Характерные точки графика диаграммы уровня проектируемой ссс

Для линии «вверх», представленной на рис 1::

Т.1 (19,37 дБВт) – мощность передатчика ЗС

Т.2 (18,66 дБВт) – мощность передатчика с учётом коэффициента передачи

фидера = дБВт

Т.3 (37,77 дБВт) - мощность передатчика с учётом коэффициента передачи фидера и КУ антенны = 18,66+ G_ЗС = 18,66+19,11=37,77 дБВт

Т.4 (-124,45 дБВт) – затухание сигнала в свободном пространстве = 37,77- =

=37,77- 162,22= - 124,45 дБВт

Т.4’ (-128,01 дБВт) – затухание сигнала в свободном пространстве с учётом дополнительных потерь = 37,77- = 37,77-166,67 = - 128,9 дБВт

Т.5 (-98,41 дБВт) – мощность сигнала на входе приёмника КС с учётом КУ антенны КС = -124,45+ G_КС = -125,71+27,3 = -98,41 дБВт

Т.5’ (-101,6 дБВт) – мощность сигнала на входе приёмника КС с учётом КУ антенны КС с учётом дополнительных потерь = -128,9+ G_КС = -128,9+27,3 = - 101,6 дБВт

Т.6 (-99,12 дБВт) – мощность сигнала на входе приёмника КС с учётом КУ антенны КС с учётом коэффициента передачи фидера = -99,12 дБВт

Т.6’ (-102,31 дБВт) – мощность сигнала на входе приёмника КС с учётом КУ антенны КС с учётом коэффициента передачи фидера и с учётом дополнительных потерь = -102,31 дБВт

Для линии «вниз», представленной на рис 2:

Т.1 (17,83 дБВт) – мощность передатчика КС

Т.2 (17,12 дБВт) – мощность передатчика с учётом коэффициента передачи

фидера = дБВт

Т.3 (44,42 дБВт) - мощность передатчика с учётом коэффициента передачи фидера и КУ антенны = 17,12+ G_КС = 17,12+27,3=44,42 дБВт

Т.4 (-117,78 дБВт) – затухание сигнала в свободном пространстве = 44,42-=

=44,42 – 162,2= - 117,78 дБВт

Т.4’ (-122,23 дБВт) – затухание сигнала в свободном пространстве с учётом дополнительных потерь = 44,42 - = 44,42 – 166,65= - 122,23 дБВт

Т.5 (-98,12 дБВт) – мощность сигнала на входе приёмника ЗС с учётом КУ антенны ЗС = -117,23+ Gз_С = -117,23+19,11 = -98,12 дБВт

Т.5’ (-103,12 дБВт) – мощность сигнала на входе приёмника ЗС с учётом КУ антенны ЗС = -122,23+ Gз_С = -122,23+19,11 = -103,12 дБВт

Т.6 (-98,83 дБВт) – мощность сигнала на входе приёмника ЗС с учётом КУ антенны ЗС с учётом коэффициента передачи фидера = -98,83 дБВт

Т.6’ (-103,83 дБВт) – мощность сигнала на входе приёмника ЗС с учётом КУ антенны ЗС с учётом коэффициента передачи фидера и с учётом дополнительных потерь = -103,83 дБВт

Рис1 .Диаграмма уровней на линии «вверх»

Рис 2.Диаграмма уровней на линии «вниз»

Мобильный терминал ссс.

Терминал представляет собой перевозимый персональный модуль, обеспечивающий автоматическое слежение за спутником. С помощью терминала возможно установление телефонного соединения, передача факсов и потоков данных со скоростью 16 кбит/

В системе используется одна антенна на прием и передачу, для разделения сигналов приема и передачи используется ортогональная поляризация. В данной работе применяется линейная: на передачу – горизонтальная, на прием – вертикальная. Круговая поляризация выбирается исходя из того, что на частотах ниже 10 ГГц поляризационные потери при круговой поляризации меньше, чем при линейной. Разделение сигналов производиться при помощи поляризационного волноводного фильтра, который обеспечивает защиту цепей приемника от сигнала передатчика, в тоже время обеспечивая малое затухание сигнала на частоте приема.

