Сравнительный анализ требований нормативно-правовых документов Российской Федерации и международных норм, предъявляемых к характеристикам направленности антенн земных станций спутниковой связи

В современных условиях применения земных станций (ЗС) спутниковой связи вследствие перегруженности частотного диапазона радиоизлучениями различных средств, а также из-за их плотного (компактного) размещения остро стоит вопрос их совместного функционирования, что накладывает существенные ограничения на характеристики направленности антенн ЗС.

Для решения вопросов совместной работы средств спутниковой связи, оснащаемых как антеннами зеркального типа [1; 2], так и антенными решетками [3–5], совместно с другими радиоизлучающими средствами, а также в целях обеспечения целостности, устойчивости функционирования и безопасности единой сети электросвязи Российской Федерации к параметрам характеристик направленности антенных устройств ЗС спутни-

Е^Н © Медведев Ю.В., 2025

ковой связи предъявляются как обязательные требования, закрепленные в Российской Федерации на законодательном уровне, так и международные требования рекомендательного характера.

• 1.    Краткий обзор основных нормативных документов, задающих требования к характеристикам направленности антенн земных станций спутниковой связи

  К наиболее часто применяемым в отечественной и зарубежной практике относятся рекомендации Международного союза электросвязи (МСЭ) S.465-6 [6], S.524-9 [7], S.580-6 [8], BO.1213-1 [9], рекомендации Регламента радиосвязи, приведенные в Дополнении 3 Приложения 8 [10].

Требования к основным параметрам и техническим характеристикам ЗС, требования по электромагнитной совместимости, электробезопасности и биологической безопасности на выпускаемое в Российской Федерации и импортируемое оборудование ЗС устанавливаются стандартом отрасли ОСТ 45.56-1996 [11] «Станции земные для линий спутниковой связи, работающие с ИСЗ на геостационарной орбите в диапазонах частот 6/4 ГГЦ и 14/11–12 ГГЦ. Типы, основные параметры, технические требования».

Государственным комитетом Российской Федерации по связи и информатизации 7 октября 1997 года утверждены Общие технические требования (ОТТ) РД 45.093-97 [12] на станции земные для линий спутниковой связи, работающие с искусственными спутниками Земли (ИСЗ) на геостационарной орбите в диапазонах частот 6/4 ГГЦ и 14/11–12 ГГЦ. ОТТ разработаны с учетом рекомендаций Международного союза электросвязи МСЭ-Р 524, 580, 729, рекомендаций МСЭ-Т G.703 и М2100, руководящих документов Взаимоувязанной сети связи РФ, Регламента радиосвязи и распространяются на вновь вводимые земные станции спутниковой связи, работающие через ИСЗ на геостационарной орбите в диапазонах частот 6/4 ГГц и 14/11–12 ГГц, выделенных для фиксированной спутниковой службы, а также на выпускаемое в Российской Федерации и импортируемое оборудование ЗС.

Научно-исследовательским институтом радио разработан стандарт отрасли «Станции земные фиксированной спутниковой службы. Технические требования к составным частям станции» ОСТ 45.123-99 [13]. Документ разработан с уче- том стандартов Российской Федерации, отраслевых стандартов, норм Государственного комитета по радиочастотам (ГКРЧ), Рекомендаций МСЭ, руководящих документов по взаимоувязанной сети связи Российской Федерации (ВСС РФ) и Регламента радиосвязи.

Технические требования и методы испытаний станций земных, работающих в полосах частот 27,5–31,0 ГГц на передачу и 17,7–21,2 ГГц, 10,7–12,75 ГГц на прием, устанавливаются стандартом отрасли ОСТ 45.193-2002 [14], разработанным Федеральным государственным унитарным предприятием ордена Трудового Красного знамени «Научно-Исследовательский институт радио» (ФГУП НИИР).

В целях обеспечения целостности, устойчивости функционирования и безопасности единой сети электросвязи Российской Федерации приказом Мининформсвязи РФ от 23.11.2006 № 153 утверждены «Правила применения антенн и фидерных устройств» [15], разработанные в соответствии со статьей 41 Федерального закона от 7 июля 2003 г. № 126-ФЗ «О связи» (Собрание законодательства Российской Федерации, 2003, № 28, ст. 2895). Правила устанавливают обязательные требования к параметрам антенн и фидерных устройств (АФУ), применяемых в сети связи общего пользования и технологических сетях связи в случае их присоединения к сети связи общего пользования.

