أهم معادلات الأطباق والإستقبال

[الدكتور عبد الكريم]

The antenna is the most visible part of the satellite communication system. The antenna transmits and receives the modulated carrier signal at the radio frequency (RF) portion of the electromagnetic spectrum. For satellite communication, the frequencies range from about 0.3 GHz (VHF) to 30 GHz (Ka-band) and beyond. These frequencies represent microwaves, with wavelengths on the order of one meter down to below one centimeter. High frequencies, and the corresponding small wavelengths, permit the use of antennas having practical dimensions for commercial use. This article summarizes the basic properties of antennas used in satellite communication and derives several fundamental relations used in antenna design and RF link analysis.
HISTORY OF ELECTROMAGNETIC WAVES
The quantitative study of electricity and magnetism began with the scientific research of the French physicist Charles Augustin Coulomb. In 1787 Coulomb proposed a law of force for charges that, like Sir Isaac Newton’s law of gravitation, varied inversely as the square of the distance. Using a sensitive torsion balance, he demonstrated its validity experimentally for forces of both repulsion and attraction. Like the law of gravitation, Coulomb’s law was ****d on the notion of "action at a distance," wherein bodies can interact instantaneously and directly with one another without the intervention of any intermediary.
At the beginning of the nineteenth century, the electrochemical cell was invented by Alessandro Volta, professor of natural philosophy at the University of Pavia in Italy. The cell created an electromotive force, which made the production of continuous currents possible. Then in 1820 at the University of Copenhagen, Hans Christian Oersted made the momentous discovery that an electric current in a wire could deflect a magnetic needle. News of this discovery was communicated to the French Academy of Sciences two months later. The laws of force between current bearing wires were at once investigated by Andre-Marie Ampere and by Jean-Baptiste Biot and Felix Savart. Within six years the theory of steady currents was complete. These laws were also "action at a distance" laws, that is, expressed directly in terms of the distances between the current elements.
Subsequently, in 1831, the British scientist Michael Faraday demonstrated the reciprocal effect, in which a moving magnet in the vicinity of a coil of wire produced an electric current. This phenomenon, together with Oersted’s experiment with the magnetic needle, led Faraday to conceive the notion of a magnetic field. A field produced by a current in a wire interacted with a magnet. Also, according to his law of induction, a time varying magnetic field incident on a wire would induce a voltage, thereby creating a current. Electric forces could similarly be expressed in terms of an electric field created by the presence of a charge.
Faraday’s field concept implied that charges and currents interacted directly and locally with the electromagnetic field, which although produced by charges and currents, had an identity of its own. This view was in contrast to the concept of "action at a distance," which assumed bodies interacted directly with one another. Faraday, however, was a self-taught experimentalist and did not formulate his laws mathematically.
It was left to the Scottish physicist James Clerk Maxwell to establish the mathematical theory of electromagnetism ****d on the physical concepts of Faraday. In a series of papers published between 1856 and 1865, Maxwell restated the laws of Coulomb, Ampere, and Faraday in terms of Faraday’s electric and magnetic fields. Maxwell thus unified the theories of electricity and magnetism, in the same sense that two hundred years earlier Newton had unified terrestrial and celestial mechanics through his theory of universal gravitation.
As is typical of abstract mathematical reasoning, Maxwell saw in his equations a certain symmetry that suggested the need for an additional term, involving the time rate of change of the electric field. With this generalization, Maxwell’s equations also became consistent with the principle of conservation of charge.
Furthermore, Maxwell made the profound observation that his set of equations, thus modified, predicted the existence of electromagnetic waves. Therefore, disturbances in the electromagnetic field could propagate through space. Using the values of known experimental constants obtained solely from measurements of charges and currents, Maxwell deduced that the speed of propagation was equal to speed of light. This quantity had been measured astronomically by Olaf Romer in 1676 from the eclipses of Jupiter’s satellites and determined experimentally from terrestrial measurements by H.L. Fizeau in 1849. He then asserted that light itself was an electromagnetic wave, thereby unifying optics with electromagnetism as well.
Maxwell was aided by his superior knowledge of dimensional analysis and units of measure. He was a member of the British Association committee formed in 1861 that eventually established the centimeter-gram-second (CGS) system of absolute electrical units.
Maxwell’s theory was not accepted by scientists immediately, in part because it had been derived from a bewildering collection of mechanical analogies and difficult mathematical concepts. The form of Maxwell’s equations as they are known today is due to the German physicist Heinrich Hertz. Hertz simplified them and eliminated unnecessary assumptions.
Hertz’s interest in Maxwell’s theory was occasioned by a prize offered by the Berlin Academy of Sciences in 1879 for research on the relation between polarization in insulators and electromagnetic induction. By means of his experiments, Hertz discovered how to generate high frequency electrical oscillations. He was surprised to find that these oscillations could be detected at large distances from the apparatus. Up to that time, it had been generally assumed that electrical forces decreased rapidly with distance according to the Newtonian law. He therefore sought to test Maxwell’s prediction of the existence of electromagnetic waves.
In 1888, Hertz set up standing electromagnetic waves using an oscillator and spark detector of his own design and made independent measurements of their wavelength and frequency. He found that their product was indeed the speed of light. He also verified that these waves behaved according to all the laws of reflection, refraction, and polarization that applied to visible light, thus demonstrating that they differed from light only in wavelength and frequency. "Certainly it is a fascinating idea," Hertz wrote, "that the processes in air that we have been investigating represent to us on a million-fold larger scale the same processes which go on in the neighborhood of a Fresnel mirror or between the glass plates used in exhibiting Newton’s rings."
It was not long until the discovery of electromagnetic waves was transformed from pure physics to engineering. After learning of Hertz’s experiments through a magazine article, the young Italian engineer Guglielmo Marconi constructed the first transmitter for wireless telegraphy in 1895. Within two years he used this new invention to communicate with ships at sea. Marconi’s transmission system was improved by Karl F. Braun, who increased the power, and hence the range, by coupling the transmitter to the antenna through a transformer instead of having the antenna in the power circuit directly. Transmission over long distances was made possible by the reflection of radio waves by the ionosphere. For their contributions to wireless telegraphy, Marconi and Braun were awarded the Nobel Prize in physics in 1909.
Marconi created the American Marconi Wireless Telegraphy Company in 1899, which competed directly with the transatlantic undersea cable operators. On the early morning of April 15, 1912, a 21-year old Marconi telegrapher in New York City by the **** of David Sarnoff received a wireless message from the Marconi station in Newfoundland, which had picked up faint SOS distress signals from the steamship Titanic. Sarnoff relayed the report of the ship’s sinking to the world. This singular event dramatized the importance of the new means of communication.
Initially, wireless communication was synonymous with telegraphy. For communication over long distances the wavelengths were greater than 200 meters. The antennas were typically dipoles formed by long wires cut to a submultiple of the wavelength.
Commercial radio emerged during the 1920s and 1930s. The American Marconi Company evolved into the Radio Corporation of America (RCA) with David Sarnoff as its director. Technical developments included the invention of the triode for amplification by Lee de Forest and the perfection of AM and FM receivers through the work of Edwin Howard Armstrong and others. In his book Empire of the Air: The Men Who Made Radio, Tom Lewis credits
de Forest, Armstrong, and Sarnoff as the three visionary pioneers most responsible for the birth of the modern communications age.
Stimulated by the invention of radar during World War II, considerable research and development in radio communication at microwave frequencies and centimeter wavelengths was conducted in the decade of the 1940s. The MIT Radiation Laboratory was a leading center for research on microwave antenna theory and design. The basic formulation of the radio transmission formula was developed by Harald T. Friis at the Bell Telephone Laboratories and published in 1946. This equation expressed the radiation from an antenna in terms of the power flow per unit area, instead of giving the field strength in volts per meter, and is the foundation of the RF link equation used by satellite communication engineers today.
TYPES OF ANTENNAS
A variety of antenna types are used in satellite communications. The most widely used narrow beam antennas are reflector antennas. The shape is generally a paraboloid of revolution. For full earth coverage from a geostationary satellite, a horn antenna is used. Horns are also used as feeds for reflector antennas.
In a direct feed reflector, such as on a satellite or a small earth terminal, the feed horn is located at the focus or may be offset to one side of the focus. Large earth station antennas have a subreflector at the focus. In the Cassegrain design, the subreflector is convex with an hyperboloidal surface, while in the Gregorian design it is concave with an ellipsoidal surface.
The subreflector permits the antenna optics to be located near the **** of the antenna. This configuration reduces losses because the length of the waveguide between the transmitter or receiver and the antenna feed is reduced. The system noise temperature is also reduced because the receiver looks at the cold sky instead of the warm earth. In addition, the mechanical stability is improved, resulting in higher pointing accuracy.
Phased array antennas may be used to produce multiple beams or for electronic steering. Phased arrays are found on many nongeostationary satellites, such as the Iridium, Globalstar, and ICO satellites for mobile telephony.
GAIN AND HALF POWER BEAM*****
The fundamental characteristics of an antenna are its gain and half power beam*****. According to the reciprocity theorem, the transmitting and receiving patterns of an antenna are identical at a given wavelength
The gain is a measure of how much of the input power is concentrated in a particular direction. It is expressed with respect to a hypothetical isotropic antenna, which radiates equally in all directions. Thus in the direction ( ,  ), the gain is
G( ,  ) = (dP/d)/(Pin /4 )
where Pin is the total input power and dP is the increment of radiated output power in solid angle d. The gain is maximum along the boresight direction.
The input power is Pin = Ea2 A /  Z0 where Ea is the average electric field over the area A of the aperture, Z0 is the impedance of free space, and  is the net antenna efficiency. The output power over solid angle dis dP = E2 r2 d/ Z0, where E is the electric field at distance r. But by the Fraunhofer theory of diffraction, E = Ea A / r  along the boresight direction, where  is the wavelength. Thus the boresight gain is given in terms of the size of the antenna by the important relation
G =  (4  / 2) A
This equation determines the required antenna area for the specified gain at a given wavelength.
The net efficiency  is the product of the aperture taper efficiency a , which depends on the electric field distribution over the antenna aperture (it is the square of the average divided by the average of the square), and the total radiation efficiency  * = P/Pin associated with various losses. These losses include spillover, ohmic heating, phase nonuniformity, blockage, surface roughness, and cross polarization. Thus  = a  *. For a typical antenna,  = 0.55.
For a reflector antenna, the area is simply the projected area. Thus for a circular reflector of diameter D, the area is A =  D2/4 and the gain is
G =  ( D /  )2
which can also be written


