Конспект лекций по курсу: «Основы построения Земных станций и бортовых ретрансляторов». Часть 3: "Основные характеристики спутниковой линии связи" (Анализ спутникового канала связи. Анализ линий связи вверх и вниз (Идеальный усилитель))

Требуемая мощность передатчика земной станции связи обеспечивается за счет применения мощных усилителей на ЛБВ и пролетных клистронов. Поскольку усилитель и передающая антенна находятся на Земле, вес системы не играет особой роли и могут быть обеспечены большие уровни EIRP. Уровни выходной мощности земных станций величиной 40…60 дБВт могут быть легко реализованы с помощью усилителей на ЛБВ и пролетных клистронах. Эти уровни мощности, а также необходимая величина КУ передающей антенны определяют заданную величину EIRP в системе спутниковой связи вверх.

При разработке системы связи вверх большее по сравнению с величиной EIRP внимание следует уделять форме ДН передающей антенны поскольку через боковые лепестки антенны может излучаться мощность помех в направлении других спутников связи. Количество близлежащих спутников, которые могут одновременно работать на орбите зависит от ширины основного лепестка ДН уровня боковых лепестков земной передающей антенны. С другой стороны, слишком узкий основной лепесток ДН может привести к потерям, возникающим из-за неточного местоположения спутника на орбите. Например, если угловое положение спутника известно только с точностью ± 0,2 градуса, требуется минимальная ширина ДН по половинной мощности земной антенны около 0,6 градусов. При этом требуется КУ земной передающей антенны, равный приблизительно 55 дБ.

На рис. 3.12 приведена зависимость КУ параболической антенны для внеосевых направлений.

Рис. 3.12. ДН земной станции, обеспечивающей режим работы вверх. Угол отсчитывается от направления визирования.

Для уменьшения помехи в направлении соседнего спутника на 20 дБ из этого графика следует, что ближайший спутник должен находиться как минимум на 3 градуса в стороне. Поэтому, угол разделения двух соседних спутников, находящихся на одной и той же орбите, должен составлять 3 градуса (см. рис. 3.11). Таким образом, ширина основного лепестка ДН земной станции (вверх) выбирается исходя точности наведения на спутник, а угловой разнос спутников на орбите определяется исходя из уровня помех по боковым лепесткам. Для увеличения точности наведения на спутник требуется сузить основной лепесток ДН и в результате можно расположить спутники на орбите ближе друг к другу (увеличить количество спутников на синхронной орбите).

Увеличение несущей частоты позволяет  уменьшить размеры антенн земных  станций. Рис. 3.13 показывает соотношение между диаметром антенны земной станции и частотой для различных значений ширины ДН по половинной мощности и КУ. Отметим, что увеличение частоты несущей обеспечивает преимущество, связанное с уменьшением геометрических размеров антенны и улучшением нагрузки спутников, поскольку на орбите можно разместить большее количество спутников.

При ширине главного лепестка ДН равном 0,6 градусов (КУ=55 дБ) EIRP земной станции легко обеспечить в пределах 80…90 дБВт.

Рис. 3.14. Зависимость отношения сигнал-шум (CNR) от величины g/T⁰ (Ширина полосы шума =30 МГц; потери в линии связи вниз =196 дБ. Данные соответствуют случаю глобальной антенны, размещенной на синхронной орбите, g=23 дБ).

Рис. 3.14 позволяет оценить отношение сигнал-шум (CNR) на спутнике (с учетом графика потерь, представленного на рис. 3.2) при частотной полосе 30 МГц в зависимости от величины g/T⁰ на спутнике. Даже при существенных потерях на распространение (≈200 дБ) и относительно низких величинах g/T⁰ может быть реализована приемлемая линия связи.

Линия связи вниз

Рис. 3.14. Зависимость отношения сигнал-шум (CNR) от отношения g/T⁰ в приемнике (Частотная полоса шума =30 МГц; потери в линии связи вверх=199дБ. В линии связи вниз работает глобальная антенна, расположенная на синхронной орбите, g=23 дБ).

Основным ограничением линии связи вниз (рис. 3.15а) является тот факт, что усилитель мощности и передающая антенна должны быть размещены на спутнике. Это вносит ограничения на вес и габариты усилителей мощности с учетом достижимых в настоящий момент времени пределов выходной мощности, ограниченных по частоте. (см. рис. 3.15б).

		ЛБВ
	Твердотельные усилители

Рис. 3.15. Спутниковая линия связи вниз. а) Модель. б) Характеристики усилителей мощности, размещаемых на спутниках.