Национальный цифровой ресурс Руконт - межотраслевая электронная библиотека (ЭБС) на базе технологии Контекстум (всего произведений: 634794)
Контекстум
Руконтекст антиплагиат система

Расчет антенн земных станций спутниковой связи (500,00 руб.)

0   0
Первый авторСомов А. М.
ИздательствоМ.: Горячая линия – Телеком
Страниц291
ID202864
АннотацияИзложены методы расчёта и оптимизации шумовой добротности антенн земных станций спутниковой связи. Рассмотрены особенности расчёта направленных свойств, шумовой температуры и шумовой добротности зеркальных антенн, лучеводов, антенных решёток. Для повышения точности расчетов вместо яркостной шумовой температуры используется её действующее значение. Шумовая температура окружающей среды определяется в той же системе координат, что и диаграмма направленности антенны. Обсуждаются пути повышения эффективности зеркальных антенн спутниковой связи. Разработанные автором и представленные в книге соотношения, выводы, рекомендации, программы могут быть использованы при работе над курсовыми и дипломными проектами, при подготовке диссертаций, разработке, промышленном производстве зеркальных антенн спутниковой связи, а также усовершенствовании готовых антенн, находящихся в эксплуатации.
Кем рекомендованоУМО по образованию в области информационной безопасности в качестве учебного пособия для студентов (слушателей), обучающихся по специальности «Информационная безопасность телекоммуникационных систем»
Кому рекомендованоДля студентов и слушателей, обучающихся по специальности 090106 – «Информационная безопасность телекоммуникационных систем», будет полезно специалистам в области спутниковой связи и антенной техники.
ISBN978-5-9912-0158-2
УДК621.396.67
ББК32.845
Сомов, А.М. Расчет антенн земных станций спутниковой связи : учеб. пособие / А.М. Сомов .— Москва : Горячая линия – Телеком, 2011 .— 291 с. : ил. — ISBN 978-5-9912-0158-2 .— URL: https://rucont.ru/efd/202864 (дата обращения: 25.04.2024)

Предпросмотр (выдержки из произведения)

Рассмотрены особенности расчёта направленных свойств, шумовой температуры и шумовой добротности зеркальных антенн, лучеводов, антенных решёток. <...> Шумовая температура окружающей среды определяется в той же системе координат, что и диаграмма направленности антенны. <...> Особенностями спутниковой связи являются низкий уровень сигналов, принимаемых от ИСЗ, наличие помех в виде тепловой радиации внешней среды, влияние конструкций помещения телепорта и радиопрозрачного укрытия (РПУ) при размещении в нём антенн, поэтому приёмные системы земных станций должны обладать повышенной эффективностью, определяемой шумовой добротностью [1, 2]. <...> Наиболее эффективными типами антенн, используемых в составе земных 4 Введение станций спутниковой связи, являются зеркальные антенны различного конструктивного оформления: одно- и двухзеркальные, с коаксиальной симметрией (осесимметричные) и с облучателем, вынесенным из центра зеркала (осенесимметричные типа офсет). <...> Для достижения максимума шумовой добротности должны быть учтены такие факторы [11–14], как: • затенение части раскрыва антенны [15–17]; • поляризация принимаемого сигнала [7, 18, 19]; • точность изготовления поверхности зеркал [20, 21]; • амплитудные и фазовые распределения поля в раскрыве [2, 5]; • дифракция поля на кромках зеркал [22–24]; • электрические затухания в РПУ [25] и фидерном тракте [2]; • воздействие тепловых шумов окружающей среды. <...> Характеристики излучения шума Электромагнитное излучение нагретых тел является одним из основных источников тепловых шумов в системах связи. <...> . Спектральная интенсивность электромагнитного излучения нагретого тела в радиочастотном диапазоне определяется по формуле Релея–Джинса через яркостную температуру Tя как 2kTя , λ2 где k — постоянная Больцмана; λ — длина радиоволны теплового излучения; Tя — яркостная температура источника теплового радиоизлучения, определяется как абсолютная температура абсолютно чёрного тела <...>
Расчет_антенн_земных_станций_спутниковой_связи.pdf
Стр.1
Расчет_антенн_земных_станций_спутниковой_связи_(1).pdf
Стр.1