G =  ( D f / c)2
since c =  f, where c is the speed of light (3  108 m/s),  is the wavelength, and f is the frequency. Consequently, the gain increases as the wavelength decreases or the frequency increases.
For example, an antenna with a diameter of 2 m and an efficiency of 0.55 would have a gain of 8685 at the C-band uplink frequency of 6 GHz and wavelength of 0.050 m. The gain expressed in decibels (dB) is
10 log(8685) = 39.4 dB. Thus the power radiated by the antenna is 8685 times more concentrated along the boresight direction than for an isotropic antenna, which by definition has a gain of 1 (0 dB). At Ku-band, with an uplink frequency of 14 GHz and wavelength 0.021 m, the gain is 49,236 or 46.9 dB. Thus at the higher frequency, the gain is higher for the same size antenna.
The boresight gain G can be expressed in terms of the antenna beam solid angle A that contains the total radiated power as
G =  * (4 / A )
which takes into account the antenna losses through the radiation efficiency  *. The antenna beam solid angle is the solid angle through which all the power would be concentrated if the gain were constant and equal to its maximum value. The directivity does not include radiation losses and is equal to G /  *.
The half power beam***** is the angular separation between the half power points on the antenna radiation pattern, where the gain is one half the maximum value. For a reflector antenna it may be expressed
HPBW =  = k  / D
where k is a factor that depends on the shape of the reflector and the method of illumination. For a typical antenna, k = 70 (1.22 if  is in radians). Thus the half power beam***** decreases with decreasing wavelength and increasing diameter.
For example, in the case of the 2 meter antenna, the half power beam***** at 6 GHz is approximately 1.75 . At 14 GHz, the half power beam***** is approximately 0.75 . As an extreme example, the half power beam***** of the Deep Space Network 64 meter antenna in Goldstone, California is only 0.04  at X-band (8.4 GHz).
The gain may be expressed directly in terms of the half power beam***** by eliminating the factor D/ . Thus,
G =  ( k /  )2
Inserting the typical values  = 0.55 and k = 70 , one obtains
G = 27,000/ ( )2
where  is expressed in degrees. This is a well known engineering approximation for the gain (expressed as a numeric). It shows directly how the size of the beam automatically determines the gain. Although this relation was derived specifically for a reflector antenna with a circular beam, similar relations can be obtained for other antenna types and beam shapes. The value of the numerator will be somewhat different in each case.
For example, for a satellite antenna with a circular spot beam of diameter 1 , the gain is 27,000 or 44.3 dB. For a Ku-band downlink at 12 GHz, the required antenna diameter determined from either the gain or the half power beam***** is 1.75 m.
A horn antenna would be used to provide full earth coverage from geostationary orbit, where the angular diameter of the earth is 17.4 . Thus, the required gain is 89.2 or 19.5 dB. Assuming an efficiency of 0.70, the horn diameter for a C-band downlink frequency of 4 GHz would be 27 cm.
EIRP AND G/T
For the RF link budget, the two required antenna properties are the *****alent isotropic radiated power (EIRP) and the "figure of merit" G/T. These quantities are the properties of the transmit antenna and receive antenna that appear in the RF link equation and are calculated at the transmit and receive frequencies, respectively.
The *****alent isotropic radiated power (EIRP) is the power radiated equally in all directions that would produce a power flux density *****alent to the power flux density of the actual antenna. The power flux density  is defined as the radiated power P per unit area S, or  = P/S. But P =  * Pin , where Pin is the input power and  * is the radiation efficiency, and
S = d2 A ,where d is the slant range to the center of coverage and A is the solid angle containing the total power. Thus with some algebraic manipulation,
 =  * (4 / A )( Pin / 4 d2) = G Pin / 4 d2
Since the surface area of a sphere of radius d is 4 d2, the flux density in terms of the EIRP is
 = EIRP / 4 d2
Equating these two expressions, one obtains
EIRP = G Pin
Therefore, the *****alent isotropic radiated power is the product of the antenna gain of the transmitter and the power applied to the input terminals of the antenna. The antenna efficiency is absorbed in the definition of gain.
The "figure of merit" is the ratio of the antenna gain of the receiver G and the system temperature T. The system temperature is a measure of the total noise power and includes contributions from the antenna and the receiver. Both the gain and the system temperature must be referenced to the same point in the chain of components in the receiver system. The ratio G/T is important because it is an invariant that is independent of the reference point where it is calculated, even though the gain and the system temperature individually are different at different points.
ANTENNA PATTERN
Since electromagnetic energy propagates in the form of waves, it spreads out through space due to the phenomenon of diffraction. Individual waves com***e both constructively and destructively to form a diffraction pattern that manifests itself in the main lobe and side lobes of the antenna.
The antenna pattern is analogous to the "Airy rings" produced by visible light when passing through a circular aperture. These diffraction patterns were studied by Sir George Biddell Airy, Astronomer Royal of England during the nineteenth century, to investigate the resolving power of a telescope. The diffraction pattern consists of a central bright spot surrounded by concentric bright rings with decreasing intensity.
The central spot is produced by waves that com***e constructively and is analogous to the main lobe of the antenna. The spot is bordered by a dark ring, where waves com***e destructively, that is analogous to the first null. The surrounding bright rings are analogous to the side lobes of the antenna pattern. As noted by Hertz, the only difference in this behavior is the size of the pattern and the difference in wavelength.
Within the main lobe of an axisymmetric antenna, the gain G( ) in a direction  with respect to the boresight direction may be approximated by the expression
G( ) = G  12 ( /  )2
where G is the boresight gain. Here the gains are expressed in dB. Thus at the half power points to either side of the boresight direction, where  =  /2, the gain is reduced by a factor of 2, or 3 dB. The details of the antenna, including its shape and illumination, are contained in the value of the half power beam*****  . This equation would typically be used to estimate the antenna loss due to a small pointing error.
The gain of the side lobes can be approximated by an envelope. For new earth station antennas with
D/ > 100, the side lobes must fall within the envelope 29  25 log  by international regulation. This envelope is determined by the requirement of minimizing interference between neighboring satellites in the geostationary arc with a nominal 2 spacing.
TAPER
The gain pattern of a reflector antenna depends on how the antenna is illuminated by the feed. The variation in electric field across the antenna diameter is called the antenna taper.
The total antenna solid angle containing all of the radiated power, including side lobes, is
A =  * (4 / G) = (1/a) (2 / A)
where a is the aperture taper efficiency and  * is the radiation efficiency associated with losses. The beam efficiency is defined as
 = M / A
where M is the solid angle for the main lobe. The values of a and are  calculated from the electric field distribution in the aperture plane and the antenna radiation pattern, respectively.
For a theoretically uniform illumination, the electric field is constant and the aperture taper efficiency is 1. If the feed is designed to cause the electric field to decrease with distance from the center, then the aperture taper efficiency decreases but the proportion of power in the main lobe increases. In general, maximum aperture taper efficiency occurs for a uniform distribution, but maximum beam efficiency occurs for a highly tapered distribution.
