кроссполяризационная развязка что это
Кроссполяризационная развязка спутниковой антенны
Кроссполяризационная развязка — что это
Почему регламентируются требования к кроссполяризационной развязке VSAT
● Необходимостью обеспечения защиты полезных сигналов расположенных на Земле VSAT‑станций от сигналов ортогональной поляризации, производимых фиксированной спутниковой службой;
● Преимуществом кроссполяризационной развязки прямофокусных антенных систем, имеющих питание в средней точке перед офсетными;
● Превосходством офсетных антенн над тарелками, обладающими питанием в средней точке, за счет меньшего уровня боковых лепестков (для антенн малой апертуры — 1.2−2.4 м на полосах 14/12 ГГц);
● Широким применением офсетных антенн на станциях VSAT;
● Уменьшением эффективности повторного применения частот за счет двух типов поляризации при использовании прямофокусных антенн, обладающих относительно небольшой поляризационной избирательностью.
Требования к кроссполяризационной развязке антенной системы
Кроссполяризационная развязка для антенных систем, работающих в C‑диапазоне
Кроссполяризационная развязка для антенных систем, работающих в Ku‑диапазоне
Требования для линейной поляризации
Требования для круговой поляризации
Методы измерения кроссполяризационной развязки
Измерение кроссполяризационной диаграммы направленности тарелки по азимуту
1. Испытуемое оборудование соединяется с осуществляющим измерения приемником, при этом частота испытательного сигнала должна соответствовать главной частоте передающей полосы. Сигнал, пропорциональный угловому расположению от сервопривода, подается на ось X графопостроителя, сигнал от измерительного приемника — на ось Y.
2. Испытательный сигнал транслируется измерительным передатчиком, предназначенным для линейной поляризации в вертикальной плоскости, для круговой — методом левого, а затем правого вращения. Ось главного лепестка тарелки при этом должна быть согласована с определенным лучом антенны передатчика, производящего измерения.
Отметим, что такие характеристики антенн, как ДН и КУ, обычно рассчитываются и измеряются для дальней зоны, т. е. для расстояний R>2(L 2 /l), где L – максимальный линейный размер апертуры. Это условие для расстояния между антеннами РЭС далеко не всегда выполняется на подвижных объектах, и тем самым указанные характеристики оказываются функциями расстояния. Простой аналитической модели такой зависимости в настоящее время не найдено, и расчет ДН(R), КУ(R) реализуется численными методами.
2.3.3. Влияние поляризационных характеристик на развязку между антеннами
Уровень кроссполяризационного излучения антенны во многом определяет ее помехозащищенность. В рабочей полосе частот поляризация излучаемых антенной полей соответствует расчетной (например, вертикальной, горизонтальной, круговой). В пределах главного лепестка на уровне 3дБ кроссполяризационная компонента, как правило, не превышает –25. –40дБ, на уровне же –10дБ возрастает до –25. –15дБ. У осесимметричных антенн самые низкие значения кроссполяризационных компонент ориентированы в направлениях главных плоскостей Е; и Н. В то же время в диагональных плоскостях, составляющих 45° с плоскостями Е и Н, отмечается резкий рост этих компонент (рис.3).
В области боковых и заднего лепестков значения кросскомпонент могут превышать уровни на основной поляризации. Однако усредненная оценка показывает [57], что здесь все же превалирует основная компонента с уровнем около 10дБ. У глубоких зеркальных антенн доля кроосполяризационного поля возрастает, в заднем полупространстве она может превышать 20% от основной.
 |
Улучшение поляризационных характеристик, повышение чистоты поляризации можно достичь соответствующей конструкцией самой антенны, элементов ее крепления, исключающих появление ортогональных составляющих, использованием соответствующих компенсационных выравнивателей. Перспективными в этом смысле являются круглые рупорные антенны и облучатели с гофрированными стенками или же с гладкими стенками, но с использованием диэлектрических втулок и др. В зеркальной антенне диапазона 3,4. 7ГГц с помощью гофрированного рупорного облучателя можно более чем на 30дБ относительно максимума снизить уровень кроссполяризованных компонент [57].