УДК 621.396.67 ББК 32.845 С61 Сомов А. М. С61 Расчёт антенн земных станций спутниковой связи. Учебное пособие для вузов. — М.: Горячая линия–Телеком, 2010. — 290 c.; ил. ISBN 978-5-9912-0158-2. Изложены методы расчёта и оптимизации шумовой добротности антенн земных станций спутниковой связи. Рассмотрены особенности расчёта направленных свойств, шумовой температуры и шумовой добротности зеркальных антенн, лучеводов, антенных решёток. Для повышения точности расчетов вместо яркостной шумовой температуры используется её действующее значение. Шумовая температура окружающей среды определяется в той же системе координат, что и диаграмма направленности антенны. Обсуждаются пути повышения эффективности зеркальных антенн спутниковой связи. Разработанные автором и представленные в книге соотношения, выводы, рекомендации, программы могут быть использованы при работе над курсовыми и дипломными проектами, при подготовке диссертаций, разработке, промышленном производстве зеркальных антенн спутниковой связи, а также усовершенствовании готовых антенн, находящихся в эксплуатации. Для студентов и слушателей, обучающихся по специальности 090106 — «Информационная безопасность телекоммуникационных систем», будет полезна специалистам в области спутниковой связи и антенной техники. ББК 32.845 ISBN 978-5-9912-0158-2 ⃝ Издательство «Горячая линия–Телеком», 2010 c ⃝ А. М. Сомов, 2010 c
Стр.2
Введение Антенно-фидерные устройства СВЧ диапазона в настоящее время применяются не только в профессиональных нуждах в земных станциях спутниковых систем связи, но также используются во всё возрастающих масштабах в быту для приёма ретранслируемых геостационарными спутниками отечественных и зарубежных телепрограмм. В связи с этим необходимо расширять подготовку специалистов, которые могли бы выполнять проектирование, техническое обслуживание и модернизацию антенно-фидерных устройств. А это, в свою очередь, возможно при наличии учебных пособий по расчету и проектированию подобных устройств. Необходимо также учитывать, что продолжают успешно развиваться системы спутниковой связи, через которые передаются большие объемы информации в цифровой форме. Спутники-ретрансляторы таких систем располагаются на геостационарной орбите, включая её районы над Атлантическим, Тихим и Индийским океанами. Информация, передаваемая этими спутниками, может приниматься и передаваться потребителям при помощи телепортов, работающих как в режиме передачи, так и в режиме приёма. Ретрансляторы обеспечивают глобальное обслуживание всей видимой со спутника земной поверхности благодаря бортовым антеннам с широкой диаграммой направленности, а также зональное обслуживание при помощи узконаправленных антенн с более высокой плотностью потока мощности. Необходимость приёма и последующей передачи информации от спутниковых систем связи требуют создания и совершенствования технических средств, используемых для этой цели. Эффективность применяемого оборудования в большой степени зависит от эффективности применяемых в его составе антенных устройств. Особенностями спутниковой связи являются низкий уровень сигналов, принимаемых от ИСЗ, наличие помех в виде тепловой радиации внешней среды, влияние конструкций помещения телепорта и радиопрозрачного укрытия (РПУ) при размещении в нём антенн, поэтому приёмные системы земных станций должны обладать повышенной эффективностью, определяемой шумовой добротностью [1, 2]. Наиболее эффективными типами антенн, используемых в составе земных
Стр.3
4 Введение станций спутниковой связи, являются зеркальные антенны различного конструктивного оформления: одно- и двухзеркальные, с коаксиальной симметрией (осесимметричные) и с облучателем, вынесенным из центра зеркала (осенесимметричные типа офсет). К настоящему времени достаточно подробно исследованы вопросы повышения коэффициента использования поверхности (КИП) [3] осесимметричных [4–6] и неосесимметричных [7–10] зеркальных антенн земных станций спутниковой связи. Эти особенности известны и обычно учитываются при расчёте электрических параметров антенн земных станций спутниковой связи в режиме передачи. Однако такой путь максимизации КИП не является оптимальным с точки зрения обеспечения максимальной шумовой добротности, имеющей существенное значение в режиме приёма при заданных размерах антенны. Для достижения максимума шумовой добротности должны быть учтены такие факторы [11–14], как: • затенение части раскрыва антенны [15–17]; • поляризация принимаемого сигнала [7, 18, 19]; • точность изготовления поверхности зеркал [20, 21]; • амплитудные и фазовые распределения поля в раскрыве [2, 5]; • дифракция поля на кромках зеркал [22–24]; • электрические затухания в РПУ [25] и фидерном тракте [2]; • воздействие тепловых шумов окружающей среды. Для оптимизации шумовой добротности необходим метод расчёта шумовой температуры антенны повышенной точности, который и предлагается к рассмотрению и освоению в представленном учебном пособии, в противовес ранее используемым известным оценочным методам [26, 27]. Таким образом, предлагаемый труд посвящается методам расчёта антенн земных станций спутниковой связи в режиме приёма. Разработанные автором и представленные ниже соотношения, выводы и рекомендации могут быть использованы при работе над курсовыми и дипломными проектами, при подготовке диссертаций, разработке, промышленном производстве зеркальных антенн спутниковой связи, а также усовершенствовании готовых антенн, находящихся в эксплуатации.
