Особые соображения, связанные с передатчиками на геостационарных спутниках

Помехи от передач геостационарных спутников составляют особую проблему. Прежде всего необходимо отметить, что радиоастрономы не могут проводить наблюдения в присутствии сигналов на линии вниз в той же полосе частот. Таким образом, рассмотрение помех от спутников в общем касается нежелательного излучения, которое попадает в радиоастрономические полосы частот.

Поскольку уровни мощности в Таблицах 4.1 и 4.2 рассчитаны в предположении усиления антенны 0 дБи, вредные помехи возникают, когда боковые лепестки антенны с усилением больше 0 дБи направлены на передатчик, излучающий на уровнях, указанных в Таблицах 4.1 и 4.2. Для радиоастрономической антенны с боковыми лепестками, равными соответствующим лепесткам эталонной антенны, определенным в уравнении (4.1), помехи возникают, если антенна направлена под углом 19° или менее к направлению на спутник, излучающий на этих уровнях. Так, серия подобных спутников, расположенных с интервалами на геостационарной орбите, не дает возможности проводить радиоастрономические наблюдения с высокой чувствительностью для полосы небосвода шириной 38° и более с центром на этой орбите. Потеря такой большой области небосвода накладывает жесткие ограничения на радиоастрономические наблюдения.

Полезный критерий для защиты радиоастрономии от излучений геостационарных спутников предложен на Рисунке 4.3. На этом рисунке показана проекция геостационарной орбиты в звездных координатах, если смотреть с широты ряда крупных радиоастрономических обсерваторий. Если будет возможно направить радиотелескоп на область в пределах 5° от орбиты без возникновения вредных помех, то тогда для этого телескопа окажется недоступной для наблюдений с высокой чувствительностью полоса небосвода шириной 10°. Для каждой обсерватории такие потери могут оказаться весьма серьезными. Однако для сочетания радиотелескопов, расположенных на южной и северной широтах и работающих на одинаковых частотах, окажется доступным весь небосвод. Поэтому величину в 5° можно считать требованием для минимального углового разнесения между основным лепестком радиоастрономической антенны и геостационарной орбитой.

РИСУНОК 4.3

Проекция геостационарной орбиты на небесную сферу,
видимую из мест расположения нескольких радиообсерваторий

В отклике модели антенны по уравнению (4.1) уровень для бокового лепестка под углом 5° от основного лепестка составляет 15 дБи. Таким образом, чтобы исключить вредные помехи для радиотелескопа, направленного под углом 5° от передатчика, излучение спутника в радиоастрономических полосах должно быть уменьшено до уровня на 15 дБ ниже плотности потока мощности, приведенной в Таблицах 4.1 и 4.2. Если спутники разнесены по орбите с интервалами всего в несколько градусов, то уровни эквивалентной изотропно излучаемой мощности отдельных передач в направлении обсерватории должны быть еще ниже, чтобы выполнялось требование, что сумма мощностей всех принимаемых мешающих сигналов должна быть на 15 дБ ниже Δ P_H в Таблицах 4.1 и 4.2.

Ясно, что можно добиться некоторой дополнительной защиты от излучения спутников с помощью сведения к минимуму уровня усиления боковых лепестков вблизи основного лепестка. Это важно учитывать при проектировании в будущем радиоастрономических антенн.

Фильтрация

Мощность нежелательных сигналов вне полосы пропускания радиоастрономического приемника устраняют с помощью полосовых фильтров. В разных каскадах приемной системы можно ввести несколько фильтров, чтобы быть уверенным, что ни в одной точке нежелательные сигналы не будут достаточно сильными, чтобы привести к нелинейности. Весьма высокую избирательность можно получить с помощью цифровых фильтров, но в предыдущих каскадах должно быть получено достаточное усиление, чтобы сигнал можно было оцифровать. На краях полосы может потребоваться отклик с низким уровнем, к примеру –100 дБ по сравнению с центром полосы, так что ширина фильтра в точках –3 дБ может быть меньше полной ширины отведенной полосы. Поскольку промежуточные частоты сравнительно низкие и обычно находятся в пределах от 100 МГц до 10 ГГц, возможны относительно крутые края фильтра. Наклон краев отклика фильтра зависит от количества секций фильтра и от его расчетной характеристики. Некоторое дополнительное обсуждение вопросов фильтрации приведено в главе 6.

4.7.5      Уровни помех, способные нанести ущерб радиоастрономическому приемнику
или привести к его насыщению

В Отчете МСЭ-R RA.2188 "Уровни плотности потока мощности и э.и.и.м., возможно наносящие ущерб приемникам радиоастрономический службы" отмечается, что входная мощность порядка 25 мВт является достаточной для повреждения или разрушения большинства радиоастрономических приемников. В то же время более слабые входные сигналы способны привести усиление этих приемников к насыщению. В ряде сценариев действующие радиолокаторы способны стать источниками входных сигналов с подобным уровнем мощности.

–      Связь между главными лучами. Высокое усиление радиоастрономических антенн в сочетании с высокой мощностью и небольшими размерами пятен разнообразных орбитальных радиолокационных зондов исследования Земли, работающих на частотах от 1 до 94 ГГц, способны вызвать такой эффект [SFCG Ref] в случае перекрытия главных лучей обеих систем. Несмотря на то что статистическая вероятность такой связи невелика, подобное происшествие для радиоастрономического оператора может иметь катастрофические последствия.

–      Связь главного луча с боковым лепестком. Как отмечается в Рекомендации МСЭ-R 1750 "Взаимное планирование спутниковой службы исследования Земли (активной) и радиоастрономической службы в диапазонах 94 ГГц и 130 ГГц", радиоастрономический приемник переходит в режим насыщения каждый раз, когда антенна, на которой он установлен, напрямую облучается орбитальным радиолокационным зондом исследования Земли, обладающим большой мощностью, даже если сигнал принимается в зоне 0 дБи бокового лепестка радиоастрономической антенны. И наоборот, радиоастрономический приемник переходит в режим насыщения, если главный луч радиоастрономической антенны облучается боковым лепестком 0 дБи (и даже более слабым) орбитального радиолокатора при условии, что усиление радиоастрономической антенны выше, чем усиление орбитального радиолокатора.

Даже передатчики довольно умеренной мощности, такие как автомобильные радары в полосах
76–77 ГГц и 77–81 ГГц, описанные в Рекомендации МСЭ-R M.1452 "Автомобильные радары для предотвращения столкновений и системы радиосвязи диапазона миллиметровых волн для применений интеллектуальных транспортных систем", могут создавать уровни мощности, достаточные для насыщения или повреждения приемников, работая вблизи радиоастрономических антенн при высоком усилении и небольших размерах пятен, соответствующих их рабочим частотам.