Для уменьшения кроссполяризованных компонент могут быть использованы проволочные сетки, покрывающие всю площадь излучения или лишь ее часть. При этом провода такой сетки должны быть ориентированы перпендикулярно основной поляризации. Это позволяет на 10. 13 дБ снизить уровень этих кросскомпонент. Такое техническое решение применяется на ретрансляторе связи космической системы Comstar, где при повторном использовании рабочих частот развязка между ортогонально поляризованными составляющими достигает 32 дБ в диапазоне 4. 6 ГГц.
Использование поляризационной развязки для решения вопросов ЭМС эффективна лишь при связи антенн по главному и ближним боковым лепесткам, поскольку в дальних лепестках поляризацией трудно управлять.
2.3.4. Влияние аберрации ЗА на параметры ЭМС
При высокой направленности антенн, в частности в диапазоне сантиметровых и миллиметровых волн, нарушение условия ЭМС может быть обусловлено наличием различного вида аберраций. Такие нарушения могут возникнуть, например, в системах спутниковой связи. В качестве методов коррекции аберраций могут выступать различные электронные, механические, конструкторские или другие меры и методы. Например, в антенных решетках такая коррекция может быть осуществлена с помощью соответствующего расположения или питания антенных элементов, у зеркальных антенн аберрацию можно устранить с помощью выбора необходимой формы облучателя и самих зеркал. В частности, для этой цели может быть использовано так называемое “реактивное зеркало”, собранное из отрезков волноводов, одни концы которых закорочены, а другие – разомкнуты и расположены в одной плоскости. Характерно, что у такой искусственно отражающей поверхности, удовлетворяющей условиям синусов Аббе, угол отражения не равен углу падения. Такой реактивный рефлектор позволяет корректировать наиболее неприятную, с точки зрения условий ЭМС, аберрацию.
2.4. Адаптивные методы обеспечения ЭМС
2.4.1. Изменение характеристик антенн в зависимости
от сигнально-помеховой обстановки
При динамических ситуациях (связи с подвижными объектами, изменяющихся условиях распространения в системах дальней связи, воздействии преднамеренных помех) необходима оперативная перестройка ДН. Теория и техника таких “самонастраивающихся” (адаптивных) антенн усиленно развиваются в настоящее время. В отличие от выше рассмотренных методов, где ЭМС РЭС достигается за счет заранее определенного выбора параметров антенн, эти методы базируются на выборе этих параметров в зависимости от текущей, в том числе и изменяющейся во времени сигнально-помеховой обстановки. Эти методы рассмотрим на основе [115–117] и работ авторов. Для перестройки пространственно-поляризационных параметров антенн используют обычно электронные методы. При этом механические методы также не исключаются и могут реализовываться с помощью соответствующих деформаций рефлекторов, смещения облучателей, поворота в пространстве и смещения электрического центра всей антенной системы, изменения длины или формы антенны, согласующихэлементов и других узлов антенно-фидерного тракта.
Электронные методы основываются на использовании двух или более парциальных антенн с управляемым по амплитуде и фазе питанием. Вектор весовых коэффициентов v/(t), осуществляющий это управление, должен формироваться исходя из наличия априорной информации о параметрах сигналов и помех, технических возможностей по управлению параметрами передающей или приемной стороны и тех критериев, которые положены в основу РЭС или всей системы в целом. В настоящее время наметилось несколько самостоятельных направлений развития адаптивных методов, которые и рассмотрим более подробно.
2.4.2. Адаптивные компенсаторы помех (АКП)
Всё о проекте «Спутниковый интернет Starlink». Часть 21. SL и проблемы поляризаци
Предлагаю ознакомиться с ранее размещенными материалами по проекту Starlink (SL):
Сначала немного теории…
Если мы говорим о радиоволне, то она имеет такую характеристику как «поляризация». Словами это описывается так:
Поляриза́ция волн — характеристика поперечных волн, описывающая поведение вектора колеблющейся величины в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны.
