一種星地數(shù)傳天線受損后的工作效能分析方法
【專利摘要】一種星地數(shù)傳天線受損后的工作效能分析方法，(1)根據(jù)衛(wèi)星發(fā)射機輸出功率、衛(wèi)星天線增益及發(fā)射通道損耗值計算衛(wèi)星有效發(fā)射功率EIRP；(2)根據(jù)衛(wèi)星的平均地面高度和地面接收天線的最低仰角計算信號傳輸?shù)淖畲笮本郣；(3)根據(jù)衛(wèi)星數(shù)傳信號下行載波頻率和R計算信號的自由空間損耗Lf；(4)根據(jù)大氣損耗、接收天線指向損耗、接收天線極化損耗和雨衰值以及Lf計算數(shù)傳信號的全部傳輸損耗L；(5)利用編碼增益、傳輸碼速率、編碼率和鏈路余量計算接收信號的比特信噪比；(6)根據(jù)誤碼率要求計算接收信號實際需要的比特信噪比，進而得到信道余量，若余量為正，則數(shù)傳天線受損后整體效能仍能滿足系統(tǒng)需求，否則，數(shù)傳天線受損后工作效能有影響。
【專利說明】一種星地數(shù)傳天線受損后的工作效能分析方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種天線的工作效能分析方法，特別是衛(wèi)星上星地數(shù)傳天線受損后的 工作效能分析方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 常用于衛(wèi)星通信的標(biāo)準(zhǔn)拋物面數(shù)傳天線由反射器、饋源、正交模耦合器、上下行濾 波器、饋源支撐、天線指向機構(gòu)、背部加強結(jié)構(gòu)和天線支撐結(jié)構(gòu)組成.天線反射面普遍應(yīng)用 的是碳/環(huán)氧面板鋁蜂窩夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料反射面天線。復(fù)合材料拋物面天線的反射面由 內(nèi)蒙皮、蜂窩芯子、外蒙皮和直通預(yù)埋塊通過J-47B、C、D膠粘劑中溫固化而成的碳纖維蜂 窩夾層結(jié)構(gòu)。后埋塊組件、后埋定位塊和加強套在天線本體固化成型后使用后埋膠后埋。反 射面板采用幾層高模量纖維編制布/環(huán)氧復(fù)合材料，芯子為鋁蜂窩芯材拼接而成。為了保 證饋源與反射面間精確定位，反射面與饋源間采用了碳纖維復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)支架，該支架 有非常好的結(jié)構(gòu)剛度和強度，同時有十分穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)尺寸，保證在軌冷熱交變中仍能維持 相對的位置精度，天線結(jié)構(gòu)支架由碳纖維無維布組合鋪層的高模量纖維/環(huán)氧復(fù)合材料。
[0003] 目前的拋物面天線受損分析主要集中在結(jié)構(gòu)損壞分析方面（例見
[0004] 《含天線與不含天線泡沫芯夾層結(jié)構(gòu)損傷模擬及強度預(yù)測》，尹斌等，材料科學(xué)與 工程學(xué)報，201331 (5))，通過引入針對復(fù)合材料層合板的Tsai-Wu張量判據(jù)和針對泡沫芯 材料的三參數(shù)廣義強度準(zhǔn)則，對含天線和不含天線泡沫芯夾層結(jié)構(gòu)的漸進損壞過程進行 數(shù)值模擬，并預(yù)測了材料的面內(nèi)壓縮強度和面外拉伸強度。同時，研宄了層板厚度、層板 鋪層角和泡沫芯厚度等因素對材料強度的影響規(guī)律。另外，還有方法對拋物面天線結(jié)構(gòu)破 損后的天線方向圖進行分析（例見《破片損傷對天線方向圖的影響》，侯飛等，電子信息對 抗技術(shù)，201126 (1))，利用電磁場分析軟件FEKO研宄了拋物面天線在破片穿孔時天線方向 圖的變化規(guī)律.通過對物理光學(xué)法（PO)和物理繞射理論（PTD)的混合使用，對戰(zhàn)損后拋 物面天線的電氣性能進行了建模與分析，著重研宄了天線反射面毀傷后，毀傷孔數(shù)、孔徑 及其位置變化對方向圖的影響。在以上天線受損后工作效能分析方法中，均未對天線整體 損耗和在衛(wèi)星通信使用中的信道余量進行分析和評估，在天線受損后的使用效能評估方面 尚有欠缺。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的技術(shù)解決問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種衛(wèi)星用星地數(shù)傳天線 的損耗和信道余量估計方法，對天線受損后的使用效能進行分析和評估。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種星地數(shù)傳天線受損后的工作效能分析方法，步驟 如下：
