Исследование влияния квази-параболического фазового распределения на контурные диаграммы направленности зеркальных антенн и плоских АФАР

• Автор: Лялин, Константин Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 145 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
Список употребляемых сокращений
Введение
Глава первая. Анализ современного состояния проблемы
формирования КДН
Глава вторая. Формирование КДН на базе АФАР
§1. Постановка задачи
§2. Формирование математической модели
§3. Расчет требуемого для синтеза заданной КДН амплитуднофазового распределения на элементах решетки
§4. Расчет требуемого для синтеза заданной КДН фазового
распределения на элементах решетки
§5. Заключение
Глава третья. Формирование КДН на базе зеркальной антенны
§1. Постановка задачи
§2. Формирование математической модели
§3. Расчет требуемого для синтеза заданной КДН профиля
рефлектора
§4. Заключение
Глава четвертая. Анализ влияния особенностей, возникающих
при практической реализации методик формирования КДН
§1- Постановка задачи
§2. Оценка влияния дискретности в установке амплитуд и фаз
на элементах АФАР на формируемую КДН
§3. Оценка влияния неточностей в изготовлении профиля
рефлектора и в установке облучателя в ЗА
§4. Заключение
Заключение
Список цитируемой литературы
Список употребляемых сокращений
АР - антенная решетка;
АФАР - активная фазированная антенная решетка;
АФР - амплитудно-фазовое распределение;
АФМ - амплитудно-фазовый метод;
АЦМ - аналого-цифровой модуль;
БПФ - быстрое преобразование Фурье;
ГЗА - гибридная зеркальная антенна;
ДН - диаграмма направленности;
ДПФ - дискретное преобразование Фурье;
ЗА - зеркальная антенна;
ЗУ - запоминающее устройство;
ИСЗ - искусственный спутник земли;
КА - космический аппарат;
кдн - контурная диаграмма направленности;
кнд - коэффициент направленного действия;
МАС - многолучевая антенная система;
СВЧ - сверхвысокая частота;
СР - спутниковый ретранслятор;
ССА - статистический синтез антенн;
ССС - система спутниковой связи;
СТА - статистическая теория антенн;
СФДН - система формирования диаграммы направленности; УБЛ - уровень боковых лепестков;
ФАР - фазированная антенная решетка;
ЦАР - цифровая антенная решетка;
ШФМ - штрафных функций метод;
ЭВМ - электронно-вычислительная машина;
ЭИИМ - эквивалентная изотропно излучаемая мощность.

ВВЕДЕНИЕ
Антуан де Сент-Экзюпери писал, что нет большей роскоши, чем роскошь человеческого общения. Однако только в конце 20 столетия понимание важности и необходимости общения на любых расстояниях приобрело созидательную силу.
Созидательная сила общения проявилась в тенденциях персонализации и глобализации связи мирового сообщества, которые легли в основу 1-ой Всемирной конференции по электросвязи (Буэнос-Айрес, 1994г.), проведенной под эгидой МСЭ и определившей требования к будущей Глобальной информационной инфраструктуре. Предложения и рекомендации к указанной конференции были сформулированы на основании исследований, проводимых с 1985г. МСЭ (сектор МСЭ-Р) [1].
Глобальная информационная инфраструктура включает в себя, в том числе, и систему спутниковой связи (ССС), перед которой ставится задача наиболее полного покрытия территории земной поверхности для обеспечения беспрерывной и надежной связи в любой точке планеты. Расширение площади покрытия возможно как за счет увеличения орбитальной группировки, так и за счет расширения возможностей действующих ССС, что особенно актуально для России в силу значительно меньшей стоимости.
Кроме обеспечения беспрерывной и надежной связи, зачастую перед антенной системой ставится задача подавления побочных сигналов, идущих за пределы территории, обслуживаемой спутником. При выполнении этих задач возникает проблема точности охвата лучом антенны спутникового ретранслятора территории на поверхности Земли. На сегодняшний день эта проблема решается путем помощью многолучевой антенной системы (MAC), показанной на рис.1.а, которая “освещает” территорию посредством множества “игольчатых” лучей.

Если же число модулей в ЦАР велико, а сигнал широкополосный, то применяются параллельные схемы, в которых используется принцип: “один процессор на один модуль и один луч”. Удобную структуру подобного типа для независимого формирования лучей с помощью дискретного преобразования Фурье (ДПФ) представляет собой так называемая систолическая матрица, в которой множество одинаковых процессоров связано между собой, с общим ЗУ, где хранятся весовые коэффициенты, и с управляющим устройством. Все процессоры одновременно выполняют одну и ту же команду над разными данными. Данные от модулей подаются с нарастающей задержкой, чтобы скомпенсировать задержки в горизонтальной магистрали. Систолическая матрица позволяет формировать многолучевую ДН и независимо управлять относительно небольшим числом лучей.
При увеличении числа лучей, числа модулей в решетке и ширины полосы пропускания сигнала реализация алгоритма ДПФ требует достаточно высокого быстродействия от процессора (до 1 триллиона операций в секунду [110]). Число операций может быть существенно сокращено при переходе к алгоритму быстрого преобразования Фурье (БПФ). Процессор, реализующий этот алгоритм, производит частичное поэтапное умножение данных и перекрестное сложение пар сигналов до тех пор, пока на выходе не образуется полный набор всех ДН. Аналогом такого процессора является матрица Батлера. Раздельное управление диаграммами, а также их адаптация и коррекция в этом случае невозможны. Применения алгоритма БПФ требует также существенного увеличения памяти ЗУ.
Указанные особенности алгоритмов ДПФ и БПФ необходимо учитывать при выборе способа формирования ДН, чтобы минимизировать объем аппаратуры СФДН [87, 94, 95].
Алгоритмы адаптации ДН исследованы в [91, 96, 97], алгоритмы коррекции ДН в [88, 91-93, 106-108]. Необходимо заметить, что эти алгоритмы не требуют такого быстродействия, как алгоритм формирования ДН, т.к. и адаптация,