Расчет угловых координат и дальности ИСЗ относительно ЗС, 2, Определение минимального значения потерь электромагнитной энергии в свободном пространстве для каждого участка и соответствующий выбор оборудования

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Дальневосточный Государственный Технический Университет

(ДВПИ им. В.В.Куйбышева)

Кафедра «РТС»

Курсовая работа

по дисциплине:

«КОСМИЧЕСКИЕ И НАЗЕМНЫЕ СИСТЕМЫ РАДИОСВЯЗИ И СЕТИ РАДИОВЕЩАНИЯ»

                        Выполнил:

Проверил:

Владивосток

2011

Исходные данные

Положение ИСЗ: 140⁰Е

Диапазон рабочих частот: 4/6 ГГц

Угловая нестабильность положения ИСЗ δ_дрейф= ±0,3

Ширина диаграммы направленности бортовой антенны Δφ_0,5= 5⁰

Диаметр антенны ЗС_пр D_А.з= 3м

КПД волноводных трактов для ЗС η_{пер.з.с.}/η_пр.з.с.= 0,5/0,8

КПД волноводных трактов для ИСЗ η_пер.б./η_пр.б.= 0,65/0,68

Эллиптичность земной антенны е₁= 0,6

Эллиптичность бортовой антенны е₂= 0,8

Метод модуляции: АМ

Высшая частота канала F_в= 6МГц

Спектральная эффективность γ= 0,8 бит/Гц^.сек

Соотношение сигнал/шум на входе приемника 14,4 дБ

% времени Т_Д= 0,1%

Коэффициент превышения энергии а= 11

Коэффициент превышения энергии b= 1,1

Коэффициент уровня энергии, попадающей в антенну через боковые лепестки с= 0,05

Дождевые районы: 1/22

Количество каналов: 6 ТВ, 10 РВ

Скорость передачи: 22400Кбит/с

Земная станция ЗС1: Чита (широта β= 53⁰3’сш; долгота λ= 113⁰28’вд)

ИСЗ Экспресс АМ3 140⁰Е

Земная станция ЗС2: Владивосток (широта β= 43⁰8’сш; долгота λ= 131⁰54’вд)

1. Расчет угловых координат и дальности  ИСЗ относительно ЗС.

2. Определение минимального значения потерь электромагнитной энергии в свободном пространстве для каждого участка и соответствующий выбор оборудования.

3. Расчет  мощности передатчиков земной  и спутниковой станции.

4. Проверка устойчивости работы линии связи.

5. Расчет энергетических характеристик станций. Построение диаграммы уровней и частотного плана ЦССС в арендуемой полосе частот.

6. Построение структурной схемы связи.

7. Заключение: выводы к проведенным расчетам.

Расчет угловых координат и дальности ИСЗ относительно ЗС.

Определяется азимут ЗС на ИСЗ по формуле: α=π‑ α’(для северного полушария),  где α’= arccos[tgβ/tgψ], а cosψ= cosβ _.cosδ

Разница долготы ЗС в Чите и ИСЗ: δ₁= |λ_ЗС1 – λ_ИСЗ| = 26,72⁰

Разница долготы ИСЗ и ЗС во Владивостоке δ₂= |λ_ЗС2 – λ_ИСЗ| = 8,04⁰

Тогда для Читы cosψ₁= 0,612^.0,893= 0,547, отсюда ψ₁= arcos(0,547)= 56,839⁰

Для Владивостока cosψ₂= 0,73^.0,99= 0,723, отсюда ψ₂= arcos(0,723)= 43,697⁰

α’₁= arccos[tgβ₁/tgψ₁]= 32,282⁰

α’₂= arccos[tgβ₂/tgψ₂]= 11,172⁰

Определение угла места осуществляется следующим образом:

 

 

Определение наклонной дальности

a – радиус Земли, равный 6370 км

Определение характеристик передающих и приемных антенн ИСЗ и ЗС

Ширина диаграммы направленности определяется по формуле

ЗС1- ИСЗ= 6ГГц;

ИСЗ-ЗС2= 4 ГГц;

Диаметр приемной антенны ЗС D_Аз= 3м

Тогда для Читы

для Владивостока

Определение коэффициента усиления передающей антенны ИСЗ

Определение коэффициента  усиления   передающей   антенны   ИСЗ  в главном направлении для заданного значения ширины диаграммы направленности бортовой антенны    =5º, приняв q = 0,5 производится по формуле:

Определение коэффициента усиления приемной антенны ЗС приняв значение q = 0,6 согласно исходным данным D_А.З.(м)  и  (м):

Определение коэффициента передающей ЗС

Определение диаметра передающей антенны ИСЗ выполняется из расчета действующей площади антенны, которая определяется как

Определение диаметра передающей антенны ИСЗ :

Определение коэффициента усиления приемной антенны ИСЗ, приняв значение q = 0,5 согласно данным D_А.б.(м) и  (м):

Определение полной величины потерь энергии сигнала на линии связи

Полная величина потерь энергии сигнала на линии связи:

                                    .                                   

Здесь величина  называется основными потерями энергии сигнала.  

Дополнительные потери сигнала на участке ИСЗ – Земля L_2допопределяются несколькими составляющими:

L_2доп= L_а+ L_д + L_н + L_п , (дБ).

В диапазонах частот выше 500 МГц основное поглощение определяется газами тропосферы – кислородом (О₂) и водяными парами (Н₂О), а также дождем и прочими гидрометеорами (облаками, туманом, снегом), ионосфера и остальные газы тропосферы играют малую роль. Для количественной оценки поглощения в газах тропосферы удобно воспользоваться представлением

 ,                                    

где  и  - коэффициенты поглощения в кислороде и водяных парах, дБ/км (рис.3);   и   - эквивалентная длина пути сигнала в этих средах, км. Данная величина зависит от толщины атмосферы, угла места антенны земной станции  и высоты станции над уровнем моря h_З;

Соответственно:   ;      .

Толщина (точнее, эквивалентная толщина) атмосферы для различных составляющих различна и ориентировочно принимается:

;   .

Рис.3. Зависимость коэффициента поглощения для кислорода и водяных паров от частоты

По рис. 4 для заданного диапазона частот f, угла места  и высоты станции над уровнем моря  h_З = 0 можно найти L_а , дБ; но надо знать, что количественная оценка L_aпо рис. 2.4 является ориентировочной;

Рис. 4. Частотная зависимость поглощения радиоволн в спокойной атмосфере

(без дождя) при различных углах места

Количественная оценка ослабления сигнала в дожде L_д = L`<sub>д</sub>l<sub>з</sub>  зависит от коэффициента поглощения в дожде L`_д и эквивалентной длины пути сигнала в дожде l_з ;

,

где h_д км – эквивалентная толщина дождевой зоны.

Весьма важен вопрос о частоте (проценте времени Т_д) выпадения дождей той или иной интенсивности, т.е. их статистике. Усредненные значения l_з , учитывающие поправку на пространственную локализацию дождя различной интенсивности приведены на рис. 2.8, эти реальные данные можно сравнить с расчетными (см. следующий абзац).