Орлов А.Г., Севастьянов Н.Н. Бортовой ретрансляционный комплекс (БРК) спутника связи. Принципы работы, построение, параметры (2014) (1152061), страница 34
Текст из файла (страница 34)
10.2 приведен пример структурного построения такого БРК.Рис. 10.2. Вариант структурной схемы БРК Ka-диапазона с совмещеннойна прием / передачу МЛА, частотно-поляризационной развязкойприемных / передающих частот, с фидерным трактом в КА-диапазонеНаиболее простая реализация этой схемы получается, когда каждый парциальный луч соответствует своему частотному стволу. При этом рабочий диапазон разбивается на m-частотных стволов, перекрывающимся лучам присваиваются разныечастоты. Благодаря этому достигается многократное использование рабочих частот, эквивалентных увеличению частотного ресурса в кратное число раз, и упоминавшаяся в подпараграфе 10.3.1 «ортогонализация» парциальных лучей.К каждому парциальному лучу на прием подсоединяется свой МШУ с защитным преселектором. Должны быть предусмотрены резервные МШУ со схемой скользящего резервирования.Приемные тракты МЛА принимают сигналы абонентских станций, приходящие от каждого зонального парциального луча, а также сигналы одной илигруппы ЦЗС, поступающих из соответствующих парциальных лучей, в зоне которых находятся ЦЗС.Система фильтров и мультиплексоров выделяет сигналы группы абонентских станций и после соответствующего преобразования частоты направляет насвои групповые УЛБВ с последующей ретрансляцией через соответствующиепарциальные лучи, находящиеся в зоне расположения ЦЗС.
Поскольку групповые УЛБВ для ретрансляции абонентских станций работают в многочастотномрежиме, они должны обладать высокой линейностью.195Сигналы ЦЗС, выделенные системой входных мультиплексоров после своихпреобразований частоты через систему фильтрующих и распределительныхустройств поступают на отдельные УЛБВ, подключённые к парциальным лучам(по принципу: каждому лучу – свое ЛБВ). При этом количество УЛБВ, безусловно, должно превышать количество парциальных лучей на величину резервных.Включение резервных УЛБВ осуществляется матрицами резервирования.В данной реализации БРК межствольная коммутация осуществляется на ЦЗСпутем повторной ретрансляции.
Например, необходимо обменяться дуплекснойинформацией между лучами А и В. При этом сигналы лучей принимаются ЦЗС,здесь осуществляется обмен информацией и далее они ретранслируются по фидерным стволам БРК.При такой межлучевой (ствольной) коммутации, конечно, имеются дополнительная задержка в передаче информации (за счет двойной ретрансляции) и дополнительный расход частотного ресурса.К недостаткам указанного построения БРК следует отнести также «замороженность» энергетического ресурса БРК.
Действительно, к каждому парциальному лучу на передачу привязан свой УМ. Поэтому при формировании зонального обслуживания не представляется возможность перераспределить мощности остальных парциальных УЛБВ в конкретную зону, необходимую для повышения трафика или компенсации повышенного затухания.Следует также обратить внимание, что при многолучевом построении БРК,характерном для Ка-диапазона, значительно возрастает количество таких структурных компонентов БРК, как фильтры, входные мультиплексоры, входныеприемные устройства, волноводные соединительные тракты.
Конечно, это увеличивает схемно-техническую и конструктивную сложность БРК, а также егосебестоимость. Тем не менее она по-прежнему является наиболее надежной,простой в реализации и экономически эффективной. Поэтому она была принятав качестве базовой при создании БРК Ка-диапазона в проектах «Газпром космические системы», что будет рассмотрено в подпараграфе 10.3.3.При создании БРК Ка-диапазона, находящихся в летной эксплуатации,найден ряд оригинальных решений в области построения как БРК в целом,так и отдельных его фрагментов.Так, в проекте японского КА Winds, запущенного в 2007 г., предложен вариант многопортового усилителя мощности на ЛБВ [34].
Его структурная схемапредставлена на рис. 10.3.Используя особые СВЧ структуры – матрицы Батлера – в усилителе объединены 8 действующих и 2 резервных ЛБВ, образуя 8-портовый единый комплексУЛБВ, позволяющий приходящий на вход сигнал распределить равномерно по8-выходным портам или в любой из 8 портов путем регулирования фаз составных УЛБВ. Таким образом, данный многопортовый усилитель позволяет перераспределять или концентрировать сигналы входящих парциальных лучей между портами выходных лучей в следующих пропорциях: 1 : 2; 1 : 4; 1 : 8. Этопозволяет более гибко использовать энергетический ресурс БРК. К сожалению,196практическая реализация его сложна, стоимость высокая и пока он не нашелширокого применения.a – Block Diagram of MPAб – Configuration of MPA (PFM)Рис.
