРК КА «Ямал»В данном параграфе приведены основные параметры ключевых структурныхединиц РТР, рассмотренные выше, на примере проектируемого БРК-1 КА«Ямал-300К» (диапазон С) (табл. 4.1–4.4).Т а б л и ц а 4.1Приемное устройство диапазона 6/4 ГГцПараметрДиапазон входных частот, МГцДиапазон выходных частот, МГцКоэффициент шума, дБЧастота гетеродина, МГцКоэффициент усиления, дБСтабильность частоты в течение всего САСНеравномерность АЧХ в любой полосе 36 МГц, дБФазовый шум гетеродина дБ/Гц при расстройкахот несущей частоты, ГцЭнергопотребление, ВтМасса, кгЗначения параметра5 775–6 4953 450–6 4951,52 32557–60210–60,310 /-48103/-90410 и выше/-10013,01,2Т а б л и ц а 4.2Усилитель мощности на ЛБВПараметрДиапазон рабочих частот, МГцВыходная мощность в насыщении, ВтКоэффициент усиления максимальный, дБДиапазон регулировки коэффициента усиления, дБНеравномерность АЧХ в полосе 72 МГц, дБВыходная линеаризированная мощностьпри уровне IM – 23 дБКоэффициент АМ/ФМ преобразования при входном сигналеот 0 до –10 дБ относительно насыщения, град/дБЭнергопотребление, ВтМасса, кгСостав: ЛБВ, предусилитель с линеаризатором, источниквторичного питания, ферритовый вентиль, соединительныйв/ч кабель84Значения параметра3 450–4 170(перекрывается 5 опциями)1109032 (с шагом 1 дБ)0,15–3 дБ (относительномаксимальной)7,52023,05Т а б л и ц а 4.3Входной мультиплексор (IMUX)ПараметрКоличество каналов (стволов)Ширина полосы частот канала, МГцПерекрываемый диапазон, МГцВносимые потери, дБНеравномерность АЧХ (при расстройках от центральнойчастоты канала fц), дБНеравномерность ГВЗ (при расстройках от центральнойчастоты канала fц), нсИзбирательность (при расстройках от центральной частотыканала fц), дБМасса, кгЗначения параметра9723 492–4 130100,4 (fц20)0,75 (fц36)2,5 (fц12)12 (fц27)25 (fц36)30 (fц43)50 (fц100)50 (свыше 4 650)3Т а б л и ц а 4 .4Выходной мультиплексор (OMUX)ПараметрЗначения параметраКоличество каналов (стволов)9Ширина полосы частот канала, МГц72Перекрываемый диапазон, МГц3 492–4 130Вносимые потери на fц канала, дБ0,80,3 (fц20)0,5 (fц27)1,2 (fц36)12 (fц43)25 (fц60)80 (57256225)2,5 (fц12)15 (fц27)50 (fц36)95–1506,2КоаксиальныеНеравномерность АЧХ (при расстройках от центральнойчастоты канала fц), дБИзбирательность, дБНеравномерность ГВЗ (при расстройках от центральнойчастоты канала fц), нсПроходящая мощность на 1 канал, ВтPIM, дБМасса, кгВходные (выходные) соединительные линии85ГЛАВА 5.АНТЕННЫЙ КОМПЛЕКС5.1.

ВведениеВ настоящей главе рассмотрены принципы построения и параметры второйважнейшей подсистемы БРК – антенного фидерного устройства АФУ. В современных БРК встречается большое количество разнообразных АФУ, зависящихот используемого диапазона, назначения, потребительских требований, конструкций платформ КА. Ниже будут рассматриваться вопросы построения АФУприменительно к БРК для спутников коммерческого назначения типа КА«Ямал». В АФУ этого типа используются, как правило, апертурные антенны –рупорные и зеркальные, обеспечивающие наиболее высокую направленностьизлучения, высокую устойчивость к воздействию внешних космических факторов в процессе орбитальной эксплуатации (механических, тепловых, радиационных, глубокого вакуума), хорошую адаптируемость к габаритно-массовымтребованиям космической платформы.В общем виде структурная схема таких АФУ представлена на рис.

5.1.Рис. 5.1. Структурная схема АФУСогласно рисунку в АФУ можно выделить излучающую систему, котораяпредставляет область пространства, в которой протекают токи, возбуждающиеэлектромагнитные волны. Эти токи могут представлять как реальные электрические токи, текущие по металлическим поверхностям, так и эквивалентныефиктивные электрические и магнитные токи на замкнутых поверхностях, окружающих антенну, вводимые для расчетов электромагнитных полей излучения.В состав АФУ, кроме собственно антенны, входят устройства, выполняющиеряд отдельных функциональных задач:86– согласующие устройства, обеспечивающие согласование антенны с фидерной линией передачи, подключенной к АФУ;– распределительные и облучательные устройства, предназначенные дляобеспечения нужного амплитудно-фазового распределения излучающих токов враскрыве антенны, обеспечивающие формирование требуемой диаграммынаправленности;– устройства для формирования и разделения ортогональных поляризаций,излучаемых или принимаемых антенной.В реальную конструкцию антенны входят устройства термозащиты (терморегулирования), позволяющие поддерживать температуру АФУ в определенных(допустимых) пределах при значительных перепадах внешних температур, характерных для условий орбитальной эксплуатации антенн.

Кроме того, в составАФУ входят устройства управления антенн (механизм расчековки после выведения на орбиту и поворотный механизм для перенацеливаемых антенн).5.2. Электродинамика излучающих системв дальней и ближней зонахКак уже указывалось в главе 2, решения основополагающих в электродинамике уравнений Максвелла для однородной изотропной среды приводят к волновымвекторных потенциалов электрических то э уравнениям.

