Отношение коэффициента усиления антенны к шумовой температуре

Отношение коэффициента усиления антенны к шумовой температуре ( G/T ) — это показатель качества , характеризующий характеристики антенны , где G — коэффициент усиления антенны в децибелах на частоте приема , а T — эквивалентная шумовая температура приемной системы в кельвины . Шумовая температура приемной системы представляет собой сумму шумовой температуры антенны и шумовой температуры радиочастотной цепи от выводов антенны до выхода приемника.

Температура антенны ( T _ant ) ​​— это параметр, который описывает, сколько шума производит антенна в данной среде. антенны Шумовая температура — это не физическая температура антенны, а скорее выражение доступной мощности шума на фланце антенны. Более того, антенна не имеет связанной с ней внутренней «температуры антенны»; скорее, температура зависит от диаграммы усиления и тепловой среды, в которой она находится. Температуру антенны также иногда называют шумовой температурой антенны.Чтобы определить окружающую среду, мы введем распределение температуры — это температура во всех направлениях от антенны в сферических координатах. Например, ночное небо имеет температуру примерно 4 К ; Значение температурного режима в направлении земной поверхности представляет собой физическую температуру земной поверхности. Это распределение температуры запишется как T _S (θ, φ). Следовательно, температура антенны будет варьироваться в зависимости от того, направлена ​​ли она в пространство или направлена ​​на солнце.

Для антенны с диаграммой направленности, заданной G (θ, φ), шумовая температура математически определяется как:

$T_{\text{A}}={\frac {1}{4\pi }}\int _{0}^{2\pi }\int _{0}^{\pi }G(\theta ,\varphi )T_{\text{S}}(\theta ,\varphi )\sin(\theta )\;d\theta d\varphi$

Это означает, что температура вокруг антенны интегрирована по всей сфере и взвешена в зависимости от диаграммы направленности антенны. Следовательно, изотропная антенна будет иметь шумовую температуру, равную среднему значению всех температур вокруг антенны; для идеально направленной антенны (с карандашным лучом) температура антенны будет зависеть только от температуры, в которую «смотрит» антенна.

Мощность шума P _N (в ваттах), полученная от антенны при температуре T _A, может быть выражена через полосу пропускания B , в которой работает антенна (и ее приемник):

$P_{\text{N}}=kT_{\text{A}}B$,

где k — постоянная Больцмана ( 1,380 648 52 (79) × 10 ⁻²³  Дж / К ). У приемника также есть связанная с ним температура T _E , а общая температура системы T (антенна плюс приемник) имеет общую температуру, определяемую выражением T = T _A + T _E . Эту температуру можно использовать в приведенном выше уравнении для определения общей мощности шума системы. Эти концепции начинают иллюстрировать, как инженеры-антенники должны понимать приемники и связанную с ними электронику, поскольку полученные системы во многом зависят друг от друга.

Параметр, часто встречающийся в спецификациях антенн, работающих в определенных условиях, — это отношение усиления антенны, деленное на температуру антенны (или температуру системы, если указан приемник). Этот параметр записывается как G/T и имеет единицы измерения дБ · К. ⁻¹ .

G/T Расчет

G/T — показатель качества спутниковой системы.

G — коэффициент усиления приемной антенны.
T — шумовая температура системы.

Шумовая температура системы = шумовая температура антенны + шумовая температура приемника (LNA)

Шумовая температура антенны — это мощность шума, наблюдаемая на приемном выходе антенны. (К ЛНА)

Если мы не проводим измерения с помощью LNA или приемника, тогда

Шумовая температура системы = шумовая температура антенны.
Это не репрезентативное значение для расчета G/T , поскольку G/T относится к характеристикам приема как антенны, так и приемника.

Выбор апертуры антенны

Апертура спутниковой антенны тесно связана с добротностью ( значением G/T ) земной станции. Значение G/T и потребность в мощности спутника, т.е. эквивалентная арендная полоса пропускания, представляют собой логарифмическую линейную зависимость. Таким образом, величина эквивалентной арендной платы увеличивается с сужением апертуры антенны.

Поэтому при выборе апертуры земной станции не следует исходить из того, что чем меньше, тем лучше. Апертура земной станции должна обеспечивать компромисс между космическими затратами (эквивалентная арендная полоса пропускания) и наземными затратами (апертура антенны), чтобы обеспечить оптимальное распределение системы.

Достижимое G/T с существующей антенной VSAT в диапазонах C и Ku (угол места E = 35 градусов)

Диаметр Г/Т
3,8 м 21,7
7,5 м 25,3
11 м 31,7

Ссылки

[1] с. стр. 32, Томас А. Миллиган, Современный дизайн антенны, 2-е издание, IEEE Press.[2] с. стр. 32, Томас А. Миллиган, Современный дизайн антенны, 2-е издание, IEEE Press.

В этой статье использованы общедоступные материалы из Федеральный стандарт 1037C . Управление общего обслуживания . Архивировано из оригинала 22 января 2022 г.
Информационная библиотека Тартла