Проект региональной спутниковой системы вещания (ССВ). Высокая пропускная способность спутниковых каналов связи

диодный смеситель; 2 – усилитель на туннельном диоде; 3 – смеситель с восстановлением зеркального канала; 4 – усилитель на биполярном транзисторе; 5 – усилитель на полевом транзисторе; 6 – параметрический неохлаждаемый усилитель; 7 - параметрический охлаждаемый усилитель.

Рисунок 3.2 – Шумовые характеристики различных типов МШУ в

зависимости от частоты.

По заданию f_вверх = 6000 МГц = 6.1 ГГц и f_вниз = 3775 МГц = 3.775 ГГц

Исходя из расчетов проведенных выше, угла места для ЗСС (Екатеринбург) 26⁰ и угла места ЗСС (Салехард) 33,12⁰ по графику рисунка 3.1 определим Т_{атм кс} и Т_атмзс.

Т_{атм кс} ≈ 16⁰К

Т_атмзс≈ 9⁰К

По формуле 3.3 просчитаем результирующую шумовую температуру антенны для космической станции:

Т_Акс= Т_{атм кс}(γ) + Т_з+  Т_косм(γ) = 16⁰ + 290⁰ + 0,2 · 10⁰ = 308⁰К

По формуле 3.4 посчитаем результирующею шумовую температуру антенны для земной станции:

Т_Азс= Т_атмзс(γ) + Т_з+ Т_косм(γ) = 9⁰ + 290⁰ + 0,2 · 10⁰ = 301⁰К

По рисунку 3.2 определяем ориентировочные шумовые характеристики для выбранных МШУ. Для КА параметрический охлаждаемый усилитель, а для ЗСС параметрический неохлаждаемый усилитель.

Т_{прм кс} ≈ 15⁰К

Т_прмзс≈ 29⁰К

В свою очередь по формуле 3.1 эквивалентную шумовую температуру приемной станции КА и ЗСС:

Т_Σкс= 308⁰ + 290⁰ ·  = 399,25⁰К

Т_Σзс= 301⁰ + 290⁰ ·  = 346⁰К

4 ЗАТУХАНИЕ СИГНАЛА В УСЛОВИЯХ СВОБОДНОГО ПРОСТРАНСТВА И ДОПОЛНИТЕЛЬНОЕ ЗАТУХАНИЕ НА УЧАСТКАХ КА – ЗСС И ЗСС – КА

Затухание сигнала при распространении его между КА и ЗСС складывается из основных и дополнительных потерь:

L_Σ = L_осн + L_доп                                                          (4.1)

где      L_осн- основные потери сигнала, вызванные его рассеванием при распространении;

L_доп- дополнительные потери сигнала, вызванные его рассеванием при распространении.

Основные потери сигнала рассчитываются по формуле:

                                                      (4.2)

где d – наклонная дальность (расстояние от КА до ЗСС);

λ – длинна волны сигнала. λ =

Рисунок 4.1 – Частотная зависимость поглощения радиоволн в атмосфере при различных углах места

Рисунок 4.2 Частотная зависимость поглощения радиоволн в дожде при различных углах места.

Дополнительные потери определяются по формуле:

L_доп = L_атм + L_р + L_пол + L_дож + L_н                                                                                     (4.3)

где L_атм – потери в атмосфере определяются по графикам рисунка 4.1;

L_дож – потери в дожде определяются по графикам рисунка 4.2;

L_р – потери за счет рефракции сигнала в тропосфере, незначительны по величине и обычно ими в расчетах пренебрегают;

L_пол – потери из-за несогласованности поляризаций приемной и передающей антенн, обычно принимают равными ≈ 0,01 дБ;

L_н – потери из-за неточности наведения антенн ЗСС и КА и составляют ≈ 0,02 дБ.

Произведем расчет длины волны для линии вверх и вниз:

λ₁=  = 0,049 м;

λ₂=  = 0,079 м.

Далее необходимо произвести расчет основных потерь сигнала по  формуле 4.2:

L_осн1= = 1,003·10²⁰ = 140 дБ

L_осн2= = 1,263·10¹⁹ = 136 дБ

Дополнительные потери определяются по рисункам 4.1 и 4.2.

L_атм1≈ 0,17 дБ, L_атм2 ≈ 0,2 дБ;

L_дож1≈ 0,01 дБ, L_дож2 ≈ 0,01 дБ;

L_р – в расчет не берем;

L_пол ≈ 0,01 дБ;

L_н ≈ 0,02 дБ.

В свою очередь дополнительные потери по формуле 4.3:

L_доп1 = 0,17 + 0 + 0,01 + 0,01 + 0,02 = 0,21 дБ = 1,05;

L_доп2 = 0,2 + 0 + 0,01 + 0,01 + 0,02 = 0,24 дБ = 1,06.

5 РАСЧЕТ ДИАМЕТРА ПРИЕМНОЙ АНТЕННЫ ЗСС

Для расчета диаметра приемной антенны ЗСС используется выражение добротности приемной части ЗСС:

                                      (5.1)

Где    затухание энергии в свободном пространстве на участке ИСЗ – Земля;

ЭИИМ_ка= Р_прдка∙η_{прм ка}∙G_{прд ка} – эквивалентная изотропно-излучаемая мощность транспондером КА;

L_2доп – дополнительные потери сигнала на линии «вниз»;

К = 1,38∙10^-23Вт/Гц∙град – постоянная Больцмана;

Δf_шэ – эквивалентная (энергетическая) шумовая полоса приемника;

b – коэффициент запаса энергии на участке спутник – земля, обычно принимается в пределах 1,1 ~ 1,3;

 - суммарное отношение сигнал/шум на входе приемника;

Р_ш = КТ_Σзс  Δf_шэ– суммарная мощность шумов на входе приемника;

T_Σзс - эквивалентная шумовая температура приемника ЗСС;

d₂ – наклонная дальность от КА до приемной ЗСС;

λ₂ – длина волны на линии «вниз»;

η_прмзс – КПД волноводного тракта между приемником и антенной ЗСС (обычно в пределах 0,8 ~ 0,95);

η_{прм ка} – КПД волноводного тракта между передатчиком и антенной КА (обычно в пределах 0,65 ~ 0,9);

G_прдзс – коэффициент усиления приемной антенны ЗСС относительно изотропного излучателя;

G_{прд ка} – коэффициент усиления передающей антенны КА относительно изотропного излучателя;

Р_{прд ка} – эффективная мощность сигнала на выходе передатчика транспондера.

Из выражения добротности можно определить коэффициент усиления антенны ЗСС:

                                                      (5.2)

При этом диаметр антенны определяется выражением:

                                                                    (5.3)

где  λ₂ = С/f_{прд ка}  - длина волны принимаемого сигнала ЗСС;

η_А – КПД приемной антенны ЗСС;

q – коэффициент использования поверхности параболической антенны.

Определение диаметра приемной антенны ЗС

Определим минимальную добротность приемной части земной станции