Специальный выпуск "Спутниковая связь и вещание"-2014

Задача о выборе надлежащего коли- чества излучателей в кластере яв- ляется одной из ключевых при про- ектировании гибридных зеркальных антенн. Многие результаты могут быть использованы применительно к многолучевым антенным систе- мам. Например, в [31] представлено конечное соотношение для оценки числа излучателей в кластере: , (15) где  , f – фокусное расстояние парабо- лоида, D – диаметр апертуры зер- кала, d – период облучающей ре- шетки (кластера), λ – длина волны, θ max << 1 – максимальный угол от- клонения луча (рад), c 1 = 1-2, коэф- фициент, учитывающий размер зон дифракции вблизи фокуса. Э ффективность антенны В [4] приводятся не очень оптими- стические значения для многолуче- вых антенн, выполненных с кластер- ными облучателями. Теоретическая оценка усиления луча в такой ан- тенне на нижней частоте 16,384 ГГц диапазона передачи показала, что в максимуме луча 0,5 град. достигается всего 47,7 дБ, то есть потери в диа- граммообразующей системе кластер- ного облучателя (четыре излучателя на кластер) составляют около 4 дБ (с учетом соотношения частот при оценках усиления). Требуемое число элементов диаграммообразующей си- стемы – 555. При этом практически большая часть мощности передатчи- ков преобразовывается в тепловую энергию. Видимо, именно эти со- ображения на долгие годы отодви- нули практическую реализуемость многолучевых антенных систем с кластерными облучателями. В другой ранней работе предлага- лось создать спутниковую систему, обеспечивающую магистральную связь между городами США [5]. Для этого предлагалась антенная система в диапазоне Ku на основе антенны Кассегрена с раскрывом 4,27 м (частота 12 ГГц, то есть луч примерно 0,4 град.), но не исклю- чался для рассмотрения и диапазон Ka. Лучи формировались класте- рами из 7, 10 или 12 излучателей. Однако отмечено, что разнос лучей должен быть не менее ширины диа- граммы направленности луча (хотя эта проблема подробно в статье не рассматривается). В данной работе отмечено, что усиление в лучах, формируемых кластерными облуча- телями, ниже на -2,64 и -4,06 дБ (в зависимости от конфигурации кластера и луча) по сравнению с уси- лением одиночного луча обычной, аналогичной по размерам антенны. Похожие значения (4–6 дБ) приве- дены и обзоре [21], где представ- лено сравнение гибридной антенны с облучателем в виде кластера из семи излучателей и той же антенной с одиночным облучателем. На рис. 9 показано сравнение по усилению в зависимости от размера антенны. В уже упомянутой выше работе [28] отмечено, что достижение пересече- ния лучей 1,5 дБ за счет кластер- ного исполнения облучателя сопря- жено с потерями эффективности, которые в совокупности составляют почти 3 дБ (1,1 дБ – неравномер- ность поля в раскрыве и 1,89 дБ – перелив). В [31] рекомендуется для достиже- ния максимального КИП соотноше- ние, которое подтверждается и в ряде других работ (см. [14]): . (16) 62 З ависимость достигаемого угла сканирования от размера рефлектора для обычной антенны и гибридной зеркальной антенны [21] Рис. 8 З ависимость усиления на краю угловой зоны сканирования от размера рефлектора для обычной антенны и гибридной зеркальной антенны [21] Рис. 9