For uniform illumination, the half power beam***** is 58.4  /D and the first side lobe is 17.6 dB below the peak intensity in the boresight direction. In this case, the main lobe contains about 84 percent of the total radiated power and the first side lobe contains about 7 percent.
If the electric field amplitude has a simple parabolic distribution, falling to zero at the reflector edge, then the aperture taper efficiency becomes 0.75 but the fraction of power in the main lobe increases to 98 percent. The half power beam***** is now 72.8  /D and the first side lobe is 24.6 dB below peak intensity. Thus, although the aperture taper efficiency is less, more power is contained in the main lobe, as indicated by the larger half power beam***** and lower side lobe intensity.
If the electric field decreases to a fraction C of its maximum value, called the edge taper, the reflector will not intercept all the radiation from the feed. There will be energy spillover with a corresponding efficiency of approximately 1  C2. However, as the spillover efficiency decreases, the aperture taper efficiency increases. The taper is chosen to maximize the illumination efficiency, defined as the product of aperture taper efficiency and spillover efficiency.
The illumination efficiency reaches a maximum value for an optimum com***ation of taper and spillover. For a typical antenna, the optimum edge taper C is about 0.316, or  10 dB (20 log C). With this edge taper and a parabolic illumination, the aperture taper efficiency is 0.92, the spillover efficiency is 0.90, the half power beam***** is 65.3  /D, and the first side lobe is 22.3 dB below peak. Thus the overall illumination efficiency is 0.83 instead of 0.75. The beam efficiency is about 95 percent.
COVERAGE AREA
The gain of a satellite antenna is designed to provide a specified area of coverage on the earth. The area of coverage within the half power beam***** is
S = d2 
where d is the slant range to the center of the footprint and  is the solid angle of a cone that intercepts the half power points, which may be expressed in terms of the angular dimensions of the antenna beam. Thus
• = K  
where  and  are the principal plane half power beam*****s in radians and K is a factor that depends on the shape of the coverage area. For a square or rectangular area of coverage, K = 1, while for a circular or elliptical area of coverage, K =  /4.
The boresight gain may be approximated in terms of this solid angle by the relation
G =  (4 /  ) = ( / K)(41,253 /   )
where  and  are in degrees and  is an efficiency factor that depends on the the half power beam*****. Although  is conceptually distinct from the net efficiency  , in practice these two efficiencies are roughly equal for a typical antenna taper. In particular, for a circular beam this equation is *****alent to the earlier expression in terms of  if  = ( k / 4)2  .
If the area of the footprint S is specified, then the size of a satellite antenna increases in proportion to the altitude. For example, the altitude of Low Earth Orbit is about 1000 km and the altitude of Medium Earth Orbit is about 10,000 km. Thus to cover the same area on the earth, the antenna diameter of a MEO satellite must be about 10 times that of a LEO satellite and the gain must be 100 times, or 20 dB, as great.
On the Iridium satellite there are three main mission L-band phased array antennas. Each antenna has 106 elements, distributed into 8 rows with element separations of 11.5 cm and row separations of 9.4 cm over an antenna area of 188 cm  86 cm. The pattern produced by each antenna is divided into 16 cells by a two-dimensional Butler matrix power divider, resulting in a total of 48 cells over the satellite coverage area. The maximum gain for a cell at the perimeter of the coverage area is 24.3 dB.
From geostationary orbit the antenna size for a small spot beam can be considerable. For example, the spacecraft for the Asia Cellular Satellite System (ACeS), ****g built by Lockheed Martin for mobile telephony in Southeast Asia, has two unfurlable mesh antenna reflectors at L-band that are 12 meters across and have an offset feed. Having different transmit and receive antennas minimizes passive intermodulation (PIM) interference that in the past has been a serious problem for high power L-band satellites using a single reflector. The antenna separation attenuates the PIM products by from 50 to 70 dB.
SHAPED BEAMS
Often the area of coverage has an irregular shape, such as one defined by a country or continent. Until recently, the usual practice has been to create the desired coverage pattern by means of a beam forming network. Each beam has its own feed and illuminates the full reflector area. The superposition of all the individual circular beams produces the specified shaped beam.
For example, the C-band transmit hemi/zone antenna on the Intelsat 6 satellite is 3.2 meters in diameter. This is the largest diameter solid circular aperture that fits within an Ariane 4 launch vehicle fairing envelope. The antenna is illuminated by an array of 146 Potter horns. The beam diameter  for each feed is 1.6 at 3.7 GHz. By appropriately exciting the beam forming network, the specified areas of coverage are illuminated. For 27 dB spatial isolation between zones reusing the same spectrum, the minimum spacing  is given by the rule of thumb   1.4  , so that   2.2 . This meets the specification of  = 2.5 for Intelsat 6.
Another example is provided by the HS-376
dual-spin stabilized Galaxy 5 satellite, operated by PanAmSat. The reflector diameter is 1.80 m. There are two linear polarizations, horizontal and vertical. In a given polarization, the contiguous United States (CONUS) might be covered by four beams, each with a half power beam***** of 3 at the C-band downlink frequency of 4 GHz. From geostationary orbit, the angular dimensions of CONUS are approximately
6  3 . For this rectangular beam pattern, the maximum gain is about 31 dB. At edge of coverage, the gain is 3 dB less. With a TWTA ouput power of 16 W (12 dBW), a waveguide loss of 1.5 dB, and an assumed beam-forming network loss of 1 dB, the maximum EIRP is 40.5 dBW.
The shaped reflector represents a new technology. Instead of illuminating a conventional parabolic reflector with multiple feeds in a beam-forming network, there is a single feed that illuminates a reflector with an undulating shape that provides the required region of coverage. The advantages are lower spillover loss, a significant reduction in mass, lower signal losses, and lower cost. By using large antenna diameters, the rolloff along the perimeter of the coverage area can be made sharp. The practical application of shaped reflector technology has been made possible by the development of composite materials with extremely low coefficients of thermal distortion and by the availability of sophisticated computer software programs necessary to analyze the antenna. One widely used antenna software package is called GRASP, produced by TICRA of Copenhagen, Denmark. This program calculates the gain from first principles using the theory of physical optics.
SUMMARY
The gain of an antenna is determined by the intended area of coverage. The gain at a given wavelength is achieved by appropriately choosing the size of the antenna. The gain may also be expressed in terms of the half power beam*****.
Reflector antennas are generally used to produce narrow beams for geostationary satellites and earth stations. The efficiency of the antenna is optimized by the method of illumination and choice of edge taper. Phased array antennas are used on many LEO and MEO satellites. New technologies include large, unfurlable antennas for producing small spot beams from geostationary orbit and shaped reflectors for creating a shaped beam with only a single feed.

