Характеристики направленности антенны

Радиоастрономические наблюдения обычно проводят с помощью больших антенн с высоким усилением или антенных комплексов, чтобы обеспечить требуемую чувствительность и угловое разрешение на небосводе. Радиотелескопы могут состоять из крупных одиночных антенн или комплексов из множества антенн. При типичной ширине диаграммы направленности от нескольких дуговых секунд до нескольких градусов вероятность попадания источника помех в основной лепесток обычно достаточно мала, и поэтому должны учитываться только помехи, попадающие через боковые лепестки. Рекомендуемая модель боковых лепестков больших параболических антенн приведена в Рекомендации МСЭ-R SA.509 (серия "Космические применения и метеорология"), которая основана на эмпирических данных для ряда больших антенн с диаметром более 100 длин волн на частотах между 2 и 30 ГГц и значениях угла j от оси главного лепестка более чем 1°. Коэффициент усиления антенны в области боковых лепестков меняется по угловой шкале на величину порядка l/ D, где l – длина волны, а D – ширина апертуры антенны. Огибающая коэффициента усиления (G) для боковых лепестков описывается следующей моделью:

Влияние мешающего сигнала четко зависит от угла падения относительно оси главного лепестка (пеленга) антенны, поскольку, как показывает модель, усиление бокового лепестка меняется от +32 до –10 дБ в зависимости от этого угла. Однако в п. 4.3 целесообразно рассчитывать пороговые уровни вредных помех для конкретного уровня бокового лепестка, и для этого используют 0 дБи. Для модели бокового лепестка в уравнении (4.1) значение 0 дБи, т. е. усиление, равное усилению изотропного излучателя, получается при угле 19,1° от главного лепестка. Следует отметить, что расчет проводится для порогового уровня п.п.м. или спектральной п.п.м. при приеме с коэффициентом усиления бокового лепестка 0 дБи, и поэтому порог помех в приемнике для радиоастрономии будет превышен, если помехи будут попадать через боковые лепестки с усилением больше 0 дБи, т. е. для значений j менее чем 19,1°. Итак, если сигнал порогового уровня падает в направлении, которое лежит в конусе с половиной угла при вершине, равном 19,1°, с центром на оси главного лепестка, то принятая мощность превысит критерий вредных помех. Телесный угол этого конуса в радианах Ʃ равен 2π(1 – cos j). Грубой оценкой вероятности приема помех в конусе с углом 19,1° служит величина Ʃ, деленная на 2 B стерадиан над горизонтом, с которого могут быть получены мешающие сигналы. Для j = 19,1° получаем Ʃ/2 B = 5,5%. Для более современных конструкций антенн предложена модель бокового лепестка по формуле 29 – 25 log j (см., например, Рекомендацию МСЭ‑R S.580). Для этой модели значение j для 0 дБи равно 14,5°, а соответствующее значение Ʃ/2 B равно 3,2%. В другой модели бокового лепестка (см. Рекомендацию МСЭ-R S.1428) используют формулу 34 – 30 log j, согласно которой угол для 0 дБи равен 13,6°, а соответствующее значение Ʃ/2 B равно 2,8%. Верхний предел суммарного процента времени, в течение которого допустимы помехи выше вредного порогового уровня, приведен в Рекомендации МСЭ-R RA.1513 и равен 5%, из которых не более 2% могут поступать из любой одной сети (см. п. 4.2.4.). Указанные выше три значения Ʃ/2 B (5,5; 3,2 и 2,8%) достаточно хорошо согласуются с данными цифрами, и это служит основанием для выбора уровня в 0 дБи для бокового лепестка в качестве подходящего варианта при расчете п.п.м. и спектральной п.п.м., соответствующей порогу вредных помех.

В конкретных случаях спутников НГСО возникает динамическая ситуация, т. е. позиции спутников относительно диаграммы направленности радиоастрономической антенны сильно меняются со временем в масштабе шкалы времени интеграции в 2000 с. Для анализа помех в этом случае требуется интеграция отклика при переменных уровнях боковых лепестков, например с использованием концепции эквивалентной плотности потока мощности (э.п.п.м.), определяемой в п. 22.5C РР. Кроме того, обычно приходится объединять составляющие помех, создаваемых радиотелескопу от нескольких спутников в пределах той или иной конкретной системы. При таких расчетах предполагают, что пока не будет создана специальная модель для радиоастрономических антенн, можно использовать при предоставлении такой антенны характеристики направленности для антенн диаметром более 100 l по Рекомендации МСЭ-R S.1428 (см. Приложение 1 к этой главе).

Описанные выше модели боковых лепестков пригодны для симметричных параболоидов, к недостаткам которых относится рассеяние излучения конструкцией опоры фокальной плоскости. Уровни боковых лепестков отражателей со смещенными облучателями и незатененной апертурой обычно на 10–15 дБ ниже тех, которые даются моделью. Для радиоастрономии разработано лишь несколько антенн, имеющих конструкцию со смещенными облучателями. Для больших антенн симметричная конструкция оказывается более экономичной, а также может быть предпочтительней для измерений поляризации.