Орлов А.Г., Севастьянов Н.Н. Бортовой ретрансляционный комплекс (БРК) спутника связи. Принципы работы, построение, параметры (2014) (1152061), страница 19
Текст из файла (страница 19)
В качестве примера на рис. 5.13 приведена оптическая схема антенн этого вида для приемопередающей антенны Ku-диапазона,использованная в БРК-1 КА «Ямал-300К» [22]. Как видно, в антеннах этого ти106па облучатель освещает вспомогательное зеркало, а далее отраженные от этогозеркала лучи освещают зеркало основного параболического рефлектора, которое и формирует основное излучение. В оптимальных конфигурациях этой антенны облучатель и вспомогательное зеркало практически не затеняют поверхность главного рефлектора.Для повышения эффективности распределения излучаемой мощности БРКпо зоне обслуживания в настоящее время получили широкое распространениеантенны с контурной ДН.
Для формирования контурной ДН используются двапринципа. Первый основан на применении зеркал с профилированной внутренней поверхностью. В этом случае на поверхности раскрыва создается не синфазное, а определенное амплитудно-фазовое распределение, которое и создает вдальней зоне ДН заданной конфигурации с допустимой пространственной неравномерностью коэффициентов усиления по зоне.
Второй подход основан наформировании контурной ДН с помощью многолучевой антенны (МЛА) и подробнее будет рассмотрен в следующем разделе.Следует отметить, что в настоящее время расчеты параметров вышеуказанных сложных антенных систем, оптимизация этих параметров проводятся накомпьютерах с использованием специальных программных средств.5.10. Зеркальные МЛАВ основе принципа действия зеркальных МЛА лежит возбуждение параболического зеркала решеткой отдельных (парциальных) облучателей, расположенных в фокальной плоскости антенны.
Из геометрической оптики вытекает,что угловое смещение указанных облучателей от осевой линии на угол α вызывает смещение отраженного луча на такой же угол.В результате N парциальных облучателей создадут эквивалентную зону облучения, состоящую из N зон. Ширина парциального луча будет определятьсядиаметром зеркала и длиной волны в соответствии с формулой 60 D. Дляаддитивного сложения зон парциальных лучей необходима их ортогональность,которая обеспечивается либо присвоением каждому лучу своей частоты, поляризации, либо пространственным разнесением, при котором взаимодействиелучей сводится к допустимому минимальному уровню. Если решетка из N ортогональных лучей возбуждается когерентно с помощью диаграммообразующейсхемы без потерь, то коэффициент усиления по зоне будет равен Gn 10 lg N ,при некогерентном (раздельном) возбуждении лучей коэффициент усиления позоне будет Gn , где Gn – парциальный коэффициент антенны, равный, согласно(5.21),3200 360002.
При большом количестве парциальных лучей зону мож-107но реконфигурировать путем выключения тех или иных лучей. При построенииМЛА важнейшей проблемой является способ компактного размещения облучателей в решетке, создающих на выходе зону излучения без больших провалов.Дело в том, что для обеспечения оптимального облучения зеркала, как указывалось ранее, облучатель имеет определенные физические размеры апертуры ипри создании необходимой конфигурации облучателей они могут накладываться друг на друга. В связи с этим в некоторых конструкциях МЛА разрежаютрешетки облучателей или разносят их на разные зеркала и требуемую зону излучения создают при совместной работе зеркал.
Существуют и другие решенияэтой проблемы, превращая ее в предмет «ноу-хау».В последнее время МЛА получают широкое распространение. В частности,они являются основой для создания подвижной и персональной связи, где используются малоэнергетические терминалы типа мобильных телефонов. Дляработы с такими терминалами спутниковый БРК должен создаватьЭИИМ 60 дБВт в диапазоне подвижной связи 1500 МГц ( 20 см) .Максимальная мощность твердотельных УМ РТР в БРК подвижной связи составляет порядка 100 Вт ( 20 дБВт) . Для получения ЭИИМ 60 дБВт необходимо усиление в бортовой антенне не менее 40дБ, что может обеспечить зеркальная МЛА в парциальном луче шириной порядка 1. При этом диаметр антенны зеркал должен составлять D 60 , примерно 12 м.
Именно такие антенны со специальной разворачиваемой конструкцией используются в КА подвижной связи «Инмарсат-4», «Гаруда», «Турайя» и др.В связи с широким использованием в коммерческих КА Ка-диапазона началось значительное применение МЛА для создания зональных зон излучения ивысокоэнергетических БРК. Высокие частоты Ка-диапазона (30/20 ГГц) этомублагоприятствуют. Так, при пользовании парциальных лучей шириной порядка1 диаметр зеркала на передаче в Ка-диапазоне будет составлятьD3 60 60 1,5 90 см. Такие зеркала умещаются под обтекателем и расчековываются обычными механизмами.