Путем введениямков A и магнитных токов А , уравнения сводятся к неоднородным уравнениям Гельмгольца. В электродинамике показано, что решением этих уравненийдля бесконечного пространства является следующее выражение для векторныхпотенциалов [2]:1Aэ,м 4где jэ,мj э,м ( х, у , z)Ve j rdv ,r(5.1)( х, у,z) – известное распределение электрических и магнитных токов,r  ( x  x ) 2  ( y  y ) 2  ( z  z ) 2 – расстояние меду точкой наблюдения P и2интегрирования Q,  , V – объем занимаемый излучающей системой.Векторы электрического E и магнитного H полей можно определить с помощью указанных потенциалов по известным из электродинамики соотношениямH  rotAэ  j Aм  1/j  graddivAм ,E  rotAм  j Aэ  1/j  graddivAэ ,(5.2)87В итоге можно записать, что векторы электрических полей можно представить в следующем виде:E  Eˆ  j э,м  х, y,z   ,(5.3)H  Hˆ  j э,м  х, y,z   ,где Eˆ  j э,м  х, y,z    и Hˆ  j э,м  х, y,z   – векторные интегродифференциальные операторы, ставящие в соответствие заданному распределению электрического тока распределение полей.Сформулированный выше строгий подход является довольно сложным, поэтому практически прибегают к более упрощенным расчетным моделям, разбивая пространства на дальнюю, промежуточную и ближнюю зоны.Для этого обратимся к рис.

5.2.абРис. 5.2. Расчет электромагнитных полей:а – общий случай; б – дальняя зонаПусть Q(x,y,z) и P(x, y, z) изображает соответственно точки текущего интегрирования и наблюдения. Тогда расстояние r, входящее в формулу (5.1), будетравно1r   R 2  R2  2 RR cos   2 ,(5.4)где  – угол между направлениями ОQ и QP.

Если точка R находится на достаточном удалении, то для R>>R можно, проведя соответствующие упрощения и преобразования, показать, что в дальней зоне88 э,мe j R  э,м j R 'cosA  R, ,  j edv.4 R v(5.5)Исходя из соотношений (5.2) и (5.5), можно показать, что для этой (дальней)зоныE E 2 Z c Aэ  Aм  j 2 Z c Aэ  Aм E R  0,H   E / Z c(5.6)H  E / Z cH R  0,1где Z c    /   2 – характеристическое сопротивление среды.Сформулируем основные особенности электромагнитного поля излучений вдальней зоне:1. Поле имеет поперечный характер, т.е.

составляющие E и H в направлении распространения отсутствуют.2. Поле в дальней зоне представляет плоскую волну, т.е. соответствующиеортогональные компоненты E и H (E, Н и E, Н) находятся в фазе и их отношение постоянно и равно характеристическому сопротивлению, определяемому параметрами среды.3. Зависимость амплитуды напряженностей поля от расстояния отвечаетзакону1. Однако эквифазные поверхности не являются в общем случае сферичеRскими с центром в начале координат, так как начало координат выбрано произ-вольно, а векторы E и H  – комплексные функции, зависящие от углов  и .4.

Угловое распределение составляющих вектора E (как и H ) не зависит отрасстояния R, а только от угловых координат, их можно охарактеризоватьфункциямиE  , F  ,    maxE 1 ,1 E  , F  ,    max,E  2 ,2 (5.7)где 1, 1 и 2, 2 – направления максимального излучения. Функции F ( , ) иF ( , ) есть нормированные ДН антенн.5.

Поток мощности излучения в дальней зоне всегда направлен радиально.Можно показать, что плотность потока мощности (по Пойтингу) составляет8922П R ( , )  ( Е ( , )  Е ( , ) ) / 2 Z c .(5.8)Угловая зависимость распределения плотности мощности, равнаяП R ( , ) F 2 ( , ),Пmax(,)R(5.9)называется диаграммой направленности по мощности.Границу дальней зоны определяют величиной допустимой фазовой ошибки8из-за сделанных упрощений при выводе формулы (5.5).

Показано, что онавыражается формулойR2D2,(5.10)где D – наибольший размер излучающей системы.D2будем иметь промежуточную зону (зону ФренеПри расстоянии R  2ля). В этой зоне векторные потенциалы Aэ,м можно представить в виде э,мe  j RAФр  R , , f  ,4 R э,мjv( x, y ,z ) exp j   R  cos   R12 (1  cos 2  ) / 2 R  dv.(5.11)Компоненты векторов поля E и H в этой зоне могут быть найдены поформулам, аналогичным (5.2), с заменой в них векторных потенциалов на век э,мторные потенциалы AФр.В зоне Френеля сохраняется поперечный характер распределения поля. Однако зависимость напряженностей компонентов поля от расстояния R, в отличие от дальней зоны, имеет другой характер, а именно: на монотонное убывание1накладывается осциллирующее затухающее коRлебание. Кроме того, угловая зависимость компонентов поля E и H будет занапряженностей по законувисеть от расстояния R.Показано, что для зоны Френеля расстояние от источников излучения должно находиться в следующих пределах:901D D  D 32D 2   R,4 2(5.12)где D – максимальный размер излучающей системы.Приведенные выше понятия и формулы для дальней и Френелевской зон антенн важны не только для расчетных целей, но также при экспериментальномопределении параметров антенн с помощью эталонов, в условиях испытательных полигонов и безэховых камер (БЭК).5.3.

Характеристики

Список файлов книги