Также требования к параметрам антенных систем ЗС устанавливаются в Приложении № 11 к Правилам применения земных станций спутниковой связи и вещания единой сети электросвязи Российской Федерации, утвержденных приказом Министерства информационных технологий и связи Российской Федерации от 22.08.2007 № 99 [16].

Российским государственным оператором спутниковой связи, космические аппараты которого обеспечивают глобальное покрытие – Федеральным государственным унитарным предприятием «Космическая связь » (ГП КС) – устанавливаются требования к параметрам антенных систем ЗС, работающих в «С»-, «Ku»-, «Ка»- и «L»-диапазонах с орбитальной группировкой из 12 геостационарных спутников. Зоны обслуживания космических аппаратов ГП КС, расположенных на дуге орбиты от 14° з. д. до 145° в. д., охватывают всю территорию России, стран СНГ, Европы, Ближнего Востока, Африки, Азиатско-Тихоокеанского региона, Северной и Южной Америки, Австралии, а ЗС

Таблица 1. Соответствие требований

Table 1. Requirements compliance

№ п/п Требования Частота, ГГц КУ, дБи D/λ Соответствие (неполное) 1 S.465-6 2,0…31,0 – < 33,3 – < 50 ≥ 50 ≤ 100 2 S.524-9 5725,0…7075,0 — — 12,75…13,25 13,75…14,5 27,5…30,0 3 S.580-6 – – < 50 – > 50; < 150 > 150 4 BO.1213-1 11,7…12,75 — ≥ 11 – 5 Прилож. 8 доп. 3 РР < 48 < 100 — ≥ 48 ≥ 100 6 ОСТ 45.56-1996 4,0…6,0 — ≥ 50 S.580 14,0/11,0…12,0 10,0…14,0 ≥ 35 10,7…11,7 ≥ 22 7 РД 45.093-97 6,0…4,0 – ≥ 50 S.580 S.465 14,0/11,0…12,0 10,0…14,0 ≥ 35 10,7…11,7 ≥ 22 8 ОСТ 45.123-99 6,0…4,0 – ≥ 50 S.580 14,0/11,0…12,0 10,0…14,0 ≥ 35 10,7…11,7 ≥ 22 9 ОСТ 45.193-2002 10,70…12,75 – – R.728 17,70…21,20 27,50…31,00 10 Пр. Мининформсвязи РФ от 23.11.2006 № 153 – – – S.580 S.465 11 Пр. от 22.08.2007 г. № 99 (VSAT) 4,0…6,0 — S.524 14,0/11,0…12,0 12…18 20,0…30,0 0,3…3,0 3,0…30,0 12 ГП КС 4…6 — — Пр. № 153 Пр. № 99 11…14 20…30 работают в спутниковых сетях «Экспресс» [17], а также с использованием технологии VSAT [18].

Требования к параметрам огибающей ДН антенн ЗС «Экспресс» устанавливаются в соот- ветствии с приказом № 153, а для антенн ЗССС VSAT – в соответствии с приказом № 99.

Требования, предъявляемые к огибающей ДН, сопоставимы в ряде нормативных документов.

Таблица 2. Данные по превышению огибающей ДН

Table 2. Data on envelope excess

Нормативные документы	Превышение огибающей по диапазонам, %
	C	X	Ku	Ka
S.465-6	11,6	20,7	18,6	2,0
S.524-9	3,3	13,5	3,2	18,1
S.580-6	9,9	22,2	22,2	4,3
BO.1213-1	–	–	9,4	–
Прилож. 8 доп. 3 РР	0,0	0,0	0,0	0,0
ОСТ 45.193-2002	–	–	20,7	3,7
Пр. № 99 от 22.08.2007 г.	3,3		7,9	3,6

Для удобства сравнения рассмотренные требования представлены в таблице 1.

Согласно данным таблицы, требования к огибающей ДН в нормативных документах представлены преимущественно для «C»-, «X»-, «Ku»- и «Ka»-участков диапазона применительно к антеннам с широкой номенклатурой размеров излучающей апертуры.

2.    Расчетные соотношения

В ходе проведения сравнительного анализа требований, предъявляемых к характеристикам направленности антенн ЗС спутниковой связи, выполнены расчеты регламентирующих огибающих ДН для части нормативных документов, представленных в таблице 1, а также огибающих ДН круглой плоской апертуры с единичным синфазным амплитудным распределением излучаемого поля, которые при сравнении приняты за эквивалент зеркальных антенн ЗС спутниковой связи с соответствующими размерами апертуры.