10.3. Блок-схема (а) и вид конструкции (б)японского многопортового усилителя на ЛБВ [34]: INMTX – входная 8-портоваяматрица Батлера; OUTMTX – выходная 8-портовая матрица Батлера; 3 дБ/90 – 3-децибельныегибридные соединения; Д-AMP – твердотельный предусилитель УЛБВ; TWTA – ЛБВ; INTSW,OUTSW – входные и выходные СВЧ переключатели; Redundant parts – резервные трактыИнтересная реализация БРК в Ка-диапазоне на базе современных достижений в области твердотельной СВЧ электроники и цифровых технологий осуществлена в проекте КА Space Way (США).
Принцип реализации этого БРК основан на работах американских фирм, выполненных при создании военныхспутников Milstar. В спутниках Space Way приемопередающая часть БРК выполнена на базе гибридной антенны, состоящей из рефлектора, формирующегопарциальный луч; облучатели антенны представляют активные фазированныерешетки, соответственно на прием и передачу.Для передачи применяется АФАР из 1 500 активных элементов. Используяцифровые технологии и вычислительные алгоритмы, на базе такой антеннойструктуры синтезируется многолучевая МЛА с 24 быстро перенацеливаемымилучами.
Эта антенна позволяет реализовать различные ДН как в виде одиночных парциальных лучей, которые могут занять любую из 784 позиций, так изоновую структуру любой конфигурации. В БРК осуществляется полная обработка информации при пакетной передаче цифровой информации. Коммутацияканалов осуществляется быстродействующей матрицей размерностью224256 входов / выходов.Успешный запуск и эксплуатация этого спутника показывают, что за цифровыми технологиями в построении БРК для коммерческого использования, помере удешевления компонентов, большие перспективы.19710.3.3.
БРК Ка-диапазона в проектахОАО «Газпром космические системы»Россия приступила к использованию Ка-диапазона в КА связи коммерческого направления с опозданием, что видно из обзорной таблицы, приведенной в[33], а также табл. 10.2. Это произошло в основном по следующим причинам.1. Сказался общий промышленный спад в России, начавшийся в 1990-х гг. икоснувшийся также космической отрасли.2. Отсутствие собственной элементной базы, промышленное производствокоторой «рухнуло» в упомянутые 90-е гг.
и не соответствовало по многим позициям мировому уровню даже в последние годы существования СССР.3. Недоступность зарубежной элементной базы Ка-диапазона для российскихразработчиков БРК из-за ее «засекреченности» в связи с тем, что основные еепроизводители (европейские, японские, американские фирмы) строго контролировались правительством США в части поставок в СССР и Россию. Это быловызвано тем, что именно в Ка-диапазоне были созданы спутники военной связиСША Milstar для обеспечения стратегической и тактической связи.4.
Значительное отставание российских военных программ в части освоенияКа-диапазона и, соответственно, отсутствие конверсионных потоков передачидостижений из военной техники в гражданскую сферу.Как видно из табл. 10.2, благодаря изменившейся международной обстановке и новой внешней политике России в области научно-технического сотрудничества, в государственной группировке российских КА «Экспресс» уже появились или запланированы БРК Ка-диапазона.Естественно, в программах ОАО «Газпром космические системы», являющегося вторым (после ГПКС) по значимости оператором космической связи России,предусмотрены КА связи с БРК Ка-диапазона, например, в проекте «Ямал-600».Исходя из технико-экономических соображений, которые были указаны вподпараграфе 10.3.2, в основу построения БРК положены следующие принципы: использование многолучевой антенной системы, использование ЦЗС дляуправления межствольной коммутацией, частотно-пространственное разделение парциальных лучей для формирования ЗО, жесткая привязка парциальныхлучей МЛА к своим УЛБВ, частотное разделение трактов ЦЗСАС и АСЦЗС, построение транспондеров БРК по схеме с одним преобразованием,сквозная ретрансляция принимаемых сигналов.Многолучевая антенная система рассматриваемого БРК формирует зону обслуживания 20 парциальными лучами (рис.
10.4).С целью получения оптимальных антенных характеристик МЛА (КУ парциального луча, снижения взаимовлияния лучей в решетке облучателей) антеннаясистема состоит из трех физических антенн, которые имеют более разреженнуюрешетку облучателей, повышая, таким образом, их пространственную развязкуи антенные параметры.На рис. 10.5 представлена структурная схема РТР БРК для трактов передачиЦЗСАС. По системным соображениям используется четыре ЦЗС.1983Ф34Ф412nОблучатели МЛА на передачуабонентских стволовФ2Блоки сдвоенных усилителеймощности на ЛБВ2Блоки преобразователей частотына 2 позиции гетеродинаФ1Блок фильтров и входныхмультиплексеров1Блоки МШУ(8 активных)Схема резервированияОблучатели на передачу ЦЗСРис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