Понять слова гораздо сложнее, чем увидев это на рисунке:
Вверху — это круговая поляризация, ниже — это вертикальная (синяя линия) и горизонтальная (красная линия). Для спутниковой связи используются пары вертикальная/горизонтальная или левая/правая круговая.
Если мы глянем на Starlink, то там тоже понимают важность этого и, судя по нижеприведенной таблице, они в 20-м году заявили в ФСС, что хотят использовать обе поляризации на всем возможном частотном диапазоне по 2000 МГц в правой и левой круговых поляризациях (Rx01 и Rx02 имеют одинаковые частоты, но разные поляризации).
И тогда, при спектральной эффективности 5 бит/Гц (очень много, но теоретически достижимо при очень хороших антеннах и большой величине Сигнал/шум) получим пропускную способность одного спутника 4000 МГц х 5 бит/Гц = 20 Гигабит.
Однако, как всегда есть НО! Посмотрим, как это реализовано…
Если у нас, есть обычная параболическая антенна, то поляризация устанавливается путем поворота облучателя и его волновода вокруг оси на антенну:
//В общем случае, параметры поляризации берутся из регламента компании, предоставляющей услуги аренды спутникового ресурса (например, регламент ГПКС).
Угол поляризации зависит от точных координат места установки VSAT и определяется в специальных программах. Его можно узнать у оператора ЦУС (Центр Управления Сетью, обычно в Москве), сообщив ему координаты.
После того, как затянуты болты азимута и угла местности:
Ослабьте болты на опоре крепления приемопередатчика (ODU)
Поверните ODU на угол поляризации, полученный в расчетной программе, и выполните действия указанные ниже.
После подтверждения от оператора, что параметры удовлетворяют нормам и азимут с углом места настроены нормально, необходимо произвести дополнительную настройку поляризации.
Подстройка поляризации выполняется в несколько этапов:
Справедливости ради, надо отметить, что для круговой поляризации таких сложностей нет, там всего лишь нужно правильно выбрать положение диплексера, для которого существует два варианта — Левый и Правый, отличающиеся на 90 градусов.
Диплексер — это пассивное устройство, которое реализует мультиплексирование в частотной области. Два порта мультиплексируются на третий порт. Сигналы на портах 1 (на приемник) и 2 (на передатчик) занимают непересекающиеся полосы частот. Следовательно, сигналы на 1 и 2 могут сосуществовать на порте 3 (от антенны), не мешая друг другу.
Теперь вернемся к SL.
В случае Starlink проблемы с поляризацией на порядок сложнее.
Здесь антенны ФАР стоят на обеих концах спутникового канала — и на спутнике, и на земле. Вдобавок, непрерывно и очень быстро меняется не только расстояние до спутника, но и угол наклона луча относительно плоскости антенны…
При всей гениальности, трудолюбии и располагаемом бюджете инженеров, которых привлек Илон Маск к созданию своего терминала, еще 2 года назад им, похоже, стало ясно — не получится использовать две поляризации, и SpaceХ отправил в ФСС заявку, что в его наземных терминалах будет использоваться только 1 (одна) поляризация – Правая на линии со спутника к терминалу и Левая в направлении от терминала к спутнику…
То есть, SpaceX пришлось добровольно отказаться от 50% пропускной способности сети Starlink, которая была выделена ей FCC для работы своих абонентских терминалов…
Так же отметим, что в Ка-диапазоне, который используется в Starlink для передачи информации с Земли в космос, этой проблемы вообще нет, так как и на спутнике и на Земле используются параболические антенны, для которых проблема кросспола решается обычными методами, и от гейтвея на ИСЗ можно передать по-прежнему в сумме 4000 МГц в 2 поляризациях…
Можно ли в будущем что-то тут поправить?? Теоретически, наверное, можно (тем более бумага же все стерпит, любые фантазии. ). Но любое решение здесь затронет геометрию, параметры, возможно материалы и конструкцию терминала и его фазированной решетки. При этом помним, что главная цель – это снизить стоимость терминала. И терминал уже спроектирован и находится в серийном производстве…
Что можно сделать?? Для ответа на этот вопрос нужна информация о фактическом размере кроссполяризационной развязки.