Система связи использует параболические антенны с автоматическим наведением и слежением (на спутнике диаметром 1,8м и коэффициентом усиления 27.3 дБ; на земном терминале – диаметром 0,7м и коэффициентом усиления 19.11 дБ).

Для повышения надежности системы необходимо предусмотреть резервирование. Резервирование затрагивает наиболее напряженные элементы системы: в тракте приема это МШУ, в тракте передаче – выходной каскад (используется метод горячего резервирования, при котором резервный элемент находиться в включенном состоянии, и при выходе из строя основного элемента, вся нагрузка сразу перебрасывается на резервный). Также для повышения надежности связи предусмотрен дополнительный ствол, который реализуется на отдельном комплекте аппаратуры и работает на отличной от основных стволов несущей частоте.

Таким образом, в системе связи один ствол используется на направление вверх, другой на направление вниз, а третий находиться в холодном резерве

Передающая аппаратура.

Передающая аппаратура, устанавливаемая на ЗС, предназначена для формирования СВЧ сигнала с заданными параметрами и его усиления до требуемого уровня мощности. Передающие устройства ЗС характеризуются диапазоном частот, выходной мощностью, нестабильностью частоты, возможностью перестройки на другие стволы, а также видом охлаждения, степенью автоматизации управления и рядом других параметров.

В общем виде структурная схема передатчика состоит:

1.модуляционные устройства;

2.устройство формирования СВЧ;

3.усилитель СВЧ;

4.источник питания;

В состав устройства формирования СВЧ сигнала входят высокостабильные генераторы задающих частот, преобразователи частот вверх, корректоры АЧХ и ГВЗ, элементы контроля. В устройстве формирования СВЧ сигнала осуществляется перенос спектра ПЧ в диапазон рабочих частот путем однократного или двойного преобразования частоты.

Спектр сигнала переносится в диапазоне 1-2 ГГц на частоту требуемого ствола, ствольный ПФ отфильтровывает неиспользуемую боковую полосу на выходе преобразователя частоты. Сформированный таким образом СВЧ сигнал усиливается усилителем мощности до уровня, необходимого для работы. Сейчас для этой цели используют транзисторные усилители.

Качественные показатели передающих устройств в значительной степени зависят от параметров гетеродинных трактов. В современных передатчиках ведущих мировых фирм гетеродины строятся, как правило, по классической схеме синтезатора частоты с одним перестраиваемым генератором, что позволяет производить настройку генератора на большое количество номиналов частот в рабочей полосе.

Приемная аппаратура.

Задачи приемного устройства – предварительное усиление принятого СВЧ сигнала, разделение сигналов отдельных ВЧ стволов и преобразование их в промежуточную частоту (обычно 70 МГц) для последующей обработки.

Обобщенная структурная схема устройства, выполняющего эту задачу, включает малошумящий усилитель (МШУ), распределительное устройство (РУ), преобразователи частоты (ПрЧ) по числу принимаемых стволов и элементы тракта ПЧ.

Применение МШУ характерно для спутниковых линий связи и позволяет существенно увеличить чувствительность ЗС. К основным показателям МШУ относятся шумовая температура, коэффициент усиления, полоса пропускания, надежность.

Для достижения более высокой надежности применяется дублирование МШУ с автоматическим переключением на резервный комплект. Габаритные размеры, масса, энергопотребление МШУ должны быть минимальными, он должен допускать установку вне помещения, вблизи облучателя антенны, что позволяет дополнительно повысить чувствительность ЗС благодаря уменьшению потерь в фидерном тракте.

