Специальный выпуск "Спутниковая связь и вещание"-2014

61 2014 СПУТНИКОВАЯ СВЯЗЬ И ВЕЩАНИЕ формировании смежного кластера). При этом используется 8 частотных литер по 256 МГц. В результате центральные кластеры должны ра- ботать в полосе частот 256 х 4 = 1024 МГц. Такое решение позволяет практически в два раза уменьшить угловой разнос смежных лучей при заданном уровне облучения края зеркала. В частности, при оптималь- ном уровне облучения зеркала T = -10…-11 дБ обеспечить угловой раз- нос лучей, формируемых кластер- ным облучателем в одном раскрыве антенны, примерно равный ширине ДН луча по уровню -3 дБ (для сравнения см. рис. 2 и формулу 3). Принцип формирования облучателя многолучевой антенны кластерного типа иллюстрируется на рис. 6 [26]. В [26] представлены итоги исследо- ваний по проектам Artes, Европей- ского космического агентства, под- держанные Министерством эконо- мики и технологического развития Германии, Космическим агентством Германии. Как справедливо отмечено в [27], такое решение позволяет отказаться от использования трех или четырех приемопередающих многолучевых антенн в составе антенной системы спутника HTS, выполненных по принципу “один рупор – один луч", и использовать только две много- лучевые антенны – одну приемную и одну передающую. Однако сле- дует отметить, что конкретные пара- метры в [26, 27] не приведены, на- пример, в части потерь в диаграм- мообразующей схеме или иные по- казатели, позволяющие оценить до- стоинство этого решения. Некоторые данные представлены в [28], где рассматривается облуча- тель типа кластерного, у которого каждый кластер образован из четы- рех прямоугольных излучателей (0,9 λ х 0,83 λ ), каждый кластер имеет два излучателя, общих для смежного кластера, формирующего смежный луч (16 излучателей фор- мируют 9 лучей). Если кластеры не пересекаются, то достичь высокого уровня пересечения смежных лучей не удается. Например, в [29] пред- ставлены следующие данные: при трех излучателях пересечение лучей -12…-13 дБ, при семи достигает -4,6…-5,0 дБ, а при 13 составляет -3,0…-3,5 дБ. В [29, 30] решение за- дачи уменьшения углового разноса смежных лучей предлагается обес- печить за счет заполнения излучате- лей диэлектриком. Однако это ре- шение связано с проблемами кон- структивного плана и проблемой по- вышенного взаимодействия излуча- телей между собой – “эффект ре- шетки". М аксимальный угловой разнос лучей В случае использования кластер- ного облучателя при отклонении луча от основного направления на- блюдаются те же эффекты, что и при одиночном облучателе. Однако имеется большая свобода и гибкость в выборе параметров кластерного облучателя зеркала. Действительно, например, в пределе можно рас- сматривать кластерный облучатель, реализованный в виде управляемой АФАР, и за счет этого изменять форму луча, компенсировать повы- шение уровня боковых лепестков и т.п. По-видимому, одной из первых работ, посвященных исследованию этого вопроса, является уже упоми- навшаяся работа [4], выполненная при поддержке NASA. В [4] изло- жены результаты анализа различ- ных вариантов формирования мно- голучевой рабочей зоны на террито- рии США с использованием лучей с шириной диаграммы направленно- сти 0,3 и 0,5 град. при их располо- жении в равномерной гексагональ- ной сетке. Формирование каждого луча предполагалось с использова- нием одиночного излучателя или в виде кластеров из трех, четырех, семи или девяти излучателей. При этом предполагалось, что каждый луч не является симметричным. Так, при одиночном облучателе принято соотношение максимума ширины ДН к ее минимуму 1,232 (рис. 7). При кластерном формиро- вании облучателя рассматривались лучи типа контурных, у которых это соотношение варьировалось от 1,5 до 3,1. При отклонении луча изменяется не только его форма, но и растут боко- вые лепестки. В обзоре [21] ука- зано, что минимальный уровень бо- ковых лепестков достигается при выборе размера излучателя в кла- стере (при F/D близком или боль- шем 1) d/ λ = F/D · 1/(cos θ /2) 2 , (14) где F/D – для несимметричной од- нозеркальной антенны; θ – угол между осью луча и направ- лением из фокуса к центру несим- метричного зеркала (для симметрич- ного зеркала угол равен нулю). Сканирующие свойства зависят от множества факторов. В обзоре [21] приведено сравнение для кластера из 7 излучателей и обычной схемы с одним рупорным облучателем (рис. 8). Данные, представленные на рис. 8, показывают, что сканирующие свойства гибридной зеркальной ан- тенны выше. Однако при этом значение усиления заметно ниже (рис. 5). З ависимость соотношения осей ДН луча от величины его отклонения для уровня боковых лепестков 20 дБ [4] Рис. 7