К сожалению, пока терминал Starlink попадает в руки все больше Слесарей или АйТишников, которые его ломают или смотрят, какой там стоит вайфай… Никто пока не догадался (не смог снять частотные характеристики терминала) на каких частотах он работает, какие модкоды, какая у него кросспольная развязка, какую помеху он ставит в другую поляризацию. Эти измерения непросты- нужно 2 спектроанализатора на 14 ГГц (когда-то они стоили десятки тысяч долларов, сколько сейчас не скажу, но все равно недешево), параболическая антенна с электроприводом, и нестандартным контроллером, способным настроиться и сопровождать сигнал неизвестного формата (обычные контроллеры заточены под «телевизионный» формат сигнала DVB-S2, но не факт, что в Starlink он используется), чтобы одновременно измерять сигнал со спутника в обеих поляризациях, но я надеюсь, что в течение полугода, кто-нибудь из спутниковых компаний в США это выполнит, и информация просочится в Интернет…
Какие возможны варианты??
(Если говорить более точно, то судя по описанию терминала, частотный диапазон для Starlink разбит не на 4 цвета, а на 8, так как канал со спутника вниз имеет ширину 240 МГц и в 2000 МГц поместится 8 каналов, но это уже детали. В этом случае, каждый луч (пятно, зона освещения на Земле) имеет свой частотный диапазон, который не накладывается на другой луч с этими же частотами, то есть нет взаимных помех.
И главное, в этом случае Starlink может использовать все 4000 МГц, которые передает c/на спутник гейтвей в Ка- диапазоне.
Какое решение выбрали в SpaceX: возможность работы одновременно в 2 поляризациях или отказ от одной и использование frequency reuse, мы пока сказать не можем.
Указание в частотной заявке, поданной в FCC обеих поляризаций — это просто административно- юридическая мера, таким образом, SpaceX оставил за собой право их использовать и аннулировал возможность других операторов подать на него жалобу за наличие вещания в виде помехи в этой поляризации.
Ответом на этот вопрос будет знание, сколько лучей одновременно может вещать спутник на Землю 8 или 16 (или еще больше, ибо формально антенна на спутнике может передавать и более узкие лучи, не только шириной 240 МГц, но и 120 МГц и 60 и 30 и даже 15 МГц).
Нет и ответа на вопрос, а возможна ли такая коммутация каналов на ИСЗ, чтобы использовать все 4000 МГц, ибо при отрицательном ответе сеть Starlink не cможет использовать половину доступного ей спутникового ресурса… И эту ситуацию, скорее всего, не исправишь до начала запуска спутников нового поколения (если принять, что вообще теоретически и практически возможно создать ФАР с КПР на уровне 29..30 дБ)… А половина частотного ресурса для зон с высоким спросом на услуги Starlink — половина доходов…
Кроссполяризационная развязка что это
В настоящее время в системах спутниковой связи и вещания (СССВ) [1] существует практика многократного использования имеющейся полосы. Это осуществляется следующими взаимно совместимыми процедурами:
• пространственный разнос лучей: работа ведется в одних и тех же полосах частот при использовании спутниковых антенн, соединенных с различными ретрансляторами и имеющих направленные и разнесенные в пространстве лучи;
• развязка по поляризации (работа с двумя видами поляризации): передача ведется в одних и тех же полосах частот через спутниковые антенны, связанные с разными ретрансляторами радиочастотных сигналов с двумя ортогональными поляризациями.
Повторное использование частот за счет поляризационной развязки в С-диапазоне в радиолиниях с круговой поляризацией применяется достаточно давно, начиная с космического аппарата (КА) Intelsat-V [2]. Однако ухудшение качества сигнала вследствие деполяризации, обусловленной влиянием метеорологических факторов, приводит к необходимости дополнения станций устройствами поляризационной компенсации. Такие устройства разработаны [1] и применяются в основном в составе земных станций (ЗС) телепортов, в сетях типа VSAT. В то же время сложность и высокая стоимость их реализации препятствуют их широкому применению.
