2.2 Задача №2

Линии спутниковой связи состоят из двух участков: Земля-спутник и спутник-Земля. В энергетическом смысле оба участка оказываются напряженными, первый – из-за стремления к уменьшению мощности передатчиков и упрощению земных станций (в особенности в системах с большим числом малых приемопередающих земных станций, работающих в необслуживаемом режиме), второй – из-за ограничений на массу, габаритные размеры и энергопотребление бортового ретранслятора, лимитирующих его мощность.

Основная особенность спутниковых линий – наличие больших потерь сигнала, обусловленных затуханием (ослаблением и рассеянием) его энергии на трассах большой физической протяженности. Так, при высоте орбиты ИСЗ 36 тыс. км затухание сигнала на трассе может достигать 200 дБ. Помимо этого основного затухания в пространстве сигнал в линиях спутниковой связи подвержен влиянию большого числа других факторов, таких как поглощение в атмосфере, фарадеевское вращение плоскости поляризации, рефракция, деполяризация и т.д. С другой стороны, на приемное устройство спутника и земной станции кроме собственных флуктуационных шумов воздействуют разного рода помехи в виде излучения Космоса, Солнца и планет. В этих условиях правильный и точный учет влияния всех факторов позволяет осуществить оптимальное проектирование системы, обеспечить ее уверенную работу и в то же время исключить излишние энергетические запасы, приводящие к неоправданному увеличению сложности земной и бортовой аппаратуры.

 

2.2.1     Энергетический расчет линии «вниз»

Исходные данные: диапазон частот 14_↑/11_↓ ГГц.

Параметры передающей космической станции: координата ; коэффициент усиления антенны 19 дБ; КПД_{АФТ КС} 0,9.

Параметры приемной земной станции: координаты ; диаметр антенны 10 м; отношение Р_с/Р_ш на приеме 15 дБ; коэффициент шума приемника 7 дБ; эффективная полоса частот 28 МГц; КПД_{АФТ ЗС} 0,9; шумовая температура антенны 100 К.

 

2.2.1.1                     Расстояние между передающей (КС) и приемной (ЗС) антеннами

                                    ,                           (2.26)

где ;

_ЗС – широта земной станции;

 – разность долгот земной и космической станциями.

 

Пример. , .

Тогда  км.

 

2.2.1.2                     Ослабление сигнала

                                               ,                                       (2.27)

где d – расстояние между КС и ЗС;

 – длина волны.

 

Пример. ,

.

 

2.2.1.3                     Дополнительное ослабление на трассе

В дополнительных потерях сигнала учитываются поглощение в атмосфере (осадки) , потери из-за несогласованности поляризации антенн и потери из-за рефракции

                                            ,                                   (2.28)

 

Пример. .

 

2.2.1.4                     Суммарная шумовая температура приемного тракта

                                         ,                                (2.29)

где Т_А – шумовая температура приемной антенны;

Т₀290 К;

 – собственная шумовая температура приемника.

 

Пример.  К,

 К.

 

2.2.1.5                     Коэффициент усиления антенны ЗС

                                               ,                                      (2.30)

где  – коэффициент использования поверхности антенны (0,6…0,8);

 – диаметр антенны ЗС.

 

Пример. .

 

2.2.1.6                     Мощность передатчика КС

                             ,                    (2.31)

где f_ш. – шумовая полоса приемника;

b=1,2 дБ (1,32) – коэффициент запаса для линии «вниз».

 

Пример. Коэффициент усиления антенны передатчика (КС) равен 19 дБ ( ), КПД_АФТ для приемной ЗС и КС равен 0,9 дБ (1,23 раз). Тогда подставив в формулу (2.31) данные, получим

 

2.2.1.7                     Суммарная мощность шумов на входе приемника

                                               .                                      (2.32)

 

Пример. .

 

2.2.2     Энергетический расчет линии «вверх»

Исходные данные: диапазон частот 14_↑/11_↓ ГГц.

Параметры передающей земной станции: координаты ; диаметр антенны 10 м; отношение Р_с/Р_ш на передаче 15 дБ; КПД_АФТ ЗС 0,95.

Параметры приемной космической станции: координата ; коэффициент усиления антенны 19 дБ; коэффициент шума приемника 8 дБ; эффективная полоса частот 36 МГц; КПД_{АФТ КС} 0,9.

 

2.2.2.1                     Расстояние между передающей (КС) и приемной (ЗС) антеннами определяется по формуле (2.26).

Пример. , .

Тогда .

 

2.2.2.2                     Ослабление сигнала рассчитывается по формуле (2.27).

Пример. ,

.

 

2.2.2.3                     Дополнительное ослабление на трассе, учитывающих поглощение в атмосфере (осадки) , потери из-за несогласованности поляризации антенн  и потери из-за рефракции , рассчитывается по формуле (2.28).

Пример. .

 

2.2.2.4                     Суммарная шумовая температура приемного тракта рассчитывается по формуле (2.29).

Пример. ,

.

 

2.2.2.5                     Коэффициент усиления антенны ЗС определяется по формуле (2.30).

Пример. .

 

2.2.2.6                     Мощность передатчика ЗС

                             ,                    (2.33)

где а=6 дБ (3,98) – коэффициент запаса для линии «вверх».

 

Пример. Коэффициент усиления антенны приемника (КС) равен 19 дБ ( ),  КПД_АФТ для передающей ЗС равен 0,95 дБ (1,24 раз).

                                              

2.2.2.7                     Суммарная мощность шумов на входе приемника определяется по формуле (2.32).

Пример. .

 

2.2.2.8                     Диаграмма уровней мощности сигнала на участках «вниз» и «вверх»

Рисунок 2 – Диаграмма уровней на участках «вверх» и «вниз»