Орбитальные плоскости системы ГЛОНАСС

Многолучевость является ограничивающим фактором при получении высокоточных результатов спутниковых измерений. Различные способы обработки сигналов могут уменьшить эффект многолучевого распространения при условии, что расстояние между исходной и отраженной электромагнитной волной составляет более 10 метров. В тех случаях, когда антенна установлена на высоте менее 2-х метров над поверхностью земли (что характерно для геодезических изысканий) расстояние многолучевого распространения спутникового сигнала составляет не более 4-х метров и обработка сигнала не может уменьшить этот эффект значительно. К счастью, электромагнитные волны, отражённые от земной поверхности или объекта под антенной, могут быть заглушены подавляющим экраном антенны типа choke ring.

 

 

Choke ring состоит из нескольких концентрических тонких стенок или колец, вокруг центрального элемента, где расположена антенна, и заключено в защитный купол. Область между кольцами создает “канавки”. Принцип работы заключается в следующем: сигнал, принятый антенной, состоит из двух компонентов “прямого” и “отраженного”. “Канавки” не оказывают никакого влияния на прямой сигнал, кроме уменьшения коэффициента усиления антенны при малых углах возвышения. Для больших углов возвышения заземляющая поверхность работает почти как плоскость. При этом “канавки” имеют сильное влияние на отраженный сигнал под антенной.

 

 

Электромагнитное поле отраженного сигнала в непосредственной близости от экранной поверхности choke ring можно рассматривать как сумму двух волн поля. Одна из них является волной поля, окружающая плоскость подавления вдоль воображаемой проводящей поверхности, которая присоединена к верхним краям пазов и продолжается к задней стороне подавляющей поверхности. Эта отраженная волна является такой же, как отраженная волна в плоской подавляющей поверхности. Она называется “первичной” волной. Вторая отраженная волна создается электромагнитным полем канавок. Эту волну называют “вторичной” волной. Поле внутри канавок можно рассматривать как сумму двух волн. Одна волна, которая  распространяется вертикально по отношению к нижней поверхности канавок, может рассматриваться как волна, которая входит в канавки снаружи. Эта волна возбуждается “первичной” волной. Вторая волна, которая распространяется вертикально вдоль стенок канавок и может рассматриваться как волна, отраженная от нижней поверхности канавок наружу. Эта волна возбуждает «вторичную» волну.

Первичные и вторичные отраженные сигналы распространяются на антенный элемент и вносят свой вклад в суммарный сигнал, который также включает в себя прямой сигнал со спутника. Предназначение choke ring, по существу, заключается в том, чтобы заставить первичные и вторичные волны взаимно подавить друг друга, и оставить в качестве доминирующего прямой сигнал к антенне.

 

 

Фазовое соотношение между первичным и вторичным отраженных сигналов на выходе антенны зависит от разности длин путей, который проходит каждый сигнал. Эта разность хода в два раза превышает глубину пазов. Отношение амплитуд двух сигналов, зависит от характеристик антенного элемента, его расположение на заземляющей плоскости, ширины и количества пазов. Если амплитуда первичной и вторичных волн равны между собой и разность фаз между ними составляет 180 градусов, тогда два компонента отраженного сигнала компенсируют друг друга на выходе антенны и многолучевое распространение подавляется. Таким образом, choke ring имеет оптимальный эффект только на определенной частоте, которая имеет резонансное поведение.

 

 

Для антенны с choke ring экраном полное глушение многолучевого распространения волны происходит исключительно на конкретных высотах полёта искусственных спутников Земли, на остальных высотах многолучевость подавляется не полностью. Наибольшее подавление достигается во время нахождения космических аппаратов вблизи зенита, а минимальное – вблизи горизонта.

В ранних исследованиях, в том числе в традиционном JPL choke ring, был сделан вывод о том, что глубина канавок должна быть близка к четверти длины волны, но немного больше, чтобы избежать создания еще одного компонента волновой поверхности, которая разрушает требуемую фазу и амплитудные соотношения между первичной и вторичной волнами.

Данный тип антенн получил широкое распространения благодаря прецизионной точности определения положения предметов в пространстве. Самым очевидным применением для них является создание сети базовых станций для определения поправок в спутниковые измерения.