[على زكي]

موضوع رائع يضاف الى قائمة أعمالك المتميزه

[الدكتور عبد الكريم]

شكرا أستاذنا الكبير على ذكي

[s-v7]

موضوع رائع و لكني مبتدى في هذا المجال و هذا يومي الاول في هذا المنتدى
شكراً...

[سعيد برعى]

مشكور يا غالى على العمل الرائع تقبل تحياتى ومرورى

[defarbo]

Thank u very much ... for all your efforts
with my best wishes...

[الدكتور عبد الكريم]

thanks to all

[ramzi1965]

merci c'est tres interessant,j'aimerais que sujet soit traduit en français

[elnageeb]

الترجمة للعربي
الهوائي أبرز جزء من نظام الاتصالات الساتلية. الهوائي ويحيل ويتلقى إشارة التضمين الناقل في ترددات الراديو (الترددات اللاسلكية) جزء من الطيف الكهرومغناطيسي. للاتصالات الساتلية ، وترددات تتراوح بين نحو 0.3 غيغاهرتز (ذات تردد عال جدا) إلى 30 جيغاهرتز (كا عصابة) وخارجها. وتمثل هذه ترددات الموجات الدقيقة ، مع موجات ترتيب متر واحد إلى أقل من سنتيمتر واحد. الترددات العالية ، وما يقابلها من موجات صغيرة ، وتسمح باستخدام هوائيات ذات الأبعاد العملية لأغراض تجارية. هذا المقال يلخص الخصائص الأساسية والهوائيات المستخدمة في الاتصالات الساتلية ويستمد العديد من العلاقات الأساسية المستخدمة في تصميم وهوائي ربط تحليل الترددات اللاسلكية.
التاريخ للموجات الكهرومغناطيسية
الدراسة الكمية من الكهرباء والمغناطيسية وبدأ البحث العلمي للعالم الفيزياء الفرنسي شارل اوغستين الكولون. في 1787 اقترحت الكولون قانون القوة للاتهامات ، مثل السير اسحاق نيوتن قانون الجاذبية ، وكما اختلفت عكسيا مع مربع المسافة. باستخدام ميزان حساس تعقف ، التجربة أثبتت صلاحيتها لقوات كل من تنافر والجذب. مثل قانون الجاذبية ، والكولون قانون يقوم على مفهوم "العمل على بعد" ، حيث يمكن للهيئات فورا ومباشرة من التفاعل مع بعضها البعض دون تدخل أي وسيط.
في بداية القرن التاسع عشر ، تم اختراع خلية كهروكيميائية اليساندرو فولتا ، أستاذ الفلسفة الطبيعية في جامعة بافيا في ايطاليا. الخلية خلق القوة الكهربائية ، مما جعل انتاج تيارات مستمرة. ثم في 1820 في جامعة كوبنهاغن ، قدم هانز كريستيان الإرستد الهائلة اكتشاف تيار كهربائي في الأسلاك يمكن تحويل إبرة مغناطيسية. أخبار هذا الاكتشاف إلى أكاديمية العلوم الفرنسية بعد ذلك بشهرين. القوانين الحالية للقوة بين الأسلاك كانت تحمل على الفور بالتحقيق أندريه ماري أمبير وجان باتيست Biot وفيليكس Savart. في غضون ست سنوات نظرية ثابتة التيارات كاملة. هذه القوانين ايضا "العمل على مسافة" القوانين ، وذلك عن مباشرة من حيث المسافات بين العناصر الحالية.
لاحقا ، في 1831 ، الباحث البريطاني مايكل فاراداي أظهرت تأثير متبادل ، والتي تتحرك في محيط المغناطيس من الملف من السلك ينتج تيار كهربائي. هذه الظاهرة ، إلى جانب تجربة الإرستد مع الإبرة المغنطيسية ، وأدى فاراداي تصور فكرة وجود مجال مغناطيسي. وثمة مجال تنتجها حاليا في سلك تتفاعل مع المغناطيس. أيضا ، وفقا لقانون توجيهي ، وقت الحادث اختلاف المجال المغناطيسي على سلك من شأنها أن تحفز على الجهد ، وبالتالي خلق الحالي. القوى الكهربائية وبالمثل يمكن أن يعبر عنها من حيث مجال كهربائي نتيجة لوجود تهمة.
فاراداي الميدانية المفهوم ضمنا أن هذه الاتهامات والتيارات محليا وتتفاعل مباشرة مع المجال الكهرومغناطيسي ، والتي على الرغم من الاتهامات التي تنتجها ، والتيارات ، وكان له هوية خاصة به. هذا الرأي هو على النقيض من مفهوم "العمل على مسافة" التي تولت الهيئات تتفاعل مباشرة مع بعضها البعض. فاراداي ، ولكن كان من العصاميين التجريبي ولم تضع له قوانين رياضيا.
فقد ترك للعالم الفيزياء الاسكتلندي جيمس ماكسويل كاتب رياضي لإثبات النظرية الكهرومغناطيسية على أساس مفاهيم المادية فاراداي. في سلسلة من الأوراق التي نشرت بين 1856 و 1865 ، أعاد ماكسويل قوانين الكولون ، أمبير ، وفاراداي من حيث فاراداي الكهربائية والمجالات المغناطيسية. ماكسويل مما موحد نظريات الكهرباء والمغناطيسية ، في نفس بمعنى أن من مئتي سنة مضت كان نيوتن موحدة والميكانيكا السماوية والأرضية من خلال نظريته في الجاذبية العالمية.
كما هي الحال في الرياضيات المجردة من المنطق ، ورأى ماكسويل في معادلات معينة التماثل واقترح أن الحاجة لمدة إضافية ، تشمل في الوقت معدل تغير المجال الكهربائي. مع هذا التعميم ، ومعادلات ماكسويل 'sأصبحت تتسق مع مبدأ الحفاظ على هذا الاتهام.
وعلاوة على ذلك ، قدم ماكسويل العميق ملاحظة أن مجموعة من المعادلات ، وبالتالي تعديلها ، وتوقع وجود الموجات الكهرومغناطيسية. لذلك ، والاضطرابات في مجال الكهرومغناطيسي يمكن نشر عبر الفضاء. باستخدام قيم الثوابت المعروفة تجريبية يتم الحصول عليها فقط من قياسات الرسوم والتيارات ، وماكسويل يستنتج أن سرعة نشر يساوي سرعة الضوء. هذه الكمية تم قياسه فلكيا قبل أولاف رومر في 1676 من الخسوف من المشترى والاقمار الصناعية تجريبيا من القياسات الأرضية HL Fizeau بها في 1849. ثم ان في حد ذاته على ضوء موجة كهرومغناطيسية ، وبالتالي توحيد البصريات مع الكهرومغناطيسية أيضا.
ماكسويل ساعد رئيسه معرفة الأبعاد والتحليل وحدات القياس. كان عضوا في الجمعية البريطانية لجنة تشكلت في 1861 في نهاية المطاف أن أنشأت سنتيمتر غرام الثانية (CGS) نظام الوحدات الكهربائية المطلقة.
ماكسويل نظرية ولم يقبل العلماء على الفور ، وذلك جزئيا لأنها مستمدة من جمع محيرة وصعبة القياس الميكانيكية المفاهيم الرياضية. شكل معادلات ماكسويل 'sكما هي معروفة اليوم ، ومن المقرر أن عالم الفيزياء الألماني هاينريش هيرتز. هيرتز مبسطة القضاء عليهم والافتراضات التي لا داعي لها.
هيرتز اهتمام نظرية ماكسويل كان سببها الجائزة التي تقدمها أكاديمية العلوم في برلين في 1879 للبحث عن العلاقة بين الاستقطاب في العوازل الكهربائية وتوجيهي. عن طريق تجاربه ، هيرتز اكتشاف كيفية توليد الذبذبات الكهربائية عالية التردد. وأعرب عن دهشته ليجد أن هذه التذبذبات يمكن اكتشافها على مسافات كبيرة من الأجهزة. حتى ذلك الوقت ، كان يفترض عموما أن القوى الكهربائية انخفاضا سريعا مع المسافة وفقا لأنصار نيوتن القانون. ولذلك فهو يسعى لاختبار التنبؤ قال ماكسويل وجود الموجات الكهرومغناطيسية.