[0007] (1)根據(jù)衛(wèi)星發(fā)射機輸出功率、衛(wèi)星天線增益及發(fā)射通道損耗值計算衛(wèi)星有效發(fā) 射功率EIRP;
[0008] (2)根據(jù)衛(wèi)星的平均地面高度和地面接收天線的最低仰角計算信號傳輸?shù)淖畲笮?距R;
[0009] (3)根據(jù)衛(wèi)星數(shù)傳信號下行載波頻率和步驟（2)計算的信號傳輸最大斜距計算信 號的自由空間損耗Lf;
[0010] (4)根據(jù)大氣損耗、接收天線指向損耗、接收天線極化損耗和雨衰值以及步驟（3) 中計算的信號自由空間損耗計算數(shù)傳信號的全部傳輸損耗L;
[0011] (5)利用編碼增益、傳輸碼速率、編碼率和鏈路余量計算接收信號的比特信噪比， 即比特能量與噪聲功率譜密度之比的對數(shù)；
[0012] (6)根據(jù)誤碼率要求計算接收信號實際需要的比特信噪比，進而得到信道余量，若 余量為正，則數(shù)傳天線受損后整體效能仍能滿足系統(tǒng)需求，否則，數(shù)傳天線受損后工作效能 有影響。
[0013] 本發(fā)明的原理是：本發(fā)明涉及星地數(shù)傳天線受損后對通信鏈路的影響。
[0014] 星地數(shù)傳天線中最為典型的是反射面天線。反射面天線主反射面的碳纖維鋁蜂窩 板結(jié)構(gòu)，其融化或變形的概率較大。當(dāng)反射面天線變形發(fā)生變形時將引起天線的增益和方 向圖改變。當(dāng)天線表面溫度過高會導(dǎo)致天線表面材料介電常數(shù)的改變，嚴(yán)重時形成等離子 屏蔽效應(yīng)，引起天線輻射效率的大幅降低，進而影響到天線增益，導(dǎo)致其最終接收信號的信 噪比下降，使得數(shù)傳誤碼率升高或天線失效。數(shù)傳天線的直接受損后果主要包括：
[0015] 1)反射面天線變形，從而引起天線的增益和方向圖改變。當(dāng)材料溫度T上升時，溫 升AT不均勻則導(dǎo)致熱應(yīng)力。當(dāng)熱應(yīng)力達到材料屈服應(yīng)力時進入塑性，稱為"熱軟化"。
[0016] 2)天線表面材料的介電常數(shù)的改變將會引起天線的輻射效率降低。天線效率受輻 射特性的影響，天線效率的降低會直接影響天線增益，天線增益的表達式如下。

【權(quán)利要求】
1. 一種星地數(shù)傳天線受損后的工作效能分析方法，其特征在于步驟如下： (1) 根據(jù)衛(wèi)星發(fā)射機輸出功率、衛(wèi)星天線增益及發(fā)射通道損耗值計算衛(wèi)星有效發(fā)射功 率 EIRP ; (2) 根據(jù)衛(wèi)星的平均地面高度和地面接收天線的最低仰角計算信號傳輸?shù)淖畲笮本?R; (3) 根據(jù)衛(wèi)星數(shù)傳信號下行載波頻率和步驟（2)計算的信號傳輸最大斜距計算信號的 自由空間損耗Lf ; (4) 根據(jù)大氣損耗、接收天線指向損耗、接收天線極化損耗和雨衰值W及步驟（3)中計 算的信號自由空間損耗計算數(shù)傳信號的全部傳輸損耗L ; (5) 利用編碼增益、傳輸碼速率、編碼率和鏈路余量計算接收信號的比特信噪比，即比 特能量與噪聲功率譜密度之比的對數(shù)； (6) 根據(jù)誤碼率要求計算接收信號實際需要的比特信噪比，進而得到信道余量，若余量 為正，則數(shù)傳天線受損后整體效能仍能滿足系統(tǒng)需求，否則，數(shù)傳天線受損后工作效能有影 響。
【文檔編號】H04B17/309GK104467987SQ201410725467
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月3日
【發(fā)明者】張曉瑩, 李志 , 張志民, 尹建鳳, 龐羽佳 申請人:中國空間技術(shù)研究院