Разработка гибридно-зеркальной антенны с многолучевой диаграммой направленности Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 654.16

РАЗРАБОТКА ГИБРИДНО-ЗЕРКАЛЬНОЙ АНТЕННЫ С МНОГОЛУЧЕВОЙ ДИАГРАММОЙ НАПРАВЛЕННОСТИ

A. В. Коноплева Научный руководитель - В. Г. Сомов

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева

Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: nasteno4ka_01@mail.ru

Рассматривается создание трансформируемой многолучевой гибридно-зеркальной антенны с высоким коэффициентом усиления для организации спутниковой системы связи. Для анализа антенной системы используется программное обеспечение GRASP, а проекция диаграммы направленности на Землю осуществляется в программе SATSOFT.

Кключевые слова: гибридная зеркальная антенна, многолучевая диаграмма направленности, активная синфазная решетка облучения.

CREATING OF HYBRID MIRROR ANTENNA WITH MULTIBEAM DIRECTIONAL DIAGRAM

A. V. Konopleva Scentific Supervisor - V. G. Somov

Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: nasteno4ka_01@mail.ru

Development of transformable hybrid mirror antenna with multibeam directional diagram and with high gain coefficient for organization of satellite communication system is considered. GRASP and SATSOFT software are used for analysis of antenna system and projection of directional diagram on Earth.

Keywords: hybrid mirror antenna, multibeam directional diagram, active in-phase grid of irradiation.

Спутниковые системы занимают прочные позиции на рынке информационных услуг связи и имеют большой потенциал для дальнейшего своего развития. Увеличение качественных показателей спутниковых систем связи обеспечивается увеличением отношения сигнал-шум.

Увеличить отношение сигнал-шум возможно за счет использования современных методов обработки сигнала, а также создания крупногабаритных, трансформируемых антенн, формирующих многолучевую диаграмму направленности с высоким коэффициентом усиления.

Анализ антенных систем показал, что реализовать узкую многолучевую диаграмму направленности (ДН) возможно с помощью гибридно-зеркальной антенны (ГЗА), которая обладает относительно небольшой массой и стоимостью, а также простотой конструкции всей антенной системы [1-3].

Гибридно-зеркальная антенна представляет собой антенную систему, которая состоит из многоэлементной облучающей решетки и зеркала (рис. 1). Зеркало выполнено в виде параболоида вращения больших размеров. Облучающая решетка антенны состоит из набора активных облучателей определенной конструкции [3].

Проведенный анализ основных типов облучателей показал, (рис. 2) что в данной полосе частот, целесообразно использовать облучатель типа - конический рупор. Его основными достоинствами являются широкополосность, простота конструкции, низкий уровень боковых лепестков, а также небольшой вес. Для обеспечения высокого коэффициента использования поверхности антенны каждый луч антенны на прием и передачу сигналов формируется семиэлементным кластером [3-5].

Секция «Перспективные технологии и производство РКТдвойного назначения»

*х

Рис. 1. Геометрия ГЗА

Рис. 2. Парциальные ДН облучающих решеткок вида: а - турникетные вибраторы; б - конические рупоры; в - ребристые многодисковые излучатели

ГЗА размещается на спутниковом ретрансляторе расположенном на геостационарной орбите с точкой стояния 10° ВД и предоставляет информационные услуги клиентам на территории Африки. Для расчета многолучевой диаграмма направленности ГЗА используются следующие параметры:

• диапазон частот: передача 3-3,5 ГГц, прием 4-4,5 ГГц;

• коэффициент усиления в зоне обслуживания: передача - 35 дБ, прием - 34 дБ;

Для покрытия заданной зоны обслуживания оценочно потребуется 39 лучей шириной 1,8°*1,8° с диаметром рупора равным 100 мм. Требуемый коэффициент усиления (КУ) возможно достичь при диаметре антенны равном 3 метра.

Моделирование антенны и расчет ее радиотехнических характеристик произведен в программном обеспечении (ПО) GRASP. (рис. 3, таблица).

Для построения зоны обслуживания и моделирования работы антенны на поверхности Земли использовалось программное обеспечение SATSQFT.^^. 4).

Рис. 3. Модель ГЗА, рассчитанная в ПО GRASP

Таблица 1

Результаты расчетов

Характеристики Значения

Коэффициент усиления в максимуме 36,6 дБ

Коэффициент усиления в зоне 34,2 дБ

Диаметр рефлектора 3 м

Ширина ДН 1,8°

Количество облучателей 39

Диаметр облучателей 100 мм

Перекрытие лучей по уровню -2 дБ

Уровень боковых лепестков -18дБ

Рис. 4. Многолучевая ДН ГЗА в ПО 8ЛТ80БТ

Анализ полученных результатов показал, что КУ в максимуме составляет 36,6 дБ и спадает к краям континента до 36 дБ (рис.4). Таким образом, рассчитанная ГЗА удовлетворяет заданным требованиям, а именно - обеспечивает требуемый КУ и обеспечивает связь в требуемой зоне обслуживания.

Библиографические ссылки

1. Лавров В. И., Сомов В. Г., Сивирин П. Я. Измерение параметров крупногабаритных бортовых антенн спутниковых систем связи : монография ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2010.

2. Анпилогов В. Р., Шишлов А. В., Эйдус А. Г. Многолучевые антенны высокоинформативных спутников связи // Обзор. III Всерос. микроволновая конф. (25 нояб. 2015).

3. Шифрин Я. С. Антенны : учеб. пособие. М. : Академия противоздушной обороны, 1976.

4. Виленко И. Л., Кривошеев Ю. В., Шишлов А. В. Гибридные зеркальные антенны с облучающими активными фазированными решетками // Антенны. 2011. Вып. 10(173). С. 22-42.

5. Тяпкин В. Н., Дмитриев Д. Д., Першин А. С., Алгоритмы адаптации многолучевых антенн, построенных на базе гибридно-зеркальных антенн // Инженерные технологии : журн. СФУ. 2013.

© Коноплева А. В., 2016