2.2. Нормування характеристик антени.

При розрахунках ЕМС РЕЗ найбільш важливими характеристиками антен, що вимагають нормування, є ДНА на основній поляризації й кросполяризації. Нормування ДНА здійснюється для всіх видів РЕЗ загального призначення, конкретні дані про нормування можна знайти, наприклад, в [9, 11, 13, 16-18]. Причому нормування здійснюється як на міжнародному, так і національному або корпоративному рівні. В останніх випадках нормування характеристик антен має уточнюючий характер [9, 16-18]. При цьому відповідні національні й корпоративні нормативи повинні узгождуватися з міжнародними нормативами, оскільки останні відповідно до Регламенту радіозв’язку мають пріоритет.

Особливо актуальне нормування ДНА для багатоканальних широкосмугових засобів радіозв’язку (ЗРЗ), таких, як супутникові (ССЗ) і радіорелейні системи зв’язку (РСЗ), які використовують загальні смуги робочих частот в УКВ діапазоні (головним чином у діапазоні частот 1...40 ГГц). Нижче приводяться відомості про діючий на даний момент нормуванні ДНА ССЗ і РСЗ. Слід зазначити, що до РСЗ відносять радіорелейні лінії прямої видимості (РРЛ) і радіорелейні системи типу «точка-багатоточка» (ТБТ).

Для практичних розрахунків завад і рішення питань координації зазначених видів ЗРЗ у діапазоні частот 1...40 ГГц рекомендується використовувати так звані еталонні (довідкові) ДНА, що встановлюють припустимі значення огинаючої ДНА, тобто такі, які не повинні перевищуватися при використанні реальних антен [14, 15, 18].

Еталонні ДНА для РРЛ прямої видимості в діапазоні 1...40 ГГц (параболічні антени) визначаються співвідношеннями, наведеними нижче, які отримані на підставі співвідношень, що втримуються в [13] у вигляді аналітичних залежностей .

При відношенні діаметра антени до робочої довжини хвилі X більше 100 повинні застосовуватися наступні рівняння:

(2.13)

де в однакових одиницях:  – КП антени; , град.; , град.

При співвідношенні слід використовувати наступні рівняння:

(2.14)

На рис. 2.10 представлені огинаючі еталонних ДНА в графічній формі, побудовані за (2.13) і (2.14).

Рисунок 2.10 - Огинаючі ДНА РРЛ у діапазоні частот 1...40 ГГц при різних значеннях відносини діаметра антени і довжини хвилі X

При вивченні питань координації й оцінці взаємних завад між радіорелейними системами ТБТ і між станціями таких систем і інших служб, що працюють у тій же смузі частот у діапазоні 1...3 ГГц, рекомендовані еталонні ДНА, наведені нижче.

У випадках, коли на станції ТБТ застосовується антена із всенаправленою ДНА в горизонтальній площині або біля неї, використовують наступне рівняння для оцінки ДНА у вертикальній площині:

(2.15)

де  – кут у вертикальній площині щодо напрямку максимального посилення антени, град;

 – максимальний коефіцієнт підсилення антени, дБ, у горизонтальній площині або біля неї;

 –ширина ДНА у вертикальній площині;

 – параметр, що враховує підвищені рівні БП у порівнянні з рівнем БП ідеальної антени; у випадку типових антен =1,5 а для антен із зменшеними рівнями БП .

На рис. 2.11 як ілюстрація представлені ДНА всеспрямованих антен систем ТБТ для двох значень коефіцієнта підсилення антени й різних значень коефіцієнта .

Рисунок 2.11 - Еталонні діаграми спрямованості всеспрямованих антен

радіорелейних систем «точка-багатоточка» :а) =10дБ; б) =13дБ

У випадку використання на абонентських станціях (АС) систем ТБТ антен з повинні використовуватися наступні рівняння:

(2.16)

де

Еталонні ДНА супутникових систем фіксованих служб (ФССС) на міжнародному рівні визначаються Рекомендаціями 580 і 465 МСЕ-Р, згідно яким 90% піків рівнів БП не повинні перевищувати значень, обумовлених співвідношеннями [11]:

(2.17)

В (2.61) параметр , визначається за формулою

На рис. 2.12 співвідношення (2.61) представлені в графічній формі разом з експериментальною ДНА (нижній графік) неосесиметричної дводзеркальної ПА фірми Vertex діаметром 2,4 м, що має в діапазоні 6 ГГц коефіцієнт підсилення порядку 42 дБ [11]. З рисунку видно, що ДНА даної антени відповідає нормам (Рекомендації МСЕ), причому із запасом. Відзначимо, що еталонні ДНА (як МСЕ-Р, так і національні або корпоративні) передбачають певне перевищення припустимих значень. Так, Рекомендаціями МСЕ, обумовленими співвідношеннями (2.61), допускається перевищення припустимих значень на 10%.

Рисунок 2.12 - Відповідність реальної огинаючої ДНА ФССС еталонної ДНА, що рекомендується МСЕ

Еталонні ДНА супутникової віщальної служби, що діє в смугах частот 18/12 ГГц (СТВ-12), встановлені Планом ВАКР (спочатку ВАКР-77 прийнятий в 1977 р., а згодом уточнений). Слід зазначити, що суттєвими перевагами Плану є комплексний характер пророблення нормативних показників СТВ, включаючи й еталонні ДНА [18]. При цьому еталонні ДНА нормують спрямовані властивості антен як на основній поляризації, так і на кросполяризації для всіх типів станцій СТВ. У Плані передбачене застосування передавальних антен ЗС діаметром 5 м з посиленням 57,4 дБ на частоті 17,55 ГГц.