Стр.4
Оглавление Введение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Глава 1. Постановка задачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.1. Характеристики излучения шума . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2. Базовые формулы для расчета интенсивности теплового излучения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 5 5 8 1.3. Различие подходов при разработке методов расчета шумов параметров радиотелескопов и антенн спутниковых систем связи 11 1.3.1. Особенности расчёта радиотелескопов . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 1.3.2. Особенности расчета антенн спутниковой связи . . . . . . . . 13 1.4. Температура шума приёмной антенны . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 1.5. Шумовые параметры согласованного фидера . . . . . . . . . . . . . . . . 15 1.6. Шумовая температура несогласованного фидера. . . . . . . . . . . . . 17 1.7. Шумовая температура собственного теплового излучения антенны . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 1.8. Тепловое радиоизлучение космических тел. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 Вопросы к главе 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Глава 2. Влияние окружающей среды на шумовую температуру антенн. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 2.1. Яркостная шумовая температура окружающей среды. . . . . . . . 22 2.2. Учет воздействия шумов окружающей среды на шумовую температуру антенн. Действующая шумовая температура среды 25 2.3. Возможность упрощения расчета теплового излучения среды. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 2.4. Усреднение ДШТ среды по пространству . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 2.5. Шумовая температура для «неровной диффузной» почвы . . . 48 Вопросы к главе 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 Глава 3. Особенности расчета направленных свойств зеркальных антенн. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 3.1. Методы расчета направленных свойств зеркальных антенн . . 51 3.2. Уточнение методов расчета зеркальных антенн . . . . . . . . . . . . . . 52 3.3. Учет дифракционных эффектов на кромках зеркал антенны. 59 3.4. Особенности расчета направленных свойств антенн с коническим раскрывом . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 3.5. Особенности конструкции антенн . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 3.6. Диаграмма направленности рупорного облучателя. . . . . . . . . . . 72 3.7. Расчет рабочей поверхности зеркал антенны модифицированной формы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Вопросы к главе 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 75 Глава 4. Направленные свойства антенны и шумовая температура . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
Стр.287
288 Оглавление 4.1. Шумовая температура антенн с осесимметричной диаграммой направленности. Метод фрагментации окружающего пространства . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 4.2. Шумовая температура антенн при различии диаграмм направленности в ортогональных наклонных плоскостях. . . . . . . . . . . . 82 4.3. Шумовая температура приемных антенн СВЧ, расположенных над водной поверхностью . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 4.4. Шумовая температура антенн с квадратной формой раскрыва . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 4.5. Шумовая температура антенн с прямоугольной формой раскрыва . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 4.6. Расчет шумовой температуры антенны . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 Вопросы к главе 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116 Глава 5. Расчет шумовой температуры антенн на основе действующей шумовой температуры окружающей среды и коэффициентов передачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 5.1. Вывод общих соотношений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 5.2. Влияние апертурной части диаграммы направленности на шумовую температуру антенн . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121 5.3. Влияние коэффициентов передачи на шумовую температуры антенны с осесимметричной диаграммой направленности . . . . 129 5.4. Учет влияния на ШТ антенны дополнительных факторов . . 136 5.5. Результаты расчетов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140 Вопросы к главе 5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 Глава 6. Влияние условий размещения антенн на шумовые параметры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 6.1. Особенности размещения антенных устройств в жилых помещениях и телепортах. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 6.2. Влияние теплового радиоизлучения окружающих предметов на шумовую температуру антенн . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146 6.3. Влияние радиопрозрачного укрытия на шумовую температуру антенн . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150 6.4. Влияние силовых конструкций РПУ на электрические параметры антенн . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152 6.5. Соотношения для расчета шумовой температуры антенны, размещаемой в помещении с радиопрозрачным укрытием. . . . 154 6.6. Расчет шумовой добротности при размещении антенны в помещении. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158 Вопросы к главе 6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162 Глава 7. Оптимизация шумовой добротности земных станций спутниковой связи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163 7.1. Основные параметры, влияющие на шумовую добротность . . 163 7.2. Оптимизация шумовой добротности земной станции с однозеркальной антенной . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
Стр.288
Оглавление 289 7.3. Оптимизация шумовой добротности земной станции с двухзеркальной антенной . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174 7.4. Оптимизация шумовой добротности приемника ЗС при размещении антенны в помещении. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178 Вопросы к главе 7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180 Глава 8. Особенности расчета и оптимизации фазированных антенных решеток . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181 8.1. Требования, предъявляемые к антеннам, размещаемым в телепортах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181 8.2. Особенности применения и расчета фазированных антенных решеток . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182 8.3. Особенности построения волноводных трактов фазированных антенных решеток . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189 8.4. Шумовая добротность типовых фазированных антенных решеток . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192 Вопросы к главе 8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195 Глава 9. Увеличение эффективности антенн земных станций спутниковой связи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196 9.1. Возможности увеличения шумовой добротности земных станций. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196 9.2. Применение экранов и лучеводов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202 9.3. Увеличение шумовой добротности при размещении антенн в помещении. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 9.4. Размещение антенных устройств на раздельных опорно-поворотных устройств . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220 Вопросы к главе 9 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223 Глава 10. Перспективные виды антенн. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224 10.1. Антенны на основе отражателей с линейной образующей . . . . 224 10.2. Антенны с кольцевым контррефлектором . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228 10.3. Многолучевые антенны . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240 Вопросы к главе 10 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248 Глава 11. Результаты проверки разработанных методов расчёта . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249 11.1. Конструктивные особенности антенн земных станций . . . . . . . 249 11.2. Результаты измерений основных параметров антенн земных станций . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254 11.3. Результаты измерений основных параметров макетов антенн земных станций, размещаемых в помещениях . . . . . . . . . . . . . . . . 256 Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261 Приложение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268
Стр.289