В России СССВ с поляризационным уплотнением до недавнего времени не создавались. Первая подобная система развернута на базе КА «Ямал-100», запуск которого был осуществлен в 1999 г. В рамках действующей СССВ «Ямал» разворачиваются сети VSAT с поляризационным уплотнением.
Многократное использование частот при поляризационном разделении сигналов в сетях, образуемых современными спутниками-ретрансляторами, выдвигает соответствующие требования к кросс-поляризационным характеристикам антенн, которые образуют радиолинии Земля – КА (линия «вверх») и КА – Земля (линия «вниз»).
Определяющим фактором при повторном использовании частот КА в одной зоне обслуживания на поверхности Земли является уровень поляризационной развязки сигналов в «смежных» стволах ретранслятора, т. е. в стволах с одинаковым частотным диапазоном.
При принятой для большинства СССВ России в
С-диапазоне (6/4 ГГц) круговой поляризации на радиолиниях кросс-поляризационные характеристики определяются прежде всего коэффициентом эллиптичности КЭ передающей и приемной антенн, образующих эти радиолинии, т. е. КЭ антенн КА и ЗС.
Имеющиеся на рынке антенны КА и ЗС различных диаметров, особенно радиусом до 5 м, имеют довольно широкий разброс значений КЭ. Причем до настоящего времени цель – получить поляризационную развязку в отечественных СССВ при изготовлении антенн не ставилась ни для ЗС, ни для КА. Впервые такая задача в ее наиболее полном виде – достижение поляризационной развязки при повторном использовании частот, в том числе для ЗС типа VSAT, была поставлена при создании СССВ «Ямал».
В данной статье будет рассмотрен комплекс факторов, влияющих на уровень поляризационной развязки в каналах связи при повтоований к коэффициенту эллиптичности антенн ЗС, которые обеспечивают работу в СССВ с поляризационным уплотнением. При этом будут учтены имеющиеся значения Кэ антенн КА, пороговых свойств применяемых и перспективных модемов земных станций, а также принципы организации спутниковых радиосетей фиксированной спутниковой службы.
Воздействие мешающего сигнала от земной станции, работающей в «сопряженном» по поляризации стволе КА, происходит вследствие приема мешающего сигнала от ЗС «сопряженного» ствола из-за конечной величины поляризационной развязки как на линии «вверх» («смежная» ЗС – КА), так и на линии «вниз» (КА – «основная» ЗС).
Влияние этих двух радиолиний на уровень поляризационной развязки определяется индивидуальными характеристиками трасс распространения и оборудования КА и ЗС, а также режимом работы радиолиний. Предположим, что режимы работы ЗС и сопряженных стволов ретранслятора КА (Ку, КЭ, ЭИИМ и т. д.) и характеристики оборудования и трасс распространения одинаковы. Тогда влияние обоих путей образования помех равнозначно.
Неравномерность уровней (мощностей) сигналов, занимающих одну и ту же частотную полосу в соседних сетях (смежных стволах) при свободном (независимом) назначении в них частот, может достигать 10 дБ и более. Она обусловлена применением в сетях антенн различного диаметра (1,5–7 м и более), различными коэффициентами кодирования (R=1/2,2/3, 3/4, 7/8 и др.) и видами модуляции (ФМ-2, ФМ-4, 8PSK, QAM-16 и др.).
В табл. 1 представлены результаты расчета значения уровня подавления шумовой помехи и измеренные уровни подавления для сигналов ФМ-2 и ФМ-4 при мешающем сигнале аналогичной структуры на той же частоте и различных коэффициентах кодирования для ухудшения нормированного отношения сигнал/шум на 0,5 дБ.
При добавлении шумовой помехи с мощностью D (приращение мощности шума) отношение мощности сигнала к мощности шума N1=S/N принимает вид N2 = S/(N + D). При этом выражение S/D = S/N * 1/(A-1), где А – заданное ухудшение нормированного отношения сигнал/шум N1/N2, определяет отношение мощности сигнала к приращению мощности шума, т. е. требуемую кросс-поляризационную развязку, определяемую антеннами КА и ЗС.