Еталонні ДНА передавальних ЗС СТВ-12 визначаються за співвідношеннями:

– для основної поляризації

(2.18)

– для кросполяризації

(2.19)

На рис. 2.13 співвідношення (2.18), (2.19) представлені в графічній формі.

Рисунок 2.13 - Еталонні ДНА передавальних ЗС СТВ-12

При використанні даних еталонних ДНА є наступні обмеження:

– у межах кутів рівні БП на основній поляризації не повинні перевищувати значень еталонної ДНА;

– у межах кутів рівні БП на кросполяризації не повинні перевищувати значень еталонної ДНА;

– у межах кутів на основній поляризації 90% піків БП не повинне перевищувати значень еталонної ДНА.

Огинаючі типових еталонних ДНА (передавальних і приймальних) космічних станцій (КС) СТВ-12 Районів 1 і 3:

– для основної поляризації

(2.20)

– для кросполяризації

(2.21)

Примітка: * До рівня ізотропного випромінювання .

У Плані передбачені також еталонні ДНА (передавальних) КС СТВ-12 з підвищеною вибірковістю, обумовлених виразами:

(2.22)

де

На рис. 2.14 і 2.15 співвідношення (2.21)-(2.22) представлені в графічній формі.

Можна відзначити, що в цьому випадку еталонні ДНА залежать від параметра .Найменше значення цього параметра прийняте і при цьому ДНА з підвищеною вибірковістю збігається з типовий ДНА (верхня крива на рис. 2.15).

Еталонні ДНА приймальних ЗС СТВ-12 у Районах 1 і 3:

– на основній поляризації для індивідуальних ЗС

(2.23)

де

– для колективних ЗС (які мають діаметр антен >1,5 м)

(2.24)

де

– на кросполяризації:

(2.25)

Співвідношення (2.23) – (2.25) представлені в графічній формі на рис. 2.16.

Рисунок 2.14 - Типові еталонні ДНА (передавальних і приймальних) космічних станцій СТВ-12

Рисунок 2.15 - Еталонні ДНА (передавальних) космічних станцій СТВ-12 з підвищеною вибірковістю

Рисунок 2.16 - Еталонні ДНА приймальних ЗС СТВ-12:

1 – індивідуальні ЗС у Районах 1 і 3 на основній поляризації;

2 – колективні ЗС у Районах 1 і 3 на основній поляризації;

3 – індивідуальні й колективні ЗС у Районах 1 і 3 на кроссполяризації

Огинаючі ДНА базових (БС) і абонентських (АС) станцій систем бездротового доступу (СБД) визначені в стандарті ETSI [24]. Антени БС можуть бути ненаправленими й секторними. Ширина сектора, що обслуговується БС із секторною антеною, визначається кутом ; для ненаправлених антен ). На рис. 2.17 приведена залежність коефіцієнта підсилення антен БС від кутової ширини сектора обслуговування .

Рисунок 2.17 - Коефіцієнт підсилення антени базової станції СБД залежно від ширини сектора

На рис. 2.18 показані типові ДН антени БС на основній поляризації (суцільна лінія) і на кросполяризації (пунктирна лінія). Відзначимо, що різниця між кривими на рис. 2.18 визначає коефіцієнт поляризаційної розв’язки . Положення точок на цьому графіку задаються значеннями, наведеними в табл. 2.2.

Рисунок 2.18 - Огинаюча ДНА базової станції СБД

Таблиця 2.2 - Значення величин на рис. 2.18

Точка	Кут φ, град	Відносте підсилення, дБ
ДНА по основній поляризації
Po	0	0
P1	θ + 5	0
P2	θ + 63	-20
P3	153	-20
P4	158	-25
P5	180	-25
ДНА на кросполяризації
Q0	0	-20
Q1	θ + 27,5	-20
Q2	θ + 57,5	-25
Q3	180	-25

Діаграми направленості АС. Антени АС є спрямованими з коефіцієнтом підсилення 10 дБ [24]. На рис. 2.19 показані типові ДНА абонентських станцій СБД на основній поляризації (суцільна лінія) і на кросполяризації (пунктирна лінія). На цьому рисунку суцільними лініями показана ДНА на основній поляризації, а пунктирними – кросполяризаційна ДНА. Положення точок , на цьому графіку задаються значеннями, наведеними в табл. 2.3.

Рисунок 2.19 - Огинаюча ДНА абонентської станції СБД

Таблиця 2.3 - Значення величин на рис. 2.19

Точка	Кут φ, град	Відносте підсилення, дБ
ДНА по основній поляризації
Po	0	0
P1	8	0
P2	20	-20
P3	90	-22
P4	150	-35
P5	180	-35
ДНА на кросполяризації
Q0	0	-25
Q1	90	-25
Q2	150	-35
Q3	180	-35

Завідувач кафедри РРМ

ДТН, СНС В.А. ДРУЖИНИН