في عام 1888 ، واقامة دائمة هيرتز الموجات الكهرومغناطيسية باستخدام مذبذب شرارة وكشف بنفسه التصميم والقياسات المستقلة من الطول الموجي والتردد. وجد أن منتجاتها بالفعل بسرعة الضوء. وقال أيضا التحقق من أن هذه الموجات وتصرف وفقا لجميع القوانين من التفكير ، والانكسار ، والتي تنطبق على استقطاب الضوء المرئي ، مما يدل على أنها تختلف عن الضوء إلا في الطول الموجي والتردد. "من المؤكد انها فكرة رائعة" هيرتز وكتبت : "ان العمليات الجوية التي كانت تمثل لنا التحقيق على مليون أضعاف نطاق أوسع نفس العمليات التي تتم في المنطقة القريبة من الشارع أو بين فريسنل المرآة الزجاجية لوحات المعرض التي استخدمت في حلقات نيوتن ".
أنه لم يمض وقت طويل حتى اكتشاف الموجات الكهرومغناطيسية تحولت من النقي والفيزياء الهندسية. هيرتز بعد التعلم من تجارب من خلال مقال بمجلة ، المهندس الشاب الإيطالي ماركوني Guglielmo شيدت أول الارسال الإرسال اللاسلكي لعام 1895. في غضون عامين لكنه كان هذا الاختراع الجديد على التواصل مع السفن في عرض البحر. ماركوني الإرسال نظام تحسين واو كارل براون ، الذي ازداد قوة ، وبالتالي فإن طائفة ، وإلى اقتران الارسال الهوائي من خلال محول بدلا من الهوائي في دائرة السلطة مباشرة. نقل لمسافات طويلة بفضل انعكاس موجات الراديو من خلال الغلاف الأيوني. لما قدموه من مساهمات في الإرسال اللاسلكي ، وماركوني براون منحت جائزة نوبل في الفيزياء عام 1909.
أنشأ ماركوني الاميركية ماركوني التلغراف اللاسلكي لشركة في عام 1899 ، التي تنافس مباشرة عبر كابل تحت البحر المشغلين. على الصباح الباكر من يوم 15 أبريل 1912 ، (21 عاما) ماركوني التلغراف في مدينة نيويورك من قبل اسم ديفيد Sarnoff تلقى رسالة لاسلكية من ماركوني في نيوفاوندلاند ، والتي التقطت بالاغماء الاستغاثة اشارات الاستغاثة من باخرة تيتانيك . ترحيل Sarnoff تقرير السفينة الغارقة على العالم. هذا الحدث الفريد زاد من أهمية وسائل الاتصال الجديدة.
في البداية ، والاتصالات اللاسلكية وكان مرادفا للاتصالات. للاتصال لمسافات طويلة فإن موجات تفوق 200 متر. الهوائيات عادة ثنائيات الاقطاب شكلها طويلة لقطع الأسلاك submultiple من الطول الموجي.
إذاعة تجارية برزت خلال 1920s و 1930s. الأمريكية ماركوني تطورت شركة ومؤسسة الإذاعة الأمريكية المقبولة مع Sarnoff ديفيد في منصب المدير. وشملت التطورات التقنية للاختراع الصمام الثلاثي لتكبير لي دي الغابات وكمال صباحا وزير الخارجية خلال استقبال أعمال إدوين هوارد أرمسترونغ وغيرها. في كتابه امبراطورية الجوية : الرجال الذين اذاعية ، وتوم لويس الائتمانات
دي غابة آرمسترونغ ، وكما Sarnoff البصيرة الرواد الثلاثة الأكبر من المسؤولية عن ولادة عصر الاتصالات الحديثة.
حفز اختراع الرادار خلال الحرب العالمية الثانية ، قدرا كبيرا من البحث والتطوير في مجال الاتصالات اللاسلكية في الترددات والموجات الدقيقة سنتيمتر موجات أجريت في العقد الأخير من 1940s. فإن كان مختبر معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا الإشعاع مركز رائد للبحث عن نظرية الموجات الدقيقة هوائي والتصميم. الأساسية لوضع صيغة لنقل الراديو وضعت هارالد T. فرييس جرس الهاتف في المختبرات ، ونشرت في عام 1946. هذه المعادلة وأعرب عن الإشعاع من هوائي من حيث تدفق الطاقة في وحدة المساحة ، وبدلا من إعطاء قوة في مجال فولت للمتر الواحد ، هو الأساس للربط الترددات اللاسلكية التي تستخدمها المعادلة مهندسي الاتصالات الساتلية اليوم.
أنواع الهوائيات
مجموعة متنوعة من أنواع الهوائيات المستخدمة في الاتصالات الساتلية. المستخدمة على أوسع نطاق ضيق الحزمة هي هوائيات هوائيات العاكس. شكل عام هو المكافئ الدورلني للثورة. لتغطية كامل الأرض من السواتل الثابتة بالنسبة للأرض ، وهو يستخدم هوائي القرن. كما تستخدم الابواق كما يغذي العاكس للهوائيات.
مباشرة في تغذية العاكس ، مثل عن طريق الاقمار الصناعية أو محطات صغيرة في الأرض ، وتغذية ويقع في منطقة القرن التركيز ، أو يمكن أن يعوض على جانب واحد من التركيز. المحطة الأرضية هوائيات كبيرة لها subreflector على التركيز. Cassegrain في التصميم ، subreflector هو متعلق بالقطع الزائد مع محدب السطح ، بينما في تصميم الميلادي هو مقعر مع بيضاوي السطح.
فإن subreflector تصاريح الهوائي البصريات أن تقع بالقرب من قاعدة الهوائي. هذا التكوين ويقلل من الخسائر بسبب طول من الدليل الموجي أو بين جهاز الاستقبال والارسال الهوائي خفض تغذية. النظام الضوضاء كما خفضت درجة الحرارة ، لأن المتلقي ينظر إلى السماء الباردة بدلا من الحارة الأرض. وعلاوة على ذلك ، هو تحسين آلية الاستقرار ، مما أدى إلى ارتفاع مشيرا الدقة.
هوائيات ذات صفائف متطاورة يمكن استخدامها لانتاج متعددة الحزم الإلكترونية أو للتوجيه. صفائف مراحل هي العثور على العديد من الأقمار nongeostationary ، مثل إيريديوم ، Globalstar ، ومنظمة البن الدولية اقمار صناعية للاتصالات الهاتفية المتنقلة.
كسب السلطة ونصف BEAM*****
الخصائص الأساسية للهوائي هي اكتساب السلطة والنصف beam*****. وفقا لنظرية المعاملة بالمثل ، وارسال واستقبال أنماط هوائي متطابقة في فترة معينة من الطول الموجي
الربح هو مقياس لمدى مساهمة السلطة مركزة في اتجاه معين. ومن أعرب عن افتراضية الموحدة الخواص الهوائي الذي يشع على قدم المساواة في جميع الاتجاهات. وبالتالي في اتجاه ( ، ) ، هو الحصول على
ع ( ، ) = (موانئ دبي /  د) / (رقم التعريف الشخصي / 4 )
رقم التعريف الشخصي حيث هو مجموع مساهمة الطاقة وموانئ دبي هو زيادة انتاج الطاقة الإشعاعية في الزاوية الصلبة  د. الربح هو الحد الأقصى لطول boresight الاتجاه.
مدخلات الطاقة الدبوس = Ea2 /  Z0 حيث Ea الكهربائية هو متوسط فوق منطقة ميدان ألف من الفتحة ، Z0 هو مقاومة الحرة الفضائية ، و هو هوائي صافي الكفاءة. القدرة الانتاجية لأكثر من زاوية د  الصلبة هي موانئ دبي = E2 r2  د / Z0 حيث هاء الحقل الكهربائي في المسافة r. ولكن قبل فراونهوفر نظرية الحيود ، هاء = Ea / ص  طول boresight الاتجاه ، حيث  هو الطول الموجي. وهكذا فإن boresight حصول على منح من حيث حجم الهوائي قبل المهم بالنسبة
ع =  (4  /  2)
وتحدد هذه المعادلة المطلوبة هوائي المنطقة المحددة لتحقيق مكاسب معينة على طول الموجة.
صافي كفاءة  هو نتاج للالفتحة تفتق  أ الكفاءة ، والتي تعتمد على مجال التوزيع الكهربائي خلال فتحة الهوائي (هو مربع من متوسط مقسوما على متوسط مربع) ، ومجموع الإشعاع الكفاءة  * = ف / رقم التعريف الشخصي المرتبطة بمختلف الخسائر. وتشمل هذه الخسائر غير المباشرة ، ohmic التدفئة ، nonuniformity المرحلة ، والحصار ، وخشونة السطح ، وعبر الاستقطاب. وهكذا   = أ  *. لهوائي نمطية ،  = 0.55.
لعاكس هوائي المنطقة ما هي الا تعبيرا عن والمنطقة. وهكذا لتعميم العاكس للقطرها دال ، هو مجال =  D2 / 4) ، والمكسب
ع =  ( دال / ) 2
والتي يمكن أيضا أن تكون مكتوبة


