Специальный выпуск "Спутниковая связь и вещание"-2013

В различных публи- кациях за послед- ние несколько лет особое внимание уделяется примене- нию Ka-диапазона частот для систем спутниковой связи, ориентированных на массовое обслуживание абонентов с использованием технологий VSAT. В более широком смысле такие си- стемы относят к системам ШПД (ши- рокополосный доступ). В действи- тельности опыт применения Ka-диа- пазона частот насчитывает уже более 20 лет. За этот период создано более 60 спутников связи и вещания, имею- щих диапазон Ka. В табл. 1 представ- лены практически все спутники связи и вещания, полезная нагрузка кото- рых содержит ретрансляционную ап- паратуру Ka-диапазона (созданные за последние 20 лет и проектируемые се- годня спутники). Как следует из таб- лицы, говорить о том, что спутнико- вые системы Ka-диапазона появились недавно, и требуют особых исследо- ваний, в том числе для выяснения за- тухания в атмосфере, нет оснований. Исследования распространения элек- тромагнитных волн Ka-диапазона проведены еще в 1960–1970-х гг. и к настоящему времени методики оценки затухания при распростране- нии радиосигналов стандартизованы в виде рекомендаций ITU-R. Иссле- дования действительно проводятся, но уже для уточнений статистических данных. Приборная реализация ра- диочастотных устройств Ka-диапа- зона к 2012 г. уже освоена. Другой вопрос, что каждая компания, спе- циализирующаяся в области разра- ботки, производства и поставки таких приборов наземного и тем более бор- тового назначения, не склонна рас- крывать свою кооперацию и техноло- гии. Знания в этой области стано- вятся все более закрытыми и коммер- ческими. Поэтому для поддержания научно-технического потенциала рос- сийской космической отрасли тре- буются усилия (и не только финансо- вые) для обеспечения возможности разработки и производства ключевых приборов и элементов с целью обес- печения гибкости при создании собст- венных систем связи и вещания лю- бого функционального назначения, в том числе и Ka-диапазона. Таблица 1 является результатом ана- лиза многочисленных разрозненных материалов (полное упоминание этих материалов невозможно), поэтому могут иметь место и некоторые не- точности, так как в ряде случаев тех- нические данные, представленные в этих материалах, либо противо- речивы, либо в процессе создания си- стемы претерпевают изменения. Од- нако даже на основе этих далеко не полных технических сведений можно выявить некоторые общие тренды. П реимущества и недостатки Ka-диапазона Очевидным преимуществом является более широкая полоса радиочастот. Другим преимуществом, не так часто отмечаемым, является то, что с уве- личением частоты антенная система становится меньше по массе и габа- ритам при фиксированном усилении (или сохранении угловой рабочей зоны, что равнозначно). Здесь сле- дует учесть, что диаметр обтекателя ракеты конечен (например, для РН Ariane диаметр 4,57 м, для РН “Про- тон-М/Бриз-М" диаметр 4,35 м). В результате на спутнике под обтека- телем ракетоносителя размещаются, например, антенные рефлекторы с максимальными габаритами как в Ku-диапазоне (примерно 2,5 м), но в Ka-диапазоне достигаемое усиление больше с коэффициентом, равным квадрату отношения частот Ka/Ku (раскрываемые в космосе антенны не рассматриваются, поскольку их фи- зическая реализация в диапазоне ча- стот более примерно 3 ГГц пока с приемлемыми параметрами невоз- можна). В результате можно оце- ночно принять, что усиление ан- тенны Ka-диапазона будет на 6 дБ выше, чем аналогичной по массе и габаритам антенны Ku-диапазона. Примем в системе Ku-диапазона запас A u (дБ) по энергетике радио- линии относительно “ясного неба”. Для сохранения аналогичного значе- ния коэффициента готовности канала Ka-диапазона, учитывая, что частот- ная зависимость затухания в гидро- метеорах близка к квадратичной [ITU-R, P.618], запас должен при- мерно составить A a ~ A u (f a /f u ) 2 . До- стижимый запас в Ka-диапазоне при аналогичных технических парамет- рах оборудования может составить до A a = A u + 6 дБ. Установим нера- венство A u (f a /f u ) 2 ≤ A u + 6 дБ. Из этого неравенства следует, что при- мерное равенство коэффициентов го- товности каналов Ku и Ka наступает при наличии запасов A u = 2 дБ и A a = 8 дБ. Но при A u > 2 дБ потен- циального энергетического выиг- рыша в 6 дБ недостаточно для сохра- нения идентичного значения коэф- фициента готовности каналов при пе- реходе в Ka-диапазон. Но и эта про- блема уже решена за счет примене- 16 ТЕНДЕНЦИИ C истемы на основе геостационарных спутников связи и вещания Ka-диапазона Валентин Анпилогов, заместитель генерального директора ЗАО “ВИСАТ-ТЕЛ”, к.т.н.