Расчет ДН плоской круглой апертуры выполнен по известному соотношению [19]:

F(©) = 2 J1 (2Pu), u = asin(@), 2p u л где a – радиус апертуры, заданный в длинах волн; λ – длина волны в метрах; Θ – угол, отсчитываемый относительно максимума ДН в вертикальной плоскости; J1 – функция Бесселя первого порядка.

Для сравнительного анализа использована величина процентной доли превышения уровней максимумов боковых лепестков ДН круглой плоской апертуры, рассматриваемой в качестве эквивалента антенны ЗС спутниковой связи, при этом в большинстве нормативных документов указывается, что огибающие ДН ЗС должны иметь процентную долю максимумов боковых лепестков, превышающих регламентирующую огибающую не более чем на 10 %, либо иметь 90 % максимумов боковых лепестков ДН, не превышающих регламентирующую огибающую.

Процентная доля X_j максимумов боковых лепестков ДН, которые не соответствуют регламентирующей ДН, определялась в соответствии с рекомендацией МСЭ-R S.732-1 [20], согласно соотношению:

N

Xj = 100 xY-5 [%], j Ы A^w где: j - индекс анализируемой области углов Аф^; N – количество пиков боковых лепестков, превышающих огибающую эталонной диаграммы направленности, в пределах j-й области углов; ∆φi – ширина i-го пика боковых лепестков, который превышает огибающую эталонной диаграммы направленности, по выборке (градусы); ∆ϕW – общая угловая ширина j-й области углов, в пределах которой проводятся измерения (градусы).

3.    Результаты сравнительного анализа

Результаты расчетов регламентирующих огибающих ДН, определяемых международными рекомендациями: S.465-6, S.524-9, S.580-6, BO.1213-1, Дополнением 3 к приложению 8 Регламента радиосвязи, а также нормативными документами действующего законодательства РФ: ОСТ 45.561996 и приказом Министерства информационных технологий и связи Российской Федерации от 22.08.2007 № 99, представлены на рис. 1–4 в виде графиков для «C»-, «X»-, «Ku»- и «Ka»- участков диапазона. На рисунках отображены не все графики огибающих ДН, определяемых нормативными документами из таблицы 1, так как часть огибающих одинаковы и их графики совпадают. На рисунках

Рис. 1. Огибающие ДН диапазона «C»

Fig. 1. Patterns envelope in «C» frequency band

Рис. 2. Огибающие ДН диапазона «X»

Fig. 2. Patterns envelope in «X» frequency band

Внеосевой угол О, градусы

Рис. 3. Огибающие ДН диапазона «Ku»

Fig. 3. Patterns envelope in «Ku» frequency band

Внеосевой угол Θ , градусы

Рис. 4. Огибающие ДН диапазона «Ka»

Fig. 4. Patterns envelope in «Ka» frequency band

Рис. 5. Процентная доля превышения огибающей

Fig. 5. Percentage of envelope excess

также указана расчетная величина процентной доли превышения максимумов боковых лепестков ДН круглой плоской апертуры для соответствующих регламентирующих ДН, определяемых нормативными документами таблицы 1, а график огибающей ДН круглой плоской апертуры отображен черной сплошной утолщенной линией.

Как видно из рисунков, форма регламентирующей огибающей ДН, имеющей главный лепесток, задается только в Дополнении 3 Приложения 8 Регламента радиосвязи и Рекомендации МСЭ ВО.1213, остальные нормативные документы определяют форму огибающей ДН только по боковым и заднему лепесткам.

Расчетные данные по величине процентной доли превышения уровней максимумов боковых лепестков ДН круглой плоской апертуры представлены в таблице 2, а также в виде столбчатых диаграмм на рис. 5.

В таблице 2 поставлены прочерки в тех ячейках, для которых нормативными документами не устанавливаются формы огибающей ДН, а ячейки с максимальными значениями превышения выделены рамкой.

На рис. 5 столбцы, отображающие величину процентной доли превышения огибающей ДН, для различных участков диапазонов заполнены соответствующими видами штриховок, обозначенных в верхнем правом углу рисунка, а участки диапазонов, на которые нормативными документами не устанавливаются формы огибающей ДН, показаны столбцами без штриховки, при этом величина превышения для каждого нормативного документа представлена четырьмя столбцами по участкам диапазона «C», «X», «Ku» и «Ka», за исключением Дополнения 3 к Приложению 8 Регламента радиосвязи, где превышений не име- ется ни на одном из рассматриваемых участков диапазона.

