Специальный выпуск "Спутниковая связь и вещание"-2014

Сегодня практически все развитые страны создали или создают системы спутникового ШПД [3]. Эти системы играют заметную роль в националь- ных программах развития ШПД, по- скольку позволяют предоставить для 100% населения доступ к сети Ин- тернет по ценам и техническим пока- зателям, аналогичным наземным сетям ШПД. Кроме того, ресурс спутников HTS в ряде случаев может использоваться и для органи- зации корпоративных сетей, сетей регионального вещания и транспорт- ных каналов сотовых сетей. И стория вопроса Первые научно-технические публи- кации, непосредственно связанные с задачами реализации многолучевых бортовых антенн, относятся к концу 1970-х – началу 1980-х гг. Инициа- тором поисковых научно-техниче- ских работ в этой области высту- пило NASA. Дело в том, что уже в конце 1970-х гг. (Интернета еще не было, а пропускная способность оценивалась исключительно в коли- честве телефонных каналов) NASA, ориентируясь на возможности буду- щих тяжелых ракетоносителей Ari- ane и Space Shutttle, поддержало идею создания высокоинформатив- ных тяжелых многолучевых спутни- ков связи для обслуживания терри- тории США. Причем уже в то время в качестве перспективы рас- сматривалось применение Ka-диапа- зона и даже Q/W-диапазона [4]. При поддержке NASA были прове- дены обширные теоретические и практические исследования реали- зуемости многолучевых антенн. Ре- зультаты исследований в последую- щем были опубликованы в ряде работ [например, 4, 5, 22]. Актив- ность исследований в этой области была поддержана и космическим агентством Японии [6]. Российское космическое агентство также под- держало работы в области создания многолучевых антенн, но в середине 1990-х гг. работы были прекращены (сведений о возобновлении этой те- матики нет). Общий анализ публикаций показы- вает, что основными проблемными вопросами являются: l уровень пересечения смежных лучей или минимально реализуе- мый угловой разнос лучей; l снижение усиления в лучах при их отклонении от центрального направления и изменение формы луча; l достижение приемлемой эффек- тивности многолучевых антенн. Создание многолучевых зеркальных антенн связано с вопросами физиче- ской реализации многорупорного облучателя. Анализ показывает, что, по сути, рассматриваются два основных направления: l реализация облучателя по прин- ципу: “один рупор – один луч”; l реализация облучателя на основе кластеров излучателей. Подавляющее число публикаций связано с исследованиями зеркаль- ных многолучевых антенн, но имеются и отдельные примеры ис- следований и реализации много- лучевых антенн на основе принци- пов построения АФАР. В СССР для определения таких антенн устоялся термин “гибрид- ные зеркальные антенны”. В каче- стве облучателя такой антенны вы- ступала уже фазированная антен- ная решетка, что позволяло осу- ществлять многие функции, предъ- являемые к спутникам связи специ- ального назначения и локации, в том числе быстрое сканирование луча и подавление преднамерен- ных помех. Результаты работ, по- священных гибридным зеркальным антеннам, имеют практическую ценность и при проектировании многолучевых антенн для совре- менных спутников связи и вещания типа HTS. Ф антастические проекты Полномасштабные исследования, выполненные при поддержке NASA, частично опубликованы в докладе на конференции AIAA [4]. В докладе изложены результаты анализа различных вариантов фор- мирования многолучевой рабочей зоны на территории США с исполь- зованием лучей с шириной диа- граммы направленности 0,3 и 0,5 град. при их расположении в равномерной гексагональной сетке. Число лучей варьировалось в анализируемых вариантах: 35 по 0,3 град. (планировалось, что с исполь- зованием Space Shuttle удастся осу- ществить запуск спутника на ГСО с антенной до 4,5 м), 64 и 68 по 0,5 град. при различном коэффициенте переиспользования рабочей полосы частот (достигаемый частотный ре- сурс, деленный на выделенную ра- бочую полосу частот) и различном числе частотных литер (от 2 до 9). Формирование каждого луча пред- полагалось с использованием оди- ночного излучателя (рупора) или в виде кластеров из трех, четырех, семи или девяти излучателей. Многолучевое формирование рабо- чей зоны функционально очень при- влекательно, поскольку позволяет принципиально увеличить энерге- тику радиолинии и соответственно обеспечить высокую пропускную способность. Например, в одной из ранних работ по этой тематике предлагалось создать даже спутни- ковую систему, обеспечивающую магистральную связь между горо- дами США [5]. Идея создания спутниковых много- лучевых систем в 1980-х гг. стала очень популярна во всех развитых странах. В этот процесс активно включилась и Япония, которая в этот период начала формироваться как космическая держава и присту- пила к системной проработке фан- тастического проекта DOMSAT (многолучевая национальная спут- никовая система) в диапазоне 40/50 и 20/30 ГГц. Ряд результатов си- стемного анализа представлен в [6]. В обзоре [6] в качестве доказатель- ства актуальности темы упомина- ется проект U.S. Domestic Platform, который предполагал реализацию многолучевой системы в С-, Ku- и Ka-диапазонах с числом лучей не- сколько десятков. В проекте DOM- SAT в качестве ключевой проблемы рассматриваются вопросы реализа- ции антенной системы в диапазонах 40/50 и 20/30 ГГц с числом лучей 114 (20 ГГц), 630 (20 ГГц), 4950 (20 и 40 ГГц) и антеннами 6; 17,6 и 36,5 м (20 ГГц) и 18,8 м (40 ГГц) и свя- занные с этим вопросы формирова- ния многолучевой рабочей зоны, точности удержания спутника, ми- нимизации межлучевых помех, ограничений при размещении мно- голучевых спутников на ГСО в за- висимости от диаметра наземных антенн, достижение коэффициента готовности спутниковых каналов не ниже 0,9995. В табл. 1 представ- лены итоговые оценки вариантов фантастического проекта DOMSAT (по данным табл. 2 и рис. 11 [6]). Конечно, проект DOMSAT далек от реальности, особенно от реальности 1980-х гг. Более того, из таблицы следует, что разработчики опериро- вали понятием числа стволов (транспондеров), которое вдвое больше числа лучей (предполага- лось, что каждый луч имеет запрос- ный и ответный ствол). Это говорит о том, что в то время еще не суще- 55 2014 СПУТНИКОВАЯ СВЯЗЬ И ВЕЩАНИЕ