Поскольку УМ на ЛБВ в Ка-диапазонеимеют выходную мощность ≈ 100 150 Вт, то, очевидно, в парциальных лучахМЛА можно создавать ЭИИМ 60 65 дБВт, что было недостижимо для БРК вС и Ku. Этим и объясняется большой интерес к использованию МЛА в Ка диапазоне для коммерческих КА с высокой информационной емкостью.5.11. Типовые параметры АФУ,реализованные в программах «Ямал»Ниже в качестве примера приведены типовые параметры АФУ БРК-1 КА«Ямал-300К» [22].Приемо-передающая зеркальная офсетная антенна С-диапазона. Рефлекторпрофилированный.
Оптическая схема приведена на рис. 5.12. Антенна имеет2 независимых облучающих устройства для работы на прием и передачу.108Геометрические размеры антенны: диаметр рефлектора 2,2×2,6 м; фокусноерасстояние 2,1 м; смещение апертуры основного рефлектора 1,3 м; масса антенны 55,4 кг.Рис.
5.14. Контурные зоны обслуживания и регион ограниченийЭлектрические параметры антенны:– поляризация – круговые ортогональные на прием и передачу;– контурная зона обслуживания приведена на рис. 5.14;– коэффициенты усиления антенны на передачу в диапазоне частот 3 490–4 170 МГц; 29–30,3 дБ;– коэффициент усиления антенны на прием в диапазоне 5 815–6 455 МГц30,3–31,2;– кросполяризационная развязка на передачу 29 дБ;– кросполяризационная развязка на прием 29 32,6 дБ;– обратные потери на входных и выходных портах антенны 22–24,5 дБ;– уровень PIM 170 дБ относительно выходной мощности ствола.109Приемопередающая антенна Ku-диапазона. Антенна 2-зеркальная офсетнаяс профилированным основным рефлектором и контррефлектором и совмещенным на прием / передачу облучателем.
Оптическая схема антенны приведена нарис. 5.13.Геометрические размеры антенны: размер основного рефлектора 2,2×2 м;фокусное расстояние основного рефлектора 1,85 м; офсет 0,14 м; диаметрконтррефлектора 0,729×0,716 м; фокусное расстояние контррефлектора 2,38 м;масса антенны 42 кг.Электрические параметры антенны:– поляризация на прием (вертикальная / горизонтальная), на передачу (горизонтальная / вертикальная);– коэффициенты усиления антенны:– на прием (диапазон 14 000–14 500 МГц) 33,4–33,5 дБ;– на передачу (диапазон 10 950–11 660 МГц) 32,6–33,5 дБ;– кросполяризационные развязки 30,7–32,1 дБ;– контурная зона обслуживания приведена на рис. 5.15;– обратные потери на входных и выходных портах антенны 24–25 дБ;– уровень PIM 170 дБ относительно выходной мощности ствола.Рис.
5.15. Контурные зоны обслуживанияОбщий вид конструктивного исполнения указанных антенн приведен в главе 8.110ГЛАВА 6.ОСОБЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ,ВОЗНИКАЮЩИЕ ПРИ ФУНКЦИОНИРОВАНИИ БРКПри функционировании многоствольных БРК с повышенной мощностьютранспондеров в реальных физических условиях окружающей среды на орбитевозникает ряд специфических физических процессов, которые могут оказатьвлияние на характеристики БРК и его надежность.
Среди физических условий,могущих оказать влияние на надежное функционирование БРК в орбитальныхусловиях, следует отметить пониженное давление и вакуум.Особый класс физических процессов вызывают высокие суммарные мощности сигналов в выходных трактах БРК, которые провоцируют нелинейные явления в устройствах РТР и БРК, создающие дополнительные помехи ретранслируемым сигналам.Рассмотрению этих процессов посвящена настоящая глава.6.1. Статические и динамические газовые разрядыАппаратура современных БРК работает в условиях негерметизированной открытой платформы КА. Поэтому по истечении времени, которое определяетсяконструктивно-технологическими особенностями каждого КА, вокругустройств РТР и АФУ БРК устанавливается глубокий вакуум.
В соответствии ссовременными подходами внутренние полости радиоэлектронных устройствсвязаны с внешней средой вентиляционными отверстиями. Благодаря им внутренняя среда, определяемая газовыделением материалов и загрязнениямиустройств, освобождается от неблагоприятной газовой среды, неизбежнонакапливающейся при длительных сроках службы, что приводит в конечномитоге к повышению надежности и ресурса радиоэлектронных устройств (особенно в микроэлектронном исполнении).Однако следует иметь ввиду что размер отверстий и их количество ограничиваются требованиями электромагнитной совместимости (ЭМС).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
