12.8. Антенны земных станций спутниковых связей

Ввиду большой протяженности линий спутниковой связи ан­тенны земных станций должны иметь высокий КУ, а следователь­но, и достаточно большие размеры. Из-за малой плотности потока радиоволны кроме полезного сигнала на выходе приемной антен­ны имеют место шумы. По аналогии с электрической цепью всю мощность шумов внешнего происхождения, воздействующих на. приемную антенну, можно выразить через так называемую экви­валентную шумовую температуру антенны:

T₃._a = P_ш/kΔf (12.15)

Здесь Рш.а — мощность шумов антенны; k=1,38-10~²³ Дж/ град — постоянная Больцмана; Δf—полоса частот, в которой оп­ределяется мощность шумов.

Чем меньше P_ш , тем меньше уровень шума и тем более сла­бые сигналы могут быть надежно приняты. Антенны с большими уровнями боковых лепестков и слабым защитным действием мо­гут принимать тепловое излучение Земли. Мощность шумов, а сле­довательно, и шумовая температура таких антенн выше.

Подразделяются на антенны земных станций и бортовые антенны.

Требования, предъявляемые к антеннам земных станций:

1. Так как бортовые антенны имеют широкую диаграмму направленности и соответственно малый G, а также благодаря большому удалению спутника от антенны земной станции, последние должны обладать весьма большими коэффициентами усиления (50 ÷ 55 дБ).

2. На космических линиях радиосвязи применяют высокочувствительные приемники с малошумящими входными устройствами. При этом шумы, создаваемые антенной и фидерным трактом, могут оказаться соизмеримыми с собственными шумами приемника или даже превосходить их. Поэтому антенная температура и шумовая температура фидерного тракта должны быть минимальными.

3. Антенны земных станций должны обеспечивать управление диаграммой направленности ИСЗ. С этой целью они должны снабжаться поворотными устройствами и системами управления ими.

Антенны земных станций для связи с ИСЗ и для космической радиосвязи являются сложными инженерными сооружениями. Примерно 50 % стоимости оборудования земной станции для связи через ИСЗ приходится на антенное устройство.

Антенная температура ТА растет при уменьшении Dмакс (угол между направлением максимального излучения и горизонтальной плоскостью). Из-за увеличения поглощения радиоволн в прилегающих к Земле слоях атмосферы и из-за приема шумов теплового излучения Земли. Кроме того, при малых углах Dмакс эффективная шумовая температура антенны может повышаться из-за приема антенной сигналов различных земных радиостанций, помех промышленного происхождения и волн, отраженных от различных местных предметов. По этим причинам при космической радиосвязи угол Dмакс должен быть не менее (7 ÷ 10)°.

Тракт питания антенны также вносит значительный вклад в суммарную шумовую температуру приемного устройства. В случае тракта с малым затуханием увеличение потерь в нем на 1 дБ эквивалентно увеличению шумовой температуры тракта на 70° К. При этом, однако, следует иметь в виду, что шумовая температура тракта не может превосходить температуру окружающего пространства.

Антенна для космической радиосвязи иногда защищает от чрезмерной ветровой нагрузки, от действия солнечных лучей, дождя, льда и снега колпаками, выполненными из радиопрозрачного материала. Однако радиопрозрачные укрытия увеличивают антенную шумовую температуру, что объясняется тепловыми потерями в нем, а также некоторым увеличением боковых лепестков. Особенно сильно возрастает антенная температура за счет радиопрозрачного укрытия при наличии осадков.

Основной характеристикой антенны земной станции системы связи через ИСЗ является величина отношения коэффициента усиления антенны (G) к антенной температуре (ТА). Современные антенны для двусторонней многоканальной связи с помощью ИСЗ имеет отношение G/ТА » 39 ÷ 41 дБ. Диаметр раскрыва этих антенн составляет D = 25 ÷ 28 м.

Антенны земных станций для односторонней связи через ИСЗ при D = 12 м имеют G/ТА =32 дБ. его длины, то стремятся сокращать длину волноводов, подводящих электромагнитную энергию от антенны к приемникам, и выполнять элементы тракта с учетом получения минимальных потерь. В результате этого потери в ВЧ тракте антенна-приемник составляет 0,1 ÷ 0,2 дБ.

5