300...350 К при номинальном усилении 15..17 дБ. Далее сигналы поступают через микрополосковый ферритовый вентиль ФВ на второй двухкаскадный транзисторный МШУ-2, идентичный перво­ му, с микрополосковым ФВ на выходе. Сигнал с выхода ПрЧ по­ ступает на семизвенный полосовой фильтр ПФ с полосой ствола 27 МГц, в состав ПФ входит корректор группового времени запаз­ дывания. Усилители УПЧ-1...УПЧ-3 обеспечивают усиление каждо­ го ствола в полосе 11,7 12,5 ГГц.

8.14. Общие сведения и требования к антеннам

Антенны земных станций. В спутниковой связи широкое применение нашли спутники на геостационарной орбите, но при­ меняются и спутники на эллиптической орбите с апогеем около 40000 км. Угол места и азимут геостационарных спутников относи­ тельно земной станции должны быть фиксированными. Однако реально они изменяются в пределах от долей до единиц градусов. При эллиптической орбите эти параметры изменяются в широких пределах. В обоих случаях приходится обеспечивать слежение за спутником лучом антенны; для этих целей в составе антенных сис­ тем имеются механические приводы и устройства автоматического наведения.

Учитывая, что радиосигнал существенно ослабляется при рас­ пространении на трассах между бортовым ретранслятором и земны­ ми станциями, антенна должна иметь по возможности высокий коэф­ фициент усиления и, следовательно, большие геометрические раз­ меры. При заданной геометрической площади для получения по возможности большего усиления, необходимо обеспечить равномер­ ное по амплитуде и постоянное по фазе распределение поля в раскрыве антенны. В реальных антеннах эти условия идеально выпол­ нить не возможно, из-за чего реальное усиление антенны G оказыва­ ется ниже максимального. Для повышения отношения сигнал/шум в канале связи необходимо не только увеличивать усиление антенны, но и уменьшать суммарную шумовую температуру антенны, антенно­ волноводного тракта и малошумящего усилителя.

При разработке конструкции антенны учитывают заданные климатические условия, особенно рабочие и предельные скорости ветра, и необходимость защиты от обледенения и т.д. Таким обра­ зом антенны земных станций должны обеспечивать возможность наведения луча на спутник, иметь высокий коэффициент усиления и низкую шумовую температуру, обеспечивать необходимое по­ стоянство электрических характеристик, надежную работу и сохра­ нение конструкции в заданных климатических условиях. Антенны

земных станций должны иметь высокую экономическую эффектив­ ность, определяемую стоимостью антенны, затратами на ее экс­ плуатацию, а также обладать большим сроком службы (не менее 10 лет) и возможностью проводить ремонтно-профилактические работы на антенне без перерыва связи.

Преимущественно на земных станциях применяются зер­ кальные антенны. Диаметр основного зеркала, определяет слож­ ность, стоимость и область применения антенны. Таким образом антенна земной станции состоит из зеркала с облучателем, антен­ но-волноводного тракта, опорно-поворотного устройства с элек­ тросиловым приводом, аппаратуры наведения и автосопровожде­ ния источника сигнала.

В развитии систем спутниковой связи и антенн земных стан­ ций, работающих в диапазонах 4/6ГГц и создаваемых для новых диапазонов (11/14 и 20/30 ГГц) наметились следующие основные направления [8.1]:

1 повышение точности удержания спутника на орбите, по­ скольку при этом становятся более простыми опорно-поворотные устройства антенны, а также обеспечивается в диапазонах 4/6 и 11/14 ГГц точное наведение на спутник качанием контррефлектора;

2.удвоение пропускной способности земной станции на ос­ нове поляризационной развязки;

3.оборудование антенны лучеводом - рядом перископиче­ ских зеркал, передающих сигнал от облучателя до контррефлекто­ ра и обратно. При этом появляется возможность разместить при­ емную и передающую аппаратуру непосредственно у облучателя в неподвижном помещении на уровне земли, что укорачивает антен­ но-волноводный тракт и тем самым существенно уменьшаются вносимые потери.

Для сохранения параметров антенны при снеге и гололеде искусственно подогревают зеркало и облучатель, для этих целей на задней поверхности зеркала монтируют электронагреватели. Для предохранения антенны от влияния солнечной радиации ее излучающие поверхности покрывают радиопрозрачными диффу­ зионными красками.

Бортовые антенны спутника. К основным требованиям

кбортовым антеннам относятся [8.6]:

-излучаемая антенной мощность должна быть сосредоточе­ на только в зоне обслуживания, при этом плотность потока мощно­ сти должна быть максимально равномерной в пределах этой зоны; -требуемые поляризационные характеристики и высокая пространственная избирательность должны сохраняться при из­

менении параметров спутников, применяемых в сети связи;

- антенны должны иметь малые габариты и массу, выдержи­ вать большие ускорения и вибрации, сохранять работоспособ­ ность в условиях глубокого вакуума, при воздействии солнечной и ионизирующей радиаций.