Требуемое ослабление мешающего сигнала относительно полезного на входе демодулятора зависит от вида модуляции и кодирования и для часто используемых в настоящее время сигналов в спутниковых сетях находится в пределах от 11,0 до 17,5 дБ.
При свободном назначении частот сигналов, их структуры и уровней в сетях «смежных» стволов (или образуемых различными КА) возможен наихудший случай совпадения сигналов как по частоте, так и по структуре. Используя данные табл. 1, определим требуемое ослабление мешающего сигнала, обусловлен учетом идентичных режимов работы смежных стволов РТР и ЗС. Результаты расчета приведены в табл. 2.
Требования к уровню поляризационной развязки на спутниковых радиолиниях, работающих с поляризационным уплотнением, в общем случае оказываются достаточно высокими (см. табл. 2). Причем жесткость требований оказывается тем выше, чем более сложен по структуре используемый сигнал. В то же время при взаимной координации сигналов, работающих в каналах с повторным использованием частот, т. е. при взаимном ограничении выбора параметров рабочих сигналов в этих каналах, требования к уровням поляризационной развязки резко снижаются (например, при взаимной координации уровней сигналов они могут быть ослаблены на 10 дБ).
Таким образом, с учетом взаимного влияния сигналов в сопряженных стволах, определяемого рассмотренными факторами, необходимое значение кросс-поляризационной развязки должно составлять ≥24÷30,5 дБ.
Известно, что при идеальной круговой поляризации развязка для радиоволн с противоположными направлениями вращения вектора напряженности поля – правым и левым – стремится к бесконечности.
Вследствие различного рода конструктивных особенностей выполнения антенн вместо идеальной круговой поляризации всегда имеет место эллиптическая, которая может быть представлена как суперпозиция идеальной круговой и линейной [3]. Положение линейной составляющей напряженности поля определяет положение осей эллипса поляризации антенны.
Соответственно, отвлекаясь пока от влияния среды распространения, можно считать, что для двух антенн, образующих радиолинию, поляризационная развязка определяется взаимным положением линейной составляющих векторов напряженности поля, т. е. осей эллипсов поляризации обоих антенн (поскольку круговые составляющие обеспечивают «идеальную» развязку).
При параллельном расположении соответствующих осей (больших и малых) обеих эллипсов развязка будет минимальной, при взаимно перпендикулярном – максимальной. В соответствии с чисто геометрическими представлениями указанная минимальная развязка будет обеспечиваться в достаточно широком секторе углов расхождения осей обоих эллипсов, а максимальная – только в одной точке. То есть при проектировании радиолиний оценивать уровень поляризационной развязки необходимо в общем случае исходя из минимального ее значения, если не предусмотрена соответствующая подстройка взаимного положения эллипсов поляризации в процессе эксплуатации путем изменения положения облучателя одной из антенн радиолинии.
Эллипс поляризации антенны меняется при отклонении антенны от направления на корреспондента. Причем меняются не только величина Кэ, но и положение осей этого эллипса, которые обусловлены влиянием кросс-поляризационных паразитных составляющих излучения, лежащих вне основных (Е и Н) плоскостей излучения антенны. Поэтому при оценке поляризационной развязки, создаваемой антеннами ЗС, должна учитываться и ошибка наведения антенны ЗС на КА [4- ГСО нескольких КА (так называемое кластерное размещение КА) с ортогональными поляризациями необходимо также брать в расчет ошибку наведения на «свой» КА и угловое расхождение с КА, по отношению к которому осуществляется поляризационное разделение.
Ослабление g мешающего сигнала при поляризационной развязке в зависимости от коэффициентов эллиптичности обеих антенн радиолинии (e1 и e2) и угла j между соответствующими осями эллипсов поляризации этих антенн в общем случае описывается выражением [4]:
(1+ e12)(1+ e22) (1+ e12)(1+ e22)
Минимальная развязка соответствует значению j=0 (параллельное расположение соответствующих осей эллипсов поляризации), максимальная – значению j = p/2.