ع =  ( دال) و (ج) (2)
منذ  ج = و ، حيث ج هي سرعة الضوء (3  108 م / ث) ،  هو الطول الموجي ، و هو تردد. وبناء على ذلك ، حيث كسب الزيادات أو النقصان في طول الموجة وتيرة الزيادة.
على سبيل المثال ، هوائي قطره 2 م وكفاءة 0.55 سيكون له مكسب 8685 في النطاق الترددي سي تردد الإرسال من 6 جيجاهرتز والطول الموجي من 0.050 متر. وأعرب عن الربح في ديسيبل (ديسيبل)
سجل 10 (8685) = 39.4 ديسيبل. ومن ثم فإن على السلطة عن طريق يشع الهوائي 8685 أضعاف طول boresight أكثر من اتجاه لالموحدة الخواص وهوائي ، والتي ، بحكم تعريفها ، وقد كسب من 1 (0 ديسيبل). في النطاق الترددي كو ، مع تردد الإرسال من 14 جيغاهرتز 0.021 م وطول الموجة ، هو الحصول على 49.236 أو 46.9 ديسيبل. وبالتالي في ارتفاع وتيرة ، وتحقيق مكاسب أكبر لنفس حجم الهوائي.
فإن كسب boresight زاي يمكن التعبير عنها من حيث الهوائي الحزم  ألف الزاوية الصلبة التي تحتوي على مجموع الطاقة الإشعاعية
ع =  * (4  /  ألف)
الذي يأخذ في الاعتبار الخسائر الهوائي عن طريق الإشعاع الكفاءة  *. الهوائي الحزمة الزاوية الصلبة الصلبة من خلال زاوية فيها جميع القوى وستتركز إذا كانت ثابتة ، والحصول على المساواة في القيمة إلى الحد الأقصى. اللجنة التوجيهية لا يشمل الخسائر الإشعاع ، وهي تساوي ع /  *.
نصف السلطة beam***** الزاوي هو الفصل بين السلطة نصف نقطة إشعاع الهوائي النمط ، حيث الحصول على نصف القيمة القصوى. عاكس الهوائي لذلك يمكن التعبير عن
= = HPBW   ك / مد
حيث ك هو أحد العوامل التي تعتمد على شكل العاكس وطريقة الاضاءة. لنمطية هوائي ، ك = 70  (1.22 اذا  في radians). وهكذا فإن نصف الطاقة beam***** نقصان الطول الموجي وتتناقص مع زيادة قطرها.
على سبيل المثال ، في حالة من 2 متر هوائي ، ونصف في السلطة beam***** حوالي 6 جيغاهرتز 1.75 . في 14 غيغاهرتز ، ونصف تقريبا على السلطة beam*****  0.75. كمثال متطرف ، نصف الطاقة beam***** من الفضاء السحيق شبكة الهوائي 64 امتار غولدستون في كاليفورنيا فقط 0.04  العاشر في النطاق الترددي (8.4 جيجاهرتز).
الربح ويمكن التعبير عن مباشرة في الشوط الثاني من حيث القوة عن طريق القضاء على beam***** عامل دال / . ولذلك ،
ع =  ( ك / ) 2
إدخال القيم النمطية  وك = 0.55 = 70  واحد يحصل على
ع = 27،000 / ( ) 2
  حيث يتم التعبير عن درجة. هذا هو معروف الهندسية للحصول على التقريب (معبرا عنه رقمية). وهو يبين كيف مباشرة حجم الحزمة تلقائيا يحدد كسب. على الرغم من أن هذه العلاقة مستمدة على وجه التحديد لعاكس هوائي تعميما الحزم ، على غرار العلاقات ويمكن الحصول على أنواع أخرى هوائي والحزم الاشكال. قيمة البسط سيكون مختلفا نوعا ما في كل حالة.
على سبيل المثال ، لساتلي هوائي دائري قطره بقعة من الحزم 1  ، هو كسب 27،000 أو 44.3 ديسيبل. لكو الفرقة الهابطة في 12 غيغاهرتز ، والمطلوب من قطر الهوائي يحدد إما كسب أو نصف الطاقة beam***** هو 1.75 متر.
ألف بوق هوائي ستستخدم لتوفير التغطية الكاملة للأرض من المدار الثابت بالنسبة للأرض ، حيث الزاوي قطر الأرض 17.4 . وبالتالي ، فإن المطلوب هو الحصول على 89.2 أو 19.5 ديسيبل. بافتراض كفاءة 0.70 ، القرن قطرها جيم لتردد الموجات الهابطة من 4 جيغاهرتز سيكون 27 سم.
وEIRP ع / تي
الترددات اللاسلكية لربط الميزانية ، وهما خصائص الهوائي المطلوبة هي ***** alent السلطة الموحدة الخواص الإشعاعية (EIRP) و "الرقم الجدارة" ز / ت. هذه الكميات هي من خصائص هوائي إرسال واستقبال هوائي التي تظهر في المعادلة ، وربط الترددات اللاسلكية وتحسب على إرسال واستقبال الترددات ، على التوالي.
***** alent فإن السلطة الموحدة الخواص الإشعاعية (EIRP) هي قوة يشع على قدم المساواة في جميع الاتجاهات من شأنها أن تؤدي إلى كثافة تدفق القدرة ***** alent لكثافة تدفق القدرة الفعلية هوائي. كثافة تدفق القدرة  بأنها يشع الطاقة لكل وحدة مساحة ف د ، أو  = ف / س. لكن ف =  * رقم التعريف الشخصي ، ورقم التعريف الشخصي حيث هو مساهمة السلطة و * الإشعاع هو الكفاءة ، و
(ع م) d2  ألف ، حيث هي وجهة نظر د طائفة الى وسط تغطية و ألف الزاوية الصلبة التي تحتوي على ما مجموعه السلطة. وهكذا مع بعض التلاعب الجبرية ،
  * = (4  /  ألف) (رقم التعريف الشخصي / 4  d2) = ع الدبوس / 4  d2
منذ مساحة من دائرة نصف قطرها 4 د  d2 هو ، من حيث كثافة تدفق من هو EIRP
 = EIRP / 4  d2
يساوي بين هذين التعبيرات ، وتحصل واحد
ع = EIRP رقم التعريف الشخصي
ولذلك ، فإن ***** alent الموحدة الخواص الإشعاعية السلطة هو نتاج الهوائي للحصول على قوة الارسال وتطبيقها على مدخلات طرفية من الهوائي. الهوائي الكفاءة استوعبت في تعريف كسب.
"الرقم الجدارة" نسبة هوائي الاستقبال للحصول على مجموعة ونظام الحرارة T. النظام هو قياس درجة الحرارة من مجموع الطاقة والضوضاء ، وتشمل مساهمات من الهوائي وجهاز الاستقبال. كل هذا النظام والحصول على درجات الحرارة ويجب الرجوع إلى نفس النقطة في سلسلة من العناصر في نظام استقبال. نسبة ع / تي مهمة لأنها هي التي ثابتة مستقلة عن النقطة المرجعية التي يحسب ، على الرغم من الحصول على درجات الحرارة ونظام فردي تختلف في نقاط مختلفة.
الهوائيات
منذ دعاية للطاقة الكهربائية في شكل موجات ، وينتشر من خلال الفضاء بسبب ظاهرة الحيود. موجات الفردية يجمع بناءة والمدمر لتشكيل نمط الحيود يتجلى في شحمة الأذن ، والجانب الرئيسي من شحمات الاذان الهوائي.
