2.3Плотность потока мощности и эквивалентная изотропная излучаемая мощность

Чтобы наземные устройства могли принимать сигналы со спутника, необходимо создать у поверхности Земли определенную напряженность электромагнитного поля (или плотность потока мощности электромагнитных волн). Мощность электромагнитных волн, излучаемых антенной, является важнейшей характеристикой передающей системы. Излучать их равномерно во все стороны, то есть изотропно, при спутниковом телевизионном вещании нецелесообразно и в большинстве случаев недопустимо. Поэтому излучаемая энергия электромагнитных волн концентрируется антенной в узкий луч и направляется на выбранную земную поверхность.

В этом случае для ее оценки пользуются понятием эквивалентной изотропной излучаемой мощности ЭИИМ. ЭИИМ (Е) показывает, какую мощность пришлось бы иметь передатчику искусственного спутника, если бы излучение велось изотропно, все направленно. Однако благодаря направленным свойствам антенны, требуемая мощность излучения меньше на коэффициент ее усиления. Уровень энергии электромагнитных волн в точке приема на поверхности Земли зависит от рассеяния энергии по мере удаления от спутника и дополнительных ее потерь в атмосфере Земли. Уровень энергии, падающей на перпендикулярную к потоку поверхность, отнесенный к площади этой поверхности, называется плотностью потока мощности — ППМ (W). Для определения ППМ в месте приема, если известны значения ЭИИМ, пользуются формулой:

W (дБ Вт/м ) = Е (дБ Вт) — 10 Ig ( ) — Lдоп (дБ Вт/м ) (2.2)

Первое вычитаемое определяет потери на рассеяние. Второе— учитывает потери в атмосфере Земли, поэтому приведенная фор- мула справедлива для любой погоды. При расчетах для ясной погоды второе вычитаемое отсутствует. Расстояние до спутника принимается равным CI = 3,7 10' м.

Более точно расстояние можно определить по формуле:

d=rs

(2.3)

где rs = 42164 км — расстояние от центра Земли до геостационарной орбиты (экваториальный радиус); = (L-S) — разность между географической долготой точки приема (L) и долготой спутника (S); θ,— географическая широта точки приема; 0,1513 — частное от деления радиуса Земли на траекторию движения спутника.

Для определения значения плотности потока мощности по известной величине эквивалентно изотропной излучаемой мощности (без учета потерь) можно руководствоваться упрощенной формулой (2.4) или графической зависимостью, представленной на рис. 2.3

W (дБ Вт /м ) = Е (дБ Вт) — 153,0.

Плотность потока мощности является очень важной характеристикой для приема со спутников-ретрансляторов. Она позволяет оценить возможность уверенного приема в данной географической точке на антенну соответствующего размера и при выбранных значениях коэффициента шума и усиления малошумящего усилителя- конвертера. Величина плотности потока мощности влияет на систему спутникового телевизионного вещания. Увеличение ее приводит к упрощению и удешевлению наземных приемных устройств, однако усложняет и повышает стоимость передающих систем спутника. Уменьшение ППМ, наоборот, удорожает наземные приемные устройства при одновременном удешевлении спутника. Необходимая ППМ у поверхности Земли определена путем экономических расчетов с оптимизацией стоимости как приемных наземных устройств, так и передающих спутниковых систем и выбрана с учетом электромагнитной совместимости с наземными службами, т.е. с учетом минимальных взаимных помех.

Для индивидуальных приемных устройств значение ППМ согласно плана ВАКР-77 (Всемирной Административной Конференции по радио) на границе зоны покрытия должно быть минус 103 дБ Вт/м, а для систем коллективного приема минус 111 дБ Вт/м .

Форма зоны покрытия зависит от точки пересечения (точки прицеливания) основного лепестка излучения антенны спутника с земной поверхностью. Например, точка прицеливания российского спутника ГАЛС-1 находится между Москвой и Саратовом и форма зоны покрытия представляет собой вытянутый эллипс.

Границы зоны покрытия очерчены контурами на географической карте с определенными уровнями ППМ или ЭИИМ. Размеры ее стремятся сделать минимальными, чтобы снизить необходимую мощность передатчика спутника с целью его удешевления.

На практике для рассмотрения возможности приема в данном месте с выбранного спутника пользуются его трансляционными кривыми, нарисованными на контурной географической карте. Они представляют собой ряд замкнутых линий с одинаковыми значениями ППМ (ЭИИМ). В большинстве случаев на картах вместо плотности потока мощности отображаются значения ЭИИМ— проекция (Footprint EIRP) уровней ЭИИМ в диапазоне от 40 до 53 дБ Вт.

Следует отметить, что согласно предложениям ВАКР-77 нормируются значения ППМ, а не ЭИИМ (табл.2.1). Нормирование вели- чины ППМ в зоне приема связывается с углом возвышения антенны (углом места) — y в направлении на спутник. Допускаемая ППМ будет тем больше, чем больше угол у, чем отвеснее падают электромагнитные волны, т.е. чем ближе точка приема расположена к Экватору.

Согласно требованиям ВАКР-77 предельная плотность потока мощности частотно-модулированного телевизионного сигнала для всех видов телефонной связи в контрольной полосе не должна превышать — 152 дБ. Вт/м' -4,0 кГц.

Некоторые предельные мешающие значения ППМ от спутников- ретрансляторов для радиорелейных, сотовых, спутниковых телефонных систем и т.д. в зависимости от угла 0 (угла между направлением прихода мешающей электромагнитной волны и горизонтальной плоскостью) приведены в табл.2.1.

Предельная плотность потока мощности (W)

для угла θ, дБ-Вт/м

Как видно, плотности потока мощности ограничиваются в диапазонах частот выделенных для спутников ФСС.