Из выражения (1) видно, что принципиально можно получить g = 0, т. е. сколь угодно высокую развязку при любых значениях КЭ2 и КЭ2, если удастся добиться КЭ1= КЭ2,
т. е. при равенстве коэффициентов эллиптичности обеих антенн и ортогональном расположении соответствующих осей эллипсов поляризации. Графики зависимости (1), соответствующие случаям j = 0 и j = p/2.
Для примера представлен график зависимости уровня поляризационной развязки от угла между осями эллипса поляризации двух антенн (КА и ЗС) для получения заданной степени развязки g при значениях коэффициентов эллиптичности КЭКА = 0,85 и КЭЗС в диапазоне от 0,7 до 1,0. Данный график характеризует необходимую точность сопряжения осей эллипсов по углу при проведении подстройки.
Получение высоких значений поляризационной развязки в радиолиниях принципиально возможно, если в процессе эксплуатации сохраняются стабильные условия, обеспечивающие сохранение первоначально установленных параметров, либо при обеспечении соответствующей подстройки величины Кэ и взаимного положения осей эллипсов поляризации антенн при изменении упомянутых условий. При этом должны быть учтены все возмущающие факторы – геофизические, метеорологические, климатические и пр., влияющие на трассу распространения сигналов на линиях «вверх» и «вниз» с учетом различия несущих частот.
Достижение необходимых высоких уровней развязки при круговой поляризации требует обеспечения значений КЭЃ1 и создания в связи с этим прецизионных конструкций антенн (см. (1) и рис. 1). Расхождение комплексных амплитуд двух векторов (линейной поляризации), образующих круговую поляризацию, не должно превышать сотых долей дБ. Столь малые разности комплексных амплитуд векторов, составляющих круговую поляризацию, практически невозможно сохранить в процессе эксплуатации радиолинии вследствие влияния метео- и геофизических факторов.
С другой стороны, из формулы (1) и анализа графиков, аналогичных представленному на рис. 2, для
Таким образом, достижение высоких уровней поляризационных развязок в СССВ требует разумного компромисса между сложностью, высокой трудоемкостью изготовления и стоимостью антенн с КэЃ1 и введением оперативной подстройки соответствующих их параметров. Критерием оптимальности, очевидно, является показатель «эффективность/стоимость» СССВ в целом.
На рис. 1 изображены кривые поляризационной развязки для различных Кэ при соосном и ортогональном взаимном расположении их эллипсов поляризации совместно с требуемыми уровнями поляризационной развязки для различных сигналов, взятыми из табл. 2 для случая жесткой взаимной координации уровней сигналов (выравнивание уровней сигналов в радиолиниях) и при свободном их назначении (разница в 10 дБ). При соосном расположении эллипсов
поляризации минимальная развязка, обеспечиваемая существующими антеннами ЗС КА, позволяет работать при жесткой координации, в лучшем случае только сигналом ФМ-4 с кодированием R=1/2 и в отдельных точках (плоскостях) на краях зон обслуживания, где для КА Кэ ≥ 0,95. Исключение составляют антенны с Кэ ≥0,94, для которых возможна работа с сигналами ФМ-4 с
R = 1/2; 3/4 и 7/8 в центре зон обслуживания и на краях, где для КА Кэ ≥ 0,9, но при жесткой координации. В отдельных случаях, где для КА Кэ ≥ 0,95 (в отдельных точках на краях зон обслуживания), возможна работа многофазными сигналами.
При независимом распределении частотного ресурса в сетях, образуемых сопряженными по поляризации стволами КА, требования к уровням поляризационной развязки существенно повышаются (до 10 дБ) и могут быть выполнены только подстройкой эллипсов поляризации. Причем подстройке должны быть подвергнуты как значение Кэ, так и положение осей эллипсов поляризации.
Максимальное поле допуска на сопряжение осей эллипсов поляризации по углу достигается при равенстве их Кэ (см. рис. 1, 2). Поле допуска по углу составляет ±40 даже для значения развязки g≥35 дБ и коэффициента эллиптичности Кэ=0,75, т. е. достаточно велико (грубая настройка) и вполне достижимо для современных антенн довольно простыми средствами. Для меньших значений g и больших Кэ оно резко возрастает и составляет уже десятки градусов, что позволяет ставить вопрос о подстройке положения эллипсов поляризации под конкретные условия работы радиолиний даже для ЗС с антеннами малого диаметра.
