Библиографическое описание:

Погребной А. А., Никитин Д. М., Мороз Ф. В., Мальцев А. Н., Побережный И. А., Свиридов А. Н. Измерение диаграммы направленности двухзеркальной антенны Кассегрена и расчет коэффициента усиления исследуемой антенны по измеренной диаграмме направленности // Молодой ученый. — 2016. — №13. — С. 196-200.


  1. Диаграмма направленности.

Обязательной составной частью любой радиотехнической системы является антенное устройство. При помощи антенны обеспечивается прием и передача полезных электромагнитных волн, которые распространяются в окружающем пространстве [1]. Ко всем антенным устройствам предъявляются требования, предусмотренные Международным консультативным комитетом по радио. Это необходимо для эффективного использования частотного спектра и уменьшения негативных влияний на радиосистему со стороны других радиосистем. Одно из таких требований — антенна должна иметь заданную характеристику направленности.

Антенные системы имеют множество различных параметров, которые дают возможность сравнивать антенны и давать оценку их эффективности при использовании. Главным параметром антенны, ориентированной на передачу, является векторная комплексная нормированная характеристика направленности, которая отражает распределение и все свойства электромагнитного поля, излучаемого в пространство. Но на практике наибольший же интерес представляет амплитудная диаграмма направленности, которая является частным случаем комплексной характеристики направленности. Графически амплитудная характеристика антенны представляет собой пространственную фигуру, которая является достаточно сложной как для построения, так и для понимания. Для повышения информативности и наглядности пространственной ДН выбирают сечения в конкретных плоскостях и на практике при анализе антенного устройства используют уже двумерные диаграммы направленности.

Поскольку роль антенн с течением времени возрастает, то степень важности измерения их диаграмм направленности является неотъемлемой и ответственной частью современных радиотехнических измерений с целью выяснения эффективности работы всей приемопередающей системы.

  1. Описание схемы измерения ДН антенны на передачу.

В качестве исследуемой использовалась двухзеркальная антенна Кассегрена диаметром 7,3 метра. Поскольку производилось измерение диаграммы направленности антенны на передачу, то использовался диапазон частот 17,3–18,4 ГГц.

На рисунке 1 представлена схема испытания для измерения диаграммы направленности исследуемой антенны. Антенна земной станции имеет электромеханический привод, обеспечивающий равномерное движение антенны в диапазоне углов не менее ± 7 ̊ по азимутальной и угломестной осям. Нестабильность частоты передачи земной станции должна быть не хуже . Требуемая стабильность частоты обеспечивается техническими характеристиками генератора. Антенна контрольной станции в ходе всего испытания неподвижна.

Описание: C:\Users\ROSSONERO\Desktop\3.JPG

Рис. 1. Схема измерения параметров антенны на передачу

Измерения проводились путем регистрации сигналов, принимаемых космическим аппаратом при повороте антенны земной станции по азимуту и углу места. Регистрация сигналов при этом велась техническими средствами контрольной станции.

  1. Описание испытания.

На земной станции была собрана схема измерений в соответствии с рисунком 1. В качестве генератора может быть использован модулятор в режиме немодулированного сигнала, при условии, что он обеспечивает необходимую стабильность частоты.

Антенна земной станции наводилась по максимуму сигнала, принимаемого со спутника. По команде контрольной станции выдавался сигнал на спутник определенной частоты, мощности и поляризации. На КС были переданы значения углов установки антенны по азимуту и углу места.

Во взаимодействии с КС был откалиброван тракт передачи-приема. Для этого изменялась мощность сигнала передачи ЗС с шагами через 1 дБ, 5 дБ и 10 дБ. Результаты калибровки фиксируются КС.

Для измерения ДН антенны в азимутальной плоскости антенна отводилась влево на заданный азимут и по команде КС равномерно двигалась вправо. При этом на контрольную станцию сообщались значения азимута относительно пика сигнала. Для измерения ДН в угломестной плоскости производились те же самые действия.

  1. Результаты проведения испытания.

Измерение диаграммы направленности антенной системы проводилось на основе немодулированной несущей с частотой 17,98 ГГц (LHCP), передаваемой через спутник ретранслятор «Экспресс-АТ1» с точкой стояния восточной долготы. Параметры наведения для антенной системы на этот спутник составляли: азимут , угол места .

Используемое оборудование: генератор HP 83622B (2–20 ГГц), передатчик CPIVZU-6995AY, антенна ЗС «GDSatcom 7.3M» [2], спутник «Экспресс-АТ1», антенна КС «GDSatcom 6.3M», приемник GDSatcomDigitalTrackingReceiver, анализатор спектра AgilentE4407B.

Спектрограммы результатов измерения диаграммы направленности антенной системы «GDSatcom 7.3M» на передачу представлены на рисунках 2 и 3. Измеренные значения уровней первых боковых лепестков диаграммы направленности антенной системы «GDSatcom 7.3M» на передачу, относительно уровня главного лепестка, составляют не более минус 16 дБ. Коэффициенты усиления остальных боковых лепестков диаграммы направленности, по крайней мере в 90 % случаях, не превышают значений ограничительной маски. Маска ДН определяется по формуле (1) из [3]:

(1)

Здесь угол соответствует значению следующих углов, отсчитываемых от оси главного лепестка ДН антенной системы: .

Ширина ДН в азимутальной плоскости по уровню -3 дБ составила 0,181, для ДН в угломестной плоскости это значение составило 0,193.

Полученные в ходе испытания значения соответствуют паспортным данным антенной системы.

Описание: C:\Users\ROSSONERO\Desktop\3.png

Рис. 2. Спектрограмма результатов измерения диаграммы направленности антенной системы «GDSatcom 7.3M» на передачу в азимутальной плоскости

Описание: C:\Users\ROSSONERO\Desktop\4.png

Рис. 3. Спектрограмма результатов измерения диаграммы направленности антенной системы «GDSatcom 7.3M» на передачу в угломестной плоскости

  1. Расчет коэффициента усиления антенны на передачу.

Зная ширину диаграммы направленности антенны по уровню 3 и 10 дБ, можно оценить коэффициент усиления антенны на измеряемой частоте следующим образом:

− Измерить ширину ДН антенны по уровню 3 и 10 дБ по азимуту и углу места , , ,

− Скорректировать измененные значения , с учетом угла места ЗС () по формуле (2).

(2)

Угол места ЗС:

− Определить коэффициент направленного действия антенны по формуле (3), учитывая соотношения (4) и (5):

(3)

где:

(4)

(5)

(угловые величины задаются в градусах)

Определить коэффициент усиления антенны по формуле (6), приняв во внимание (7):

(6)

где:

(7)

где:

Следовательно, КУ антенны равен соотношению (8):

(8)

Литература:

  1. Марков Г. Т. Антенны: учебник для студентов радиотехнических специальностей вузов / Г. Т. Марков, Д. М. Сазонов. — Изд. 2-е, доп., перераб. — М.: Энергия, 1975. — 528 с.
  2. Model 7.3 CassegrainAntenna [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://www.gdsatcom.com/Antennas/Data_Sheets/655–0060B_7.3m.pdf свободный. — Загл. с экрана (дата обращения 27.02.2016).
  3. Guide Module / Earth station verification and assistance. — Eutelsat. — 2000. — Vol. 1. — P. 31–32.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle