Теоретические обоснования методов снижения ближнего бокового излучения антенн для земной станции спутниковой связи

S V Zinkin

doi:10.22213/2413-1172-2024-2-70-75

Authors

S. V. Zinkin Penza State University

DOI:

https://doi.org/10.22213/2413-1172-2024-2-70-75

Keywords:

satellite communication station, lateral radiation of antennas, reduction method

Abstract

Within the framework of this article, various methods of reducing the lateral radiation of the antenna are considered, which mainly relate to the angular directions directly adjacent to the direction of the main radiation of the antenna for an earth satellite communication station. The relevance of this issue is beyond doubt, since it is the behavior of the antenna's diagrammatic orientation in this area that most significantly determines the electromagnetic compatibility of various satellite communication systems. The presence of axial shading leads to a significant increase in the near side lobes. The specified deformation of directional properties in a certain plane can be eliminated by using an additional radiator, the phase center of which in this plane coincides with the phase center of the antenna. Shadow radiation compensation is carried out only in a beam of regions close to the plane perpendicular to the straight line connecting the centers of the main and auxiliary antennas. The angular compensation area can be significantly expanded if the phase centers of the main and auxiliary antennas are combined. This rather trivial conclusion is still waiting for its non-trivial technical implementation. Wide-angle compensation of lateral radiation is proposed to be carried out by two auxiliary antennas located parallel to the suppression plane. The best results can be obtained by optimizing the opening shape of the auxiliary radiators. Studies show that the optimal variant of the directional pattern occurs when the mentioned irradiators are made in the form of rectangles with a length of 0,295 and a height of 0,117 from the opening radius of the main antenna, and the distribution in the openings of the auxiliary antennas is cosine-shaped. In this case, it is possible to suppress the radiation level to -40 dB.

Author Biography

S. V. Zinkin, Penza State University

PhD in Engineering, Associate Professor

References

Arnaud E., Dugenet J., Elis K., Girardot A., Guihard D., Menudier C., Monediere T., Roziere F., Thevenot M. (2020) Compact iso ux X-band payload telemetry antenna with simultaneous dual circular polarization for LEO satellite applications. IEEE Antennas Wirel. Propag. Lett., 2020, 19, pp. 1679-1683.

Xu W., Li P., Qiu Y. (2019) Electromagnetic performance analysis of inhomogeneous airborne radomes for circular polarization applications. IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, vol. 18, no. 1, 2019, pp. 74-78.

Akan V. (2021) Choke ring horn antenna design for satellite payload data transmitters. Microw. Opt. Technol. Lett., 2021, 63, pp. 1913-1919.

Jinyuan Liu, Lixun Li, Yong Zuo, Huaming Chen, Shaojie Ni. Analysis of performance degradation introduced by radome for high-precision GNSS antenna. https://doi.org/10.1155/2019/1529656

Kang E., Yang J., Park Y., Kim J., Shin W., Park Y.B., Choo H. (2023) Analysis of a low-earth orbit satellite downlink considering antenna radiation patterns and space environment in interference situations. Remote Sens., 2023, 15, 1748. https://doi.org/10.3390/rs15071748

Polenga S.V., Erokhin A.A., Krylov R.M., Stankovsky A.V., Litinskaya E.A., Hudonogova A.D., Danilov I.Y., Salomatov Yu. P. (2019) A Ka-Band Shaped-Beam Circularly Polarized Reflectarray Antenna. Radiation and Scattering of Electromagnetic Waves, Divnomorskoe, Russia, 24-28 June 2019. Piscataway, IEEE, 2019, pp. 281-284.

Martinez-de-Rioja E., Encinar J.A., Pino A., Gonzalez-Valdes B. (2019) Design of Bifocal Dual Reflectarray Antennas in Ka-Band to Generate a Multi-Spot Coverage from Geostationary Satellites. 13-th European Conf. on Antennas and Propagation, Krakow, Poland, 31 March 2019 - 5 April 2019. Piscataway, IEEE, 2019, pp. 1-5.

Поленга С. В., Ерохин А. А., Рязанцев Р. О., Полигина А. Д., Крылов Р. М., Литинская Е. А., Гафаров Е. Р., Александрин А. М., Саломатов Ю. П., Данилов И. Ю. Двухдиапазонная отражательная антенная решетка Ka/Q-диапазонов частот // Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2022. № 5. С. 18-31.