الهوائي مماثل "متجدد الهواء الخواتم" التي تنتجها عندما يمر الضوء المرئي من خلال الفتحة الدائرية. هذه الأنماط وتمت دراسة الحيود السير جورج Biddell متجدد الهواء ، الفلكي الملكي إنجلترا خلال القرن التاسع عشر ، للتحقيق في حل السلطة تلسكوب. فإن نمط الحيود يتألف من نقطة مضيئة وسط محاطة متراكز مشرق عصابات مع تناقص كثافة.
وسط بقعة تنتج الموجات التي تجمع بين بناء ومماثل للفلقة الرئيسي للهوائي. الموقع تحدها عصابة سوداء ، حيث تجمع بين موجات المدمر ، وهو مماثل للاول لاغية. الحلقات المحيطة مشرق هي مشابهة للجانب شحمات الاذان من الهوائيات. كما لاحظ هيرتز ، والفارق الوحيد في هذا السلوك هو حجم ونمط الفرق في الطول الموجي.
الرئيسية داخل فلقة من هوائي متناسق مع المحور ، وكسب المجموعة () في اتجاه  بالنسبة لاتجاه boresight يجوز الاقتراب منها من قبل التعبير
ع () =  مجموعة ال 12 ( / ) 2
حيث ع boresight هو مكسب. هنا المكاسب التي يعبر عنها ديسيبل. وهكذا في نصف نقطة القوة لكلا الجانبين من boresight الاتجاه ، حيث   = / 2 ، هو الحصول على تخفيض عامل 2 او 3 ديسيبل. تفاصيل الهوائي ، بما شكله والإضاءة ، وترد في قيمة نصف beam*****  السلطة. هذه المعادلة عادة ما تستخدم لتقدير الخسائر التي تكبدتها بسبب هوائي صغير يشير الخطأ.
المكسب من الجانب شحمات الاذان يمكن الاقتراب منها مظروفا به. محطة أرضية جديدة للمع هوائيات
مد / > 100 ، يجب على الجانب شحمات الاذان تقع ضمن مغلف 29   25 سجل بها التنظيم الدولي. في هذا الظرف وتحدد متطلبات التقليل من التدخل المجاورة بين الأقمار في المدار الثابت بالنسبة للأرض مع قوس اسمية 2  المباعدة.
الإستدقاق
المكسب من نمط عاكس هوائي يعتمد على كيفية الهوائي مضاءة التغذية. التفاوت في مجال الكهربائي عبر هوائي قطره يسمى تفتق هوائي.
مجموع هوائي الصلبة التي تحتوي على كل زاوية من الطاقة الإشعاعية ، بما فيها الجانب شحمات الاذان ،
  * = (4  / ع) = (1 /  أ) ( 2 / أ)
 حيث هو وجود فتحة تفتق  * الكفاءة والإشعاع هو الكفاءة المرتبطة الخسائر. الحزمة الكفاءة بأنها
  = م / ألف 
حيث  ميم الصلبة الزاوية الرئيسي للفلقة. قيم أ   ، وتحسب من مجال التوزيع الكهربائي في الطائرة ، وفتحة الهوائي نمط الإشعاع ، على التوالي.
من الناحية النظرية الموحدة للإضاءة ، والحقل الكهربائي المستمر ، وفتحة تفتق الكفاءة 1. إذا كان يهدف إلى تغذية الكهربائية سبب الانخفاض إلى الميدان مع المسافة من المركز ، ثم تفتق الفتحة الكفاءة ولكن انخفاض نسبة القوة الرئيسية فلقة الزيادات. بشكل عام ، وبأقصى قدر من الكفاءة ويحدث فتحة تفتق موحدة للتوزيع ، ولكن الحزم والكفاءة القصوى للغاية ويحدث تناقص التوزيع.
موحد للإضاءة ، ونصف beam***** السلطة هو 58.4   / دال وأول الفص الجانبي هو 17.6 ديسيبل أقل كثافة في ذروة boresight الاتجاه. في هذه الحالة ، فإن فلقة نحو 84 في المئة من اجمالي الطاقة الإشعاعية ، وأول الفص الجانبي يتضمن حوالي 7 في المئة.
وإذا كان اتساع مجال الكهربائي قد بسيطة مكافئ التوزيع ، وانخفض إلى الصفر على حافة العاكس ، ثم الفتحة تفتق يصبح 0.75 الكفاءة ولكن نسبة ضئيلة من الطاقة الرئيسية في فلقة يزيد على 98 في المئة. نصف السلطة beam***** الآن 72.8   / دال وأول الفص الجانبي هو 24.6 ديسيبل أقل كثافة الذروة. وهكذا ، على الرغم من الفتحة تفتق أقل كفاءة ، والمزيد من القوة الرئيسية التي وردت في شحمة الأذن ، كما يتضح من نصف القوة الأكبر beam***** الفص الجانبي وأقل كثافة.
إذا كان المجال الكهربائي تنخفض إلى جيم جزء من القيمة القصوى الى حافة تفتق ، العاكس لن اعتراض جميع الإشعاع من العلف. سيكون هناك انتقال للطاقة مع ما يقابل ذلك من الكفاءة ما يقرب من 1  C2. ولكن ، وكما امتداد انخفاض الكفاءة ، وزيادة كفاءة تفتق الفتحة. وقد تفتق هو اختيار الإضاءة لتحقيق أقصى قدر من الكفاءة ، وتعرف بأنها نتاج الفتحة تفتق الكفاءة والفعالية المباشرة.
الضوء الكفاءة تصل القيمة القصوى للالأمثل الجمع تفتق وامتداد. لنمطية هوائي الأمثل حافة تفتق جيم نحو 0.316 ، أو  10 ديسيبل (20 سجل جيم). مع هذا حافة تفتق مكافئ والاضاءة ، وتفتق الفتحة الكفاءة 0.92 ، 0.90 امتداد الكفاءة ، ونصف beam***** السلطة هو 65.3   / دال ، وأول من الفص الجانبي هو 22.3 ديسيبل أدناه الذروة. وهكذا ، فإن إجمالي الاضاءة الكفاءة 0.83 بدلا من 0.75. الحزمة الكفاءة ما يقرب من 95 في المئة.
منطقة التغطية
المكسب من الاطباق الهوائية ويهدف إلى توفير تغطية منطقة محددة على الارض. مجال التغطية في حدود نصف beam***** هو السلطة
(ع م) d2 
د حيث هو مائل الى وسط مجموعة من بصمة و هي الزاوية الصلبة للمخروط أن اعتراض نصف نقاط القوة ، والتي يمكن التعبير عنها بصيغة الزاوي من أبعاد الهوائي الحزم. ولذلك
• ك =  
وحيث   هي القوة الرئيسية في الطائرة نصف beam*****s في radians وكاف هو عامل الذي يعتمد على شكل تغطية المنطقة. لمربعة أو مستطيلة مجال التغطية ، ك = 1 ، في حين لتعميم أو الأهليلجية مجال التغطية كاف =  / 4.
فإن boresight يمكن أن يقترب من تحقيق مكاسب من حيث الصلبة هذه الزاوية من قبل فيما يتعلق
  ع = (4  / ) = (  (كاف) (41253 /    )
وحيث     في درجة و  الكفاءة هي العوامل التي تعتمد على نصف القوة beam*****. على الرغم من   المفهوم يختلف عن صافي  كفاءة ، من الناحية العملية لهذين كفاءة متساوية تقريبا عن المعتاد تفتق هوائي. على وجه الخصوص ، لتعميم هذه المعادلة هو الشعاع ***** alent إلى التعبير في وقت سابق من حيث    إذا = ( ك / 4) 2 .
