Исследование потенциальных характеристик спутниковой многолучевой гибридно-зеркальной антенны путем моделирования процесса адаптации к случайным деформациям рефлектора

Abstract

Стабилизация положения лучей крупногабаритной гибридной зеркальной антенны (МГЗА), профиль рефлектора которой подвержен искажениям из-за изменяющихся эксплуатационных факторов, в частности, неравномерности теплового нагрева в период эксплуатации на орбите, является сложной технический задачей. Один из вариантов ее решения в интересах поддержания на необходимом уровне энергетики спутниковой системы связи состоит в адаптации амплитудно-фазового распределения кластеров облучающей решетки к случайным деформациям рефлектора. Путем статистического моделирования оценены потенциально достижимые характеристики системы. Моделируются три варианта адаптивного регулирования весовых коэффициентов кластеров, формирующих лучи: а) при фиксированных кластерах, б) при адаптации весовых коэффициентов, в) при адаптации весовых коэффициентов и положения кластеров, г) при адаптации весовых коэффициентов и конфигурации кластеров. Для осуществления многовариантных расчетов используется предложенная нами упрощенная электродинамическая модель крупногабаритной МГЗА, состоятельность которой подтверждена сопоставлением с расчетами в среде Ticra Grasp. При малых временных затратах рассчитываются не только диаграммы направленности лучей, но и фокальные пятна на полотне антенной решетки, которые позволяют определять рациональный состав элементов кластеров и вектор их весовых коэффициентов. Вычислены усредненные и наихудшие значения коэффициента усиления в пределах обслуживаемой зоны для серии деформаций рефлектора. Показано, что в типичных условиях снижение усредненного коэффициента покрытия рабочей зоны может быть сведено к 0,1…0,2дБ вместо значения 1,6дБ без адаптации. The stabilization of the beams of large-sized multi-beam hybrid mirror antenna (MBHMA), the reflector profile of which is subject to distortion due to changing operational factors, is a complex technical task. One of the solutions to maintain the energy of the satellite communications system is to adapt the amplitude-phase distribution of the clusters of the irradiating array to random deformations of the reflector. By statistical modeling, the potentially achievable characteristics of the system are evaluated. Three variants of adaptation of cluster excitation were modeled: a) for fixed clusters, b) for adaptation of excitation, c) for adaptation of weights and position of clusters, d) for adaptation of weights and cluster configurations. For multivariate calculations, we use the simplified model of MBHMA that we have proposed. Comparison with calculations in Ticra Grasp environment confirmed the correctness of the model. Not only radiation patterns, but also focal spots on the antenna array we calculated to determine the rational composition of cluster elements and the vector of their excitation coefficients. Beams gain within the service area for reflector deformations were the subject of analysis. The studies showed that gain decrease can be reduced to 0.1 ... 0.2 dB instead of 1.6 dB without adaptation.