Для «С»-диапазона (рис. 1, 5, таблица 2) огибающая ДН круглой плоской апертуры с коэффициентом усиления (КУ), равным 31,5 дБи, и диаметром 0,6 м имеет незначительные превышения регламентирующих огибающих ДН (менее 10 %), за исключением огибающей рекомендации МСЭ-R S.465-6, где превышение составляет 11,6 %. Также, в «С»-диапазоне огибающие ДН, определяемые Рекомендацией МСЭ-R S.524-9 и приказом Министерства информационных технологий и связи Российской Федерации от 22.08.2007 г. № 99, одинаковы, а огибающие ДН, определяемые рекомендациями S.465-6, и S.580-6 совпадают в секторе углов от 7,6° до 180°. Рекомендацией МСЭ-R BO.1213-1 и стандартом отрасли РФ ОСТ 45.193-2002 в «С»-диапазоне огибающие ДН не определяются.

В «X» диапазоне (рис. 2, 5, таблица 2) огибающая ДН круглой плоской апертуры с КУ = 26,9 дБи и диаметром 0,3 м имеет существенные превышения регламентирующих огибающих ДН: для рекомендации S.524-9 – на 13,5 %; для S.465-6 – на 20,7 %; и для S.580-6 – максимальное превышение в 22,2 %. Огибающие ДН, определяемые рекомендациями МСЭ-R S.465-6 и S.580-6, совпадают в секторе углов от 13,7° до 180°. Также имеется совпадение огибающих ДН, определяемых рекомендациями МСЭ-R S.465-6 и S.524-9, в секторе углов от 2,5° до 7,0°. Рекомендацией МСЭ-R BO.1213-1, стандартом отрасли РФ ОСТ 45.193-2002 и приказом Министерства информационных технологий и связи Российской Федерации от 22.08.2007 № 99 в «X»-диапазоне огибающие ДН не определяются.

В «Ku»-диапазоне (рис. 3, 5, таблица 2) огибающая ДН круглой плоской апертуры с КУ = 28,5 дБи и диаметром 0,2 м также имеет существенные превышения регламентирующих огибающих ДН: для рекомендации S.465-6 – на 18,6 %; для S.580-6 – максимальное превышение в 22,2 %, для стандарта отрасли

РФ ОСТ 45.193-2002 – на 20,7 %. Огибающие ДН, определяемые рекомендациями МСЭ-R S.465-6 и S.580-6, совпадают в секторе углов от 11,08° до 180°, а огибающая, определяемая ОСТ 45.193-2002, близко к ним расположена.

В «Ka» диапазоне (рис. 4, 5, таблица 2) огибающая ДН круглой плоской апертуры с КУ = 45,5 дБи и диаметром 0,6 м имеет существенные превышения регламентирующей огибающей ДН для рекомендации S.524-9 – на 18,1 %. Огибающие ДН остальных рассматриваемых нормативных документов имеют незначительные отличия. Рекомендацией МСЭ-R BO.1213-1 в «Ka»-диапазоне огибающая ДН не определяется.

Заключение

Результаты проведенного анализа показывают, что наиболее жесткие требования по форме огибающей ДН задаются рекомендацией МСЭ-R S.580-6 для «X»- и «Ku»- диапазонов, а также рекомендацией МСЭ-R S.524-9 для «Ka»- диапазона, и Рекомендацией МСЭ-R S.465-6 для «C»-диапазона.

Наиболее лояльные требования к форме огибающей ДН определяются Дополнением 3 к Приложению 8 Регламента радиосвязи, при этом огибающая ДН плоской круглой апертуры не имеет превышений ни на одном из участков рассматриваемого диапазона.

Для рассмотренных нормативных документов, за исключением Дополнения 3 к Приложению 8 Регламента радиосвязи, имеются как незначительные, так и существенные превышения огибающей ДН круглой плоской апертуры, что указывает на необходимость принятия дополнительных мер по формированию амплитудно-фазового распределения поля по апертуре, снижающего уровень боковых лепестков.

Требования к огибающей ДН, определяемые нормативными документами Российской Федерации, в основном соответствуют рекомендациям МСЭ.