Выбор оптимальных частот

С точки зрения распространения радиоволн рабочие частоты находятся в интервале 200 МГц...10 ГГц по причинам, изложенным выше. Для низкоорбитальных спутников и спутников на высокоэллиптических орбитах выделены частоты преимущественно в диапазоне сантиметровых волн. Как правило, используемый диапазон ограничен частотой 11...14 ГГц по причине резкого роста поглощения в тропосфере на более высоких частотах.

Кроме этого, нужно учитывать тот факт, что на частотах, выше
10 ГГц, основным источником помех на входе приемника являются собственные шумы приемника. При тех уровнях полезного сигнала на входе приемника, которые имеют место на линиях связи с высокоорбитальными спутниками или межпланетными аппаратами, отношение сигнал/шум может иметь крайне низкое значение. С учетом этого и при исключении влияния магнитного поля Земли на поляризацию волны оптимальный диапазон частот можно принять от 4 до 10 ГГц.

Низкие уровни принимаемых сигналов требуют увеличения мощности излучения или увеличения коэффициентов направленности наземных и бортовых антенн. Напомним, что увеличение мощности излучения наземных и космических систем ограничено главным образом требованиями электромагнитной совместимости с наземными системами связи (радиорелейные линии связи и др.), работающими в том же диапазоне частот. Увеличение коэффициента направленности бортовых антенн ограничено жесткими требованиями к весу и габаритам полезного груза космического аппарата. Таким образом, практически единственным средством увеличения соотношения сигнал/шум в настоящее время является увеличение диаметра зеркала наземной антенны. Однако это вступает в противоречие с требованиями к точности выполнения профиля зеркала. Большую точность выполнения профиля зеркала при его большом диаметре трудно обеспечить чисто технологически. Кроме того, зеркала с большим диаметром подвергаются статическим деформациям под действием собственного веса и в результате действия климатических и метеорологических факторов.

Вследствие ограниченной точности изготовления антенны диаметр зеркала нельзя увеличивать беспредельно, оставляя постоянной рабочую длину волны. При некотором диаметре зеркала D рабочая длина волны λ становится критической для данной антенны, и при дальнейшем увеличении ее диаметра характеристики антенны (КПД, уровень

боковых лепестков) резко ухудшаются. Критическая длина волны при заданном диаметре антенны D находится из условия

, (9.4)

где ρ – точность изготовления профиля зеркала антенны.

На рис. 9.3 приведены результаты расчета критической длины и частоты волны для различных размеров зеркала при условии, что точность изготовления профиля зеркала ρ равна 10^–4 . Например, как следует из рис. 9.3, при диаметре зеркала 100 м рабочая частота волны не должна превышать 1,9 ГГц (λ = 16 см). В то же время при диаметре зеркала 12 м (система «Орбита») критическая частота имеет величину около 16 ГГц (λ = 1,9 см).

Рис. 9.3. Зависимость критической длины волны

и частоты от диаметра зеркала при r = 10^–4

Все вышеизложенное предъявляет дополнительные требования при выборе оптимальных рабочих частот на космических линиях связи.

Вопросы для самопроверки

1. Какие факторы влияют на ослабление сигнала на космических радиолиниях?

2. Что называется эффектом Доплера?

3. Как влияет эффект Доплера на работу радиолинии?

4. Какие факторы учитываются при определении диапазона рабочих частот на линиях космической связи?

5. Какие ограничения накладывают антенны объектов космической связи на рабочие частоты?