В аппаратуре ЗССС применяются различные типы малошумящих усилителей (МШУ), основные из которых: параметрические усилители (ПУ) охлаждаемые и неохлаждаемые, транзисторные усилители (ТрУ), усилители на туннельных диодах (УТД), комбинированные усилители.

В настоящий момент широкое применение нашли ТрУ, которые превосходят неохлаждаемые ПУ по ряду важнейших характеристик: при сравниваемой шумовой температуре, они имеют меньшую массу, габаритные размеры, стоимость и энергопотребление, большой динамический диапазон, более высокую надежность, проще в обслуживании, менее критичны к изменениям сопротивления источника сигнала и температуры окружающей среды, не требуют высокочастотной накачки. Особенно хорошие результаты получены при построении ТрУ на полевых транзисторах с барьером Шотке (ПШТ).

Особенность построения преобразователя частоты – необходимость обеспечения высокой избирательности по побочным каналам приема, прежде всего по зеркальному каналу, отстоящему от основного на значение удвоенной ПЧ. Дело в том, что на входе преобразователя одновременно могут присутствовать сигналы всех ВЧ стволов, принимаемых антенной. При однократном преобразовании частоты сигналы некоторых стволов попадают в зеркальные каналы приема других стволов и могут создать недопустимые помехи по приему. Источником помех для соседних стволов может стать также сигнал гетеродина, просачивающийся на вход преобразователя через полосовой фильтр и ферритовые развязывающие устройства.

В существующих конструкциях однократных преобразователей частоты требуемая избирательность достигается благодаря использованию многорезонаторного волноводного фильтра, но при этом теряется возможность оперативной перестройки.

При двойном преобразовании частоты первая ПЧ выбирается достаточно высокой для того чтобы вывести зеркальные каналы приема первого гетеродина за пределы принимаемой полосы частот. Перестройка на любой ствол осуществляется переключением первого гетеродина, избирательность по зеркальному каналу второго преобразования обеспечивается ствольным полосовым фильтром. Однако увеличение числа функциональных устройств приводит к некоторому увеличению габаритных размеров, массы и стоимости приемника, снижению его надежности.

Вариант построения ПрЧ выбирают с учетом назначения, специфики применения и конкретных технических требований к приемному устройству.

Смешение принимаемого сигнала и колебаний гетеродина осуществляется на нелинейном элементе в качестве которого используют варистор – прибор, сопротивление которого существенно изменяется в зависимости от приложенного напряжения. В этом качестве применяются диоды с точечным контактом, диоды с барьером Шотки. Наилучшие результаты получаются с приборами последнего типа, вольтамперная характеристика которых близка к идеальной.

Особенностью гетеродинных трактов современной приемной аппаратуры ЗС является требование высокой стабильности частоты (не хуже 2×10^-7) и низкого уровня паразитной частотной модуляции сигнала гетеродина, обусловленное применение на спутниковых линиях аппаратуры с частотным многостанционным доступом типа « один канал на одной несущей».

Современным требованиям к гетеродинам удовлетворяют цепочки усилительных и умножительных каскадов на транзисторах и варакторах, задающим каскадом которых является генератор с кварцевой стабилизацией частоты. Во избежание возрастания шумов кратность умножения не должна быть слишком большой, поэтому частоту задающего генератора выбирают в диапазоне 100… 150 МГц, где кварцевые резонаторы еще сохраняют удовлетворительные параметры. Для повышения стабильности частоты генератор помещают в термостат с высокой точность поддержания температуры.

Тракты ПЧ приемников ЗС не имеют принципиальных отличий от аналогичных устройств других линий связи СВЧ диапазона. После смесителя включается полосовой фильтр, обеспечивающий требуемую избирательность 25…50 дБ по побочным (соседним) каналам приема, расположенным вблизи основного канала. Для уменьшения линейных искажений сигнала неравномерность АЧХ фильтра в полосе пропускания 36 МГц не должна превышать 1 дБ. В то же время эквивалентную шумовую полосу фильтра, определяющую энергетику линии связи, стремятся сделать как можно меньшей. Это заставляет применять многоконтурные фильтры высокого порядка с дополнительными полюсами затухания и крутыми скатами АЧХ.