По мере совершенствования систем стабилизации спутников и соответственно с повышением точной ориентации бортовых ан­ тенн на заданную зону обслуживания, а также уменьшения ее раз­ меров диаграмма направленности антенны стала сужаться, стали применяться однонаправленные антенны в виде больших парабол или синфазных антенных решеток с большим количеством облуча­ телей. Применение пространственно-временной коммутации сиг­ налов на спутнике привело к появлению новых бортовых антенн с многолучевыми диаграммами направленности, соответствующими форме зоны обслуживания. Принцип действия подобной многолу­ чевой антенны (в данном примере - трехлучевой) поясняется с помощью рис.8.13. На этом рисунке[8.6]: РТР - бортовой ретранс­ лятор, АК - антенный коммутатор, РО - рупорный облучатель, АЛ - антенная линза, 3 - облучающая зона, 30 - зона обслужива­ ния.Облучатель Р01, расположенный в фокусе АП, формирует сферическую волну, которая проходя через АП, преобразуется в плоскую волну, распространяющуюся от АЛ (луч 1) в зону 31 на поверхности земного шара.

АЛ

Зепнай шар

Рис. 8.13

Облучатели Р02 и РОЗ несколько смещены относительно Р01, что вызывает соответствующее по величине, но противопо­ ложное по направлению смещение лучей 2 и 3 и зон 32 и 33. Линза АЛ уменьшает расфокусировку антенны из-за смещения облучате­ ля относительно фокуса АЛ, и превращает сферическую волну в плоскую. При подключении всех трех РО к одному РТР на поверх­ ности Земли формируется зона обслуживания, аппроксимирующая 31...33 (см. рис.8.13). Изменением числа и взаимного расположе256

ние РО, формируют диаграмму направленности, соответствующую обслуживаемой территории. Чем больше число облучателей и размеры линзы, тем выше точность аппроксимации и эффективнее использование мощности излучения бортового передатчика.

8.15. Общие принципы построения космических систем телеконтроля и управления

Нормальный режим работы ретранслятора в системе связи обеспечивается специальным командно-измерительным комплек­ сом КИК, контролирующим положение спутника на орбите и его ориентацию относительно центра тяжести. Комплекс КИК определеляет траекторию движения спутника, обеспечивает прием от него информации о состоянии бортовых систем и передачу на спутник команд управления [8.6].

Поясним структуру КИК с помощью рис.8.14, из которого видно, что он включает в себя как наземные, так и бортовые ра­ диотехнические средства. На земной поверхности располагается сеть командно-измерительных пунктов КИП, координационно­ вычислительный центр КВЦ и центральный пункт управления ЦПУ, которые связанны между собой линиями связи и линиями переда­ чи данных ЛПД. Центр КВЦ - это комплекс ЭВМ, работа которых программируется с ЦПУ Каждый КИП включает в себя радиотех­ нические, лазерные и оптические средства для определения па­ раметров движения спутников и обмена информацией с ним. Од­ нако для непрерывного наблюдения за полетом спутника необхо­ дим ряд КИП с перекрывающимися зонами радиовидимости. Это связано во-первых с тем, что из-за взаимного движения Земли и спутника весьма ограничено время видимости спутника с одного КИП. Во-вторых, элементы орбиты, определенные радиоизмере­ ниями из одной точки на поверхности Земли, имеют сравнительно низкую точность. В среднем число КИП составляет от 20 до 30, иногда доходит до 80 и более.

В состав КИП обычно входит несколько командно­ измерительных станций, выполняющих различные задачи. Одни станции предназначаются для обнаружения и наблюдения за неиз­ вестными и "молчащими" спутниками, другие рассчитаны на работу по сигналу бортового радиомаяка спутника. Присутствие на одном КИП несколько одновременно работающих командно-измерительных станций создает взаимные помехи. Для борьбы с ними станции раз­ носят в пространстве, а также используют разнесение рабочих час­ тот, пространственную и временную селекцию сигналов. Предусмот­ рена привязка работы КИП к системе единого времени.

Зона радиовидимости спутника с КИП

Рис. 8.14

Поскольку спутник-удален от КИП, а мощности его бортовых источников питания ограничены, приходится использовать для траекторных измерений автономные бортовые радиомаяки. К тому же используют все известные способы повышения чувствительно­ сти приемных устройств [8.5]. Для уменьшения влияния доплеров­ ских сдвигов частоты на качество приема, используют узкополос­ ные следящие фильтры с их программным управлением. В косми­ ческих командно-измерительных системах как правило совмещают систему траекторных измерений с телевизионной и телеметриче­ скими системами, системой командного управления и средствами связи, что позволяет более рационально использовать на спутнике и КИП общие блоки. Однако при этом ограничивается выбор мето­ дов модуляции в каналах различных систем, позволяющие осуще­ ствить разделение информации.

Системы наведения антенн на спутник [8.4]. Применение на земных станциях остронаправленных антенн с максимальным усилением обуславливает точное наведение антенн на спутник и автоматическое слежение за его перемещениями по орбите. 258