Кувалкин Е. С., Захаров А. И., Пец А. В. Оценка затухания радиосигнала для построения трассы связи «Земля - космос» // Вестник Балтийского федерального университета им. И. Канта. Серия: Физико-математические и технические науки. 2019. № 3. С. 99-109.

Cheng S., Gao Y., Cao J., Guo Y., Du Y., Hu S. (2020) Application of Neural Network in Performance Evaluation of Satellite Communication System: Review and Prospect. In: Liang Q., Wang W., Mu J., Liu X., Na Z., Chen B. (eds) Artificial Intelligence in China. Lecture Notes in Electrical Engineering, vol. 572. Springer, Singapore.

Жиров В. А., Орлов А. Е., Смирнов А. А. Эффективность использования частотно-энергетического ресурса в перспективных высокоскоростных спутниковых системах связи // Электросвязь. 2019. № 1.С. 42-51.

Антенные системы с широкоугольным механоэлектрическим сканированием / А. В. Станковский, С. В. Поленга, Е. А. Стригова, Ю. П. Саломатов // Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2023. № 5. С. 50-62.

Пастернак Ю. Г., Пендюрин В. А., Сафонов К. С. Математическая модель излучающей апертуры фар, состоящей из сегменто-параболических антенн // Вестник ВГТУ. 2020. № 6. С. 69-78.

Волхонская Е. В., Коротей Е. В., Власова К. В. Модельные исследования направленных свойств однозеркальной антенны с двухдиапазонным логопериодическим облучателем в среде MATHCAD // Вестник Балтийского федерального университета им. И. Канта. Серия: Физико-математические и технические науки. 2020. № 4. С. 88-95.

Моделирование линейной антенной решетки для спутниковой связи современных телекоммуникационных систем / С. А. Антипов, В. Н. Кострова, П. В. Николаев, Ю. Г. Пастернак, К. А. Разинкин, В. И. Чугуевский // Вестник ВГТУ. 2020. № 4. С. 64-69.

Двухполяризационные решетки широкополосных печатных излучателей для приложений X- и Ku-диапазонов / В. В. Головин, Ю. Н. Тыщук, И. Л. Афонин, А. Л. Поляков, Г. В. Слезкин // РЭНСИТ. 2022. № 1. С. 3-10.

Стенд для измерения направленных характеристик антенн спутниковых систем связи / А. Б. Гладышев, Д. Д. Дмитриев, В. Н. Ратушняк, А. В. Жгун, О. Б. Грицан // Космические аппараты и технологии. 2020. № 4 (34). С. 201-208.

Ballandovich S.V., Liubina L.M., Sugak M.I. (2020) Non-planar full-metal slot reflectarray antenna // 23rd Intern. Microwave and Radar Conf., Warsaw, Poland, 5-8 Oct. 2020. Piscataway: IEEE, 2020, pp. 338-341.

Волхонская Е. В., Коротей Е. В., Скридлевский А. В. Оптимизация конструкции двухзеркальной антенны Грегори с логопериодическим облучателем Ku-диапазона для повышения качества решения задач спутниковой связи // Радиотехника. 2020. № 2. С. 5-13.

Titovets P.A. (2020) Technique for increasing the antenna gain-to-noise-temperature of satellite communications Earth stations with axisymmetric reflectors // T-Comm, 2020, no. 2, pp. 45-51.

Liu F., Su M., Li J., Li Y., Chen M. (2020) Research on Satellite Communication System for Interference Avoidance. In: Yu Q. (eds) Space Information Networks. SINC 2019.Communications in Computer and Information Science, vol 1169. Springer, Singapore.

Тайгин В. Б., Лопатин А. В. Разработка зеркальной антенны космического аппарата с ультралегким высокоточным размеростабильным рефлектором // Космические аппараты и технологии. 2019. № 3 (29). С. 121-131.

Пантенков Д. Г., Гусаков Н. В., Ломакин А. А. Методический подход к радиоконтролю сигналов спутниковой связи с оценкой требуемых энергетических характеристик приемных станций // Известия вузов. Электроника. 2022. № 3. С. 382-383.

Исследование направленных характеристик антенны земной станции спутниковой связи методом спирального сканирования / А. Б. Гладышев, Д. Д. Дмитриев, В. Н. Ратушняк, О. Б. Грицан // Журнал СФУ. Техника и технологии. 2021. № 7. С. 830-838.

Рыбков А. В., Бурмакин В. В. Анализ проблем спутниковой связи на подвижных объектах // Актуальные проблемы авиации и космонавтики. 2021. Т. 2. С. 47-49.