一种星地数传天线受损后的工作效能分析方法
【专利摘要】一种星地数传天线受损后的工作效能分析方法，(1)根据卫星发射机输出功率、卫星天线增益及发射通道损耗值计算卫星有效发射功率EIRP；(2)根据卫星的平均地面高度和地面接收天线的最低仰角计算信号传输的最大斜距R；(3)根据卫星数传信号下行载波频率和R计算信号的自由空间损耗Lf；(4)根据大气损耗、接收天线指向损耗、接收天线极化损耗和雨衰值以及Lf计算数传信号的全部传输损耗L；(5)利用编码增益、传输码速率、编码率和链路余量计算接收信号的比特信噪比；(6)根据误码率要求计算接收信号实际需要的比特信噪比，进而得到信道余量，若余量为正，则数传天线受损后整体效能仍能满足系统需求，否则，数传天线受损后工作效能有影响。
【专利说明】一种星地数传天线受损后的工作效能分析方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种天线的工作效能分析方法，特别是卫星上星地数传天线受损后的 工作效能分析方法。
【背景技术】
[0002] 常用于卫星通信的标准抛物面数传天线由反射器、馈源、正交模耦合器、上下行滤 波器、馈源支撑、天线指向机构、背部加强结构和天线支撑结构组成.天线反射面普遍应用 的是碳/环氧面板铝蜂窝夹层结构复合材料反射面天线。复合材料抛物面天线的反射面由 内蒙皮、蜂窝芯子、外蒙皮和直通预埋块通过J-47B、C、D胶粘剂中温固化而成的碳纤维蜂 窝夹层结构。后埋块组件、后埋定位块和加强套在天线本体固化成型后使用后埋胶后埋。反 射面板采用几层高模量纤维编制布/环氧复合材料，芯子为铝蜂窝芯材拼接而成。为了保 证馈源与反射面间精确定位，反射面与馈源间采用了碳纤维复合材料的结构支架，该支架 有非常好的结构刚度和强度，同时有十分稳定的结构尺寸，保证在轨冷热交变中仍能维持 相对的位置精度，天线结构支架由碳纤维无维布组合铺层的高模量纤维/环氧复合材料。
[0003] 目前的抛物面天线受损分析主要集中在结构损坏分析方面（例见
[0004] 《含天线与不含天线泡沫芯夹层结构损伤模拟及强度预测》，尹斌等，材料科学与 工程学报，201331 (5))，通过引入针对复合材料层合板的Tsai-Wu张量判据和针对泡沫芯 材料的三参数广义强度准则，对含天线和不含天线泡沫芯夹层结构的渐进损坏过程进行 数值模拟，并预测了材料的面内压缩强度和面外拉伸强度。同时，研宄了层板厚度、层板 铺层角和泡沫芯厚度等因素对材料强度的影响规律。另外，还有方法对抛物面天线结构破 损后的天线方向图进行分析（例见《破片损伤对天线方向图的影响》，侯飞等，电子信息对 抗技术，201126 (1))，利用电磁场分析软件FEKO研宄了抛物面天线在破片穿孔时天线方向 图的变化规律.通过对物理光学法（PO)和物理绕射理论（PTD)的混合使用，对战损后抛 物面天线的电气性能进行了建模与分析，着重研宄了天线反射面毁伤后，毁伤孔数、孔径 及其位置变化对方向图的影响。在以上天线受损后工作效能分析方法中，均未对天线整体 损耗和在卫星通信使用中的信道余量进行分析和评估，在天线受损后的使用效能评估方面 尚有欠缺。
【发明内容】
[0005] 本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种卫星用星地数传天线 的损耗和信道余量估计方法，对天线受损后的使用效能进行分析和评估。
[0006] 本发明的技术解决方案是：一种星地数传天线受损后的工作效能分析方法，步骤 如下：
[0007] (1)根据卫星发射机输出功率、卫星天线增益及发射通道损耗值计算卫星有效发 射功率EIRP;
[0008] (2)根据卫星的平均地面高度和地面接收天线的最低仰角计算信号传输的最大斜 距R;
[0009] (3)根据卫星数传信号下行载波频率和步骤（2)计算的信号传输最大斜距计算信 号的自由空间损耗Lf;
[0010] (4)根据大气损耗、接收天线指向损耗、接收天线极化损耗和雨衰值以及步骤（3) 中计算的信号自由空间损耗计算数传信号的全部传输损耗L;
[0011] (5)利用编码增益、传输码速率、编码率和链路余量计算接收信号的比特信噪比， 即比特能量与噪声功率谱密度之比的对数；
[0012] (6)根据误码率要求计算接收信号实际需要的比特信噪比，进而得到信道余量，若 余量为正，则数传天线受损后整体效能仍能满足系统需求，否则，数传天线受损后工作效能 有影响。
[0013] 本发明的原理是：本发明涉及星地数传天线受损后对通信链路的影响。
[0014] 星地数传天线中最为典型的是反射面天线。反射面天线主反射面的碳纤维铝蜂窝 板结构，其融化或变形的概率较大。当反射面天线变形发生变形时将引起天线的增益和方 向图改变。当天线表面温度过高会导致天线表面材料介电常数的改变，严重时形成等离子 屏蔽效应，引起天线辐射效率的大幅降低，进而影响到天线增益，导致其最终接收信号的信 噪比下降，使得数传误码率升高或天线失效。数传天线的直接受损后果主要包括：
[0015] 1)反射面天线变形，从而引起天线的增益和方向图改变。当材料温度T上升时，温 升AT不均匀则导致热应力。当热应力达到材料屈服应力时进入塑性，称为"热软化"。
[0016] 2)天线表面材料的介电常数的改变将会引起天线的辐射效率降低。天线效率受辐 射特性的影响，天线效率的降低会直接影响天线增益，天线增益的表达式如下。
【权利要求】
1. 一种星地数传天线受损后的工作效能分析方法，其特征在于步骤如下： (1) 根据卫星发射机输出功率、卫星天线增益及发射通道损耗值计算卫星有效发射功 率 EIRP ; (2) 根据卫星的平均地面高度和地面接收天线的最低仰角计算信号传输的最大斜距 R; (3) 根据卫星数传信号下行载波频率和步骤（2)计算的信号传输最大斜距计算信号的 自由空间损耗Lf ; (4) 根据大气损耗、接收天线指向损耗、接收天线极化损耗和雨衰值W及步骤（3)中计 算的信号自由空间损耗计算数传信号的全部传输损耗L ; (5) 利用编码增益、传输码速率、编码率和链路余量计算接收信号的比特信噪比，即比 特能量与噪声功率谱密度之比的对数； (6) 根据误码率要求计算接收信号实际需要的比特信噪比，进而得到信道余量，若余量 为正，则数传天线受损后整体效能仍能满足系统需求，否则，数传天线受损后工作效能有影 响。
【文档编号】H04B17/309GK104467987SQ201410725467
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月3日 优先权日:2014年12月3日
【发明者】张晓莹, 李志 , 张志民, 尹建凤, 庞羽佳 申请人:中国空间技术研究院