Усилитель ПЧ представляет собой широкополосный усилитель с автоматической регулировкой усиления (АРУ), содержащий обычно четыре-пять идентичных каскадов с коэффициентом усиления каждого 12… 14 дБ. Разработаны интегральные схемы, выполняющие функции такого каскада. Особенность УПЧ спутниковых систем – необходимость получения низкочастотного управляющего сигнала для системы автосопровождения. Для этой цели используют сигнал АРУ, либо дополнительно усиленный и продетектированный сигнал, вводимый на передающей стороне.

Блок-схема мобильного терминала.

Рис 3. Блок-схема мобильного терминала

Условные обозначения на схеме:

АФТ и РУ– Антенно-фидерный тракт и разделительное устройство

МШУ– Малошумящий широкополосный усилитель

Р МШУ – Резервный малошумящий широкополосный усилитель

УУ– Устройство управления резервом

Ф – Стволовой фильтр

ПЧ– Преобразователь частоты

Г– Гетеродин

УПЧ – Усилитель промежуточной частоты

АРУ– Автоматическая регулировка усиления

ЧД – Частотный детектор

УСВЧ– Усилитель СВЧ

Р УСВЧ– Резервный усилитель СВЧ

ПУ – Предварительный усилитель

ЧМ– Частотный модулятор

Заключение

В ходе выполнения курсового проекта произведен расчет части низкоорбитальной спутниковой системы связи. Произведен расчет затухания сигнала на трассе распространения (на линии «вниз» - 166,65 дБ, на линии «вверх» – 166,67 дБ), необходимые мощности передатчиков (для земного терминала – 86,42 Вт, для космической станции – 60,62 Вт) и чувствительности приемников (для земного терминала – 115 дБВт, для космической станции - 110 дБВт), для обеспечения устойчивой связи при использовании частотной модуляции. Система связи использует параболические антенны с автоматическим наведением и слежением (на спутнике диаметром 1,8м и коэффициентом усиления 27.3 дБ; на земном терминале – диаметром 0,7м и коэффициентом усиления 19.11 дБ).

Терминал представляет собой перевозимый персональный модуль, обеспечивающий автоматическое слежение за спутником. С помощью терминала возможно установление телефонного соединения, передача факсов и потоков данных со скоростью 16 кбит/с.

Так же произведен выбор метода многостанционого доступа к стволам системы – используется многостанционный доступ с временным разделением каналов. Разработана структурная схема наземного терминала. Повышение надежности достигается за счет резервирования наиболее напряженных элементов системы: в тракте приема это МШУ, в тракте передаче – выходной каскад (используется метод горячего резервирования, при котором резервный элемент находиться в включенном состоянии, и при выходе из строя основного элемента, вся нагрузка сразу перебрасывается на резервный). Также для повышения надежности связи предусмотрен дополнительный ствол, который реализуется на отдельном комплекте аппаратуры и работает на отличной от основных стволов несущей частоте. Данный ствол находиться в холодном резерве.

Список использованной литературы.

1.Мордухович Л.Г., Радиорелейные линии связи. Курсовое проектирование, М.: Радио и связь. 1989,158 с.

2.Спутниковая связь и вещание. Справочник 2-е изд. Под ред. Кантора Л.Я., М.: Радио и связь. 1988, 528с.

3.Андреянов Б. Г., АндреяноваН.И., Стахов Е. А., Спутниковые и радиорелейные системы передачи. Пособие по курсовому проектированию. Казань, Изд. КГТУ им. А.Н.Туполева 2001, 76с.

4.Радиорелейные и спутниковые системы передачи под ред. А. С. Немировского, М.: Радио и связь, 1986, 390с.

23