Наиболее жесткий допуск на Кэ необходим для высоких значений развязки (см. рис. 2). Например, для приведенного значения g = 35 дБ при критерии точности совмещения осей эллипсов по углу не хуже ±20 допуск на Кэ (абсолютное значение) лежит в пределах от ±0,025 (для Кэ = 0,7) до ±0,03 (для Кэ = 0,9), т. е. составляет 3,6 ÷ 3,3%. Для значендопуску по равенству значений Кэ уже существенно слабее. Следовательно, могут быть несколько снижены и требования к точности совмещения осей эллипсов при крайних значениях этого допуска. Так, для Кэ = 0,7 допуск составляет ±0,04 (абсолютное значение) при точности совмещения осей эллипсов не хуже ±2,50, а для Кэ = 0,9 – ±0,05 (абсолютное значение) при точности совмещения осей не хуже ±100. То есть относительные значения допуска по равенству значений Кэ для этой величины развязки находятся в пределах (5,7÷5,6)%. Допуск на совмещение осей эллипсов поляризации по углу «разменивается» на допуск по равенству значений КЭ.
Поэтому приведенные значения допусков являются ориентировочными.
Таким образом, для большинства существующих антенн земных станций спутниковой связи и телевидения (Кэ не более 0,8) поляризационная развязка при работе с соответствующим КА может быть резко улучшена за счет соответствующей подстройки осей эллипса поляризации антенн ЗС.
(Например, путем поворота облучателя вокруг своей оси, не говоря уже о подстройке коэффициента эллиптичности.) При жесткой координации связных ресурсов могут быть реализованы практически все режимы работы.
В то же время при Кэ бортовых антенн, равном 0,9, и Кэ земных станций, равном 0,85–0,95, при введении режимов подстройки поляризационных характеристик ЗС по величине Кэ и ориентации осей эллипсов поляризации проходят все виды работы (сигналов), в том числе многофазные, при независимом назначении связного ресурса в «смежных» сетях.
Реализация поляризационной развязки в СССВ и режимов подстройки поляризационных характеристик антенн ЗС требует решения ряда научно-технических задач, основными из которых являются:
• определение параметров трасс распространения сигналов и оценка их влияния на уровень поляризационной развязки, уточнение абсолютных значений и пределов изменения величины Кэ и поворота осей эллипсов поляризации, в том числе путем набора статистики флюктуаций этих величин на трассах «вверх» и «вниз» с учетом метео- и геофизических факторов, а также многолучевости распространения радиоволн, особенно при работе под малыми углами места;
• жесткая привязка абсолютного и относительного положений осей эллипсов поляризации антенн КА на прием и передачу в рабочем диапазоне частот и углов диаграмм направленности; при этом желательно иметь значения КЭ антенн КА во всей зоне обслуживания до уровня не менее 0,9;
• исследование и разработка антенн ЗС, допускающих независимую регулировку в процессе эксплуатации величины КЭ на прием и передачу в пределах 0,7–0,95;
• исследование и разработка антенн ЗС, допускающих регулировку положения осей эллипсов поляризации;
• системная реализация процессов оперативной индикации, анализа и подстройки поляризационных характеристик антенн ЗС непосредственно в процессе эксплуатации, автоматизация процессов указанной подстройки;
• оптимизация режимов работы и способов организации спутниковых радиолользования сигналов со все более сложными структурами и необходимостью достижения взаимонезависимости работы этих каналов и стволов при поляризационном уплотнении.
На сегодняшний день удовлетворительные результаты по поляризационной развязке могут быть достигнуты путем использования в составе связных ЗС антенн 2,4–9,3 м производства НПО «ПМ-Развитие» (Красноярск-26), у которых для серийно выпускаемых антенн значение Кэ≥0,94. В совокупности с координацией распределения частотно-энергетического ресурса это позволяет обеспечить требуемую кросс-поляризационную развязку и увеличить пропускную способность системы почти в 2 раза.