2.2. Выбор диапазона частот для ссс

Так как антенна ЗС направлена в космос, то ее шумовая температура зависит от шумового излучения космоса и атмосферы. Эта шумовая температура учитывается при выборе диапазона частот. Также учитывают ослабление сигнала в атмосфере и гидрометеорах. Рассмотрим ослабление сигнала при различных углах места , при прохождении сигнала через спокойную атмосферу (рис.2.6).

Рис.2.6. Частотная зависимость поглощения радиоволн в спокойной атмосфере

(без дождя) при различных углах места 

Гидрометеоры в тропосфере (капли дождя и тумана, снег и пр.) рассеивают энергию радиоволн, длинна волны которых, соизмерима с размерами гидрометеоров. Покажем ослабление сигнала в дожде при различных углах места  и вероятности выпадения дождя (Т_д) (рис.2.7).

Рис.2.7. Частотные зависимости поглощения сигнала в дожде от частоты при различных углах места и вероятности выпадения дождя

При интенсивности дождя J < 5 мм/час считается, что дождь слабый. При 5 < J < 20 мм/час - умеренный дождь. При 20 < J < 40 мм/час - сильный дождь. При J > 40 мм/час - ливень.

Ослабление в дожде в дБ на 1 км при вертикальной поляризации и 18^ºС, в зависимости от интенсивности дождя, J мм/ч представлено на рис.2.8.

Рис.2.8. Ослабление сигнала в зависимости от интенсивности дождя J для разных частот

2.3. Множитель ослабления в дожде и учет шумов космических источников

Для ССС множитель ослабления в дожде будет равен:

,

где: R_э - длинна трассы, где идет дождь [км]; L_д - ослабление в дожде [дБ].

Множитель ослабления показывает, на сколько сигнал ослабнет в дожде.

При горизонтальной поляризации антенны, капли дождя расщепляются, и ослабление сигнала возрастает по сравнению с вертикальной поляризацией в 1,15 раз. Кроме того, необходимо учитывать эффективные температуры шумов космических источников на входе антенны ЗС (рис.2.9).

Рис.2.9. Эффективная температура шумов космических объектов на входе антенны ЗС

В целом при учете ослаблений в гидрометеорах и шумов космических источников для ССС наиболее подходит диапазон частот от 1 ГГц до 10 ГГц.

В России для ССС «Молния-1» использовалась частота f = 1 ГГц. «Молния-3» работает на частоте f = 6 ГГц.

ССС «Горизонт» работает в диапазоне 6/4 ГГц. Частота f = 6 ГГц используется на участке земля-космос, а f = 4 ГГц - космос-земля.

Так как диапазон от 1 ГГц до 6 ГГц в настоящее время занят, а новые ССС продолжают создавать, то стали использовать диапазон 14/11 ГГц и 30/20 ГГц. Потери сигналов при распространении в этих более высокочастотных диапазонах возрастают и аппаратуру становиться сложнее создавать и эксплуатировать. Но при этом коэффициент усиления антенн возрастает при тех же ее размерах, и это позволяет компенсировать часть потерь.

2.4. Влияние эффекта Доплера на работу ссс

Эффектом Доплера называют физическое явление, заключающееся в изменении частоты принятых колебаний при взаимном перемещении передатчика и приемника этих колебаний. Этот эффект может возникать при движении ИСЗ на орбите, т.е. частота сигнала на движущемся ИСЗ отличается от частоты сигнала излучаемого земной станцией.

Если передатчик неподвижен относительно приемника, то длина волны в системах отсчета, связанных с приемником либо передатчиком равна:

,

где: с - скорость света; f₀ - частота колебаний.

Если ЗС начинает излучать импульс длительностью Т_имп в некоторый момент времени t₀, то за это время Т_имп ИСЗ сместится на расстояние:

,

где: v - составляющая скорости движения ИСЗ в направлении распространения радиоволн (рис.2.10).

Рис.2.10. Эффект Доплера на ИСЗ

Сигнал догоняет движущийся ИСЗ и затрачивает на это время ΔТ_ИМП:

.

Поэтому конец импульса на ИСЗ соответствует моменту времени t₁ (рис.2.11).

.

Длительность импульса на ИСЗ определяется как:

.

Рис.2.11. Импульс от ЗС, принятый на ИСЗ.

Если принять Т_имп равным периоду излучаемых СВЧ колебаний, тогда частота этих колебаний будет равна:

а частота принимаемых на ИСЗ колебаний будет равна:

то

После преобразований получим:

.

В общем случае знак «–» соответствует удалению ИСЗ от ЗС, а знак «+» - приближению ИСЗ к ЗС.

Смещение доплеровской частоты на ИСЗ определяется по формуле:

.

И может быть проиллюстрировано на рис.2.12.

Рис.2.12. Смещение доплеровской частоты на ИСЗ

У геостационарных ИСЗ смещение Доплеровской частоты очень мало: δf_д ≈ 2 Гц и им можно пренебречь. На спутниках типа «Молния», с эллиптической орбитой, смещение частоты Доплера может достигать 20 Гц за секунду. А у низколетящих спутников, смещение частоты Доплера может достигать более чем 100 Гц за секунду.