إذا مجال التغطية دإ هو محدد ، فإن حجم ساتلي هوائي لزيادات في نسبة الارتفاع. على سبيل المثال ، ارتفاع المدار الأرضي المنخفض نحو 1000 كم وعلى ارتفاع المدار الأرضي المتوسط حوالي 10،000 كيلومترا. وهكذا لتغطية المنطقة نفسها على الأرض ، وقطر الهوائي من MEO السواتل يجب أن يكون حوالي 10 مرات من القمر الصناعي في المدار الأرضي المنخفض ويجب أن يكون الحصول على 100 مرة ، أي 20 ديسيبل ، كما كبيرة.
على الساتل إيريديوم هناك ثلاثة المهمة الرئيسية ل الهوائيات واسعة النطاق على مراحل. وقد هوائي كل العناصر 106 ، موزعة على 8 صفوف مع عناصر الانفصال من 11.5 سم على التوالي ، وانتهاء الخدمة ما يزيد على 9.4 سم هوائي مجال  188 سم 86 سم. نمط تنتجها هوائي كل مقسمة إلى 16 من قبل خلايا ثنائية الأبعاد بتلر مصفوفة السلطة المفرق ، مما يؤدي إلى ما مجموعه 48 خلايا على مدى التغطية الساتلية. للحصول على أقصى خلية في محيط المنطقة التي تغطيها هو 24.3 ديسيبل.
من المدار الثابت بالنسبة للأرض الهوائي حجم الحزمة بقعة صغيرة يمكن أن تكون كبيرة. على سبيل المثال ، المركبة الفضائية لمنطقة آسيا والخلوية لسواتل (آسيس) ، وتبنيه لوكهيد مارتن للاتصالات الهاتفية المتنقلة في جنوب شرق آسيا ، هما unfurlable شبكة الهوائي العاكسة في لام النطاق التي عبر 12 مترا ولها تعويض الأعلاف. وبعد إرسال واستقبال مختلف هوائيات السلبية إلى أدنى حد intermodulation (PIM) التي تدخل في الماضي كان يمثل مشكلة خطيرة للطاقة عالية لام سواتل النطاق باستخدام احد العاكس. الهوائي فصل خفف PIM منتجات 50 حتي 70 ديسيبل.
شكل الحزمة
في كثير من الأحيان مجال التغطية غير منتظمة الشكل ، ومثل واحد يعرف من قبل البلد أو تلك القارة. حتى وقت قريب ، وقد جرت العادة على خلق نمط التغطية المنشودة عن طريق وضع شبكة تشكيل الحزم. كل الحزم لها العلف ، ويضيء الكاملة العاكس المجال. تراكب فإن كل فرد التعميم الحزم وتصدر على شكل حزمة محددة.
على سبيل المثال ، جيم النطاق يحيل هيمي / منطقة الهوائي على القمر انتلسات 6 قطرها 3.2 متر. وهذا هو اكبر فتحة دائرية قطرها الصلبة التي تناسبها داخل مركبة الاطلاق آريان 4 هدية المظروف. الهوائي مضاءة من قبل مجموعة من 146 بوتر قرون. الحزمة قطره  لكل إطعام 1.6  عند 3.7 غيغاهرتز. مناسبة مثيرة الحزمة تشكيل الشبكة ، ومناطق محددة من التغطية مضيئة. لمدة 27 ديسيبل العزلة المكانية بين المناطق تعيد استخدام نفس الطيف ، والمباعدة بين  هو الحد الأدنى الذي تقدمه القاعدة العامة التي تقضي بجعل    1.4 ، بحيث    2.2. وتجتمع هذه مواصفات  = 2.5  لانتلسات 6.
وثمة مثال آخر هو النظام المنسق التي تقدمها - 376
مزدوجة جانبية استقرت 5 غالاكسي السواتل ، التي تديرها شركة بانامسات. العاكس هو قطره 1.80 متر. هناك نوعان من الاستقطابات الخطية ، الأفقي والرأسي. الاستقطاب في مجال معين ، وعلى تماس والولايات المتحدة (CONUS) قد تكون مشمولة اربع حزم كل منها نصف beam***** السلطة من 3  م في تردد الموجات الهابطة من 4 جيغاهرتز. من المدار الثابت بالنسبة للأرض ، الزاوي الأبعاد نحو CONUS
6    3. لهذا النمط مستطيلة الحزم ، والحد الأقصى للحصول على نحو 31 ديسيبل. على حافة التغطية ، وكسب 3 ديسيبل هو أقل من ذلك. مع TWTA ouput قوة دبليو 16 (12 dBW) ، وفقدان الدليل الموجي 1.5 ديسيبل ، ويفترض تشكيل شبكة الحزم خسارة 1 ديسيبل ، EIRP الحد الأقصى هو 40.5 dBW.
وقد شكل العاكس تمثل التكنولوجيا الجديدة. بدلا من إلقاء الضوء العاكس تقليدية متعددة تغذي الحزم في تشكيل شبكة ، هناك واحد أن يكشف عن إطعام العاكس مع متموجة الشكل الذي يوفر التغطية المطلوبة في المنطقة. مزايا أقل الخسائر غير المباشرة ، وتخفيض كبير في الكتلة ، وخفض الخسائر إشارة ، وبتكاليف أقل. باستخدام هوائي كبير بأقطار ، rolloff على امتداد محيط المنطقة التي تغطيها يمكن حادة. التطبيق العملي للتكنولوجيا على شكل العاكس وقد أمكن من خلال وضع المواد المركبة منخفضة للغاية مع معاملات الحرارية والتشويه من قبل توافر البرامج الحاسوبية المتطورة اللازمة لتحليل الهوائي. هوائي واحد يستخدم على نطاق واسع مجموعة برمجيات يسمى غراسب ، التي تنتجها TICRA كوبنهاغن ، الدانمرك. وتحسب لهذا البرنامج أن تستفيد من المبادئ الأولى باستخدام نظرية المادية البصريات.
موجز
المكسب من هوائي يحدده مجال التغطية. الربح في فترة معينة من الطول الموجي ويتحقق على النحو المناسب اختيار حجم الهوائي. الربح ويمكن أيضا بعبارات من نصف القوة beam*****.
العاكس هوائيات تستخدم عادة لانتاج حزم ضيقة للسواتل ثابتة بالنسبة للأرض والمحطات الأرضية. كفاءة الهوائي الأمثل من قبل وسائل الإضاءة واختيار حافة تنحسر. هوائيات ذات صفائف متطاورة وتستخدم في العديد من سواتل المدار الأرضي المنخفض وMEO. وتشمل التكنولوجيات الجديدة الكبيرة ، unfurlable هوائيات صغيرة لإنتاج الحزم الموضعية من المدار الثابت بالنسبة للأرض ، وشكل لخلق عاكسات على شكل حزمة واحدة فقط مع الأعلاف

[daraslouji]

[ موضوع مهم. حبدا لو كان بالعربية

[alimahmed]

مشكورررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررر رررررررررررررر

[shqhdmohmqd]

Thanks brother good, decent

[ابو سهير]

موضوع رائع وشكرا

[albatar222]

ألف شكر استاذعبدالكريم محجوب وانا من المعجبين بمشاركاتك الرائعة

[مصطفي ستالايت]

شكرا أستاذنا الكبير على ذكي