Энергетический расчет спутниковой линии связи для передачи телевизионных сигналов
Министерство образования Украины.
Одесский национальный политехнический университет.
Институт радиоэлектроники и телекоммуникаций.
Кафедра РТС.
Комплексное задание
"Энергетический расчет спутниковой линии связи для передачи телевизионных сигналов"
Выполнил: ст. гр. РС-971
Cмысл В. Н.
Проверил: доцент кафедры РТС
Мамочка А.Д.
ОДЕССА 2002
Требуется рассчитать линию связи "Исскуственный спутник Земли (ИСЗ) - Земля" и определить мощность бортового передатчика, необходимую для передачи телевизионного сигнала в системе непосредственного телевизионного вещания.
Исходные данные:
Орбита спутника - геостационарная
Ширина
диаграммы направленности бортовой
антенны -
КПД Антенно-Волнового Тракта (АВТ) -
1) Земная станция - 0,9 (- 0,5 дБ)
2) Бортовая станция - 0,8 (- 1 дБ)
Метод модуляции - Частотная Модуляция (ЧМ)
Высшая
частота ЧМ сигнала -
6
МГц
Отношение
сигнал/шум на выходе приемника -
(46
дБ)
Процент
времени, в течение которого нарушается
норма в отношении
- 0.1 %
Визометрический коэффициент - В>В> = 27 (14 дБ).
Этот коэффициент учитывает особенности восприятия шумов на телевизионном изображении зрительным аппаратом человека.
Координаты Земной станции -
1) Широта -
2) Долгота -
Долгота
под спутниковой точки (TeleX)
-
Диаметр
антенны Земных станций -
Частота
излучения "вниз" -
МГц
(12 ГГц диапазон)
Дальность от ИСЗ до Земли – H = 42170км
Выигрыш за счет введения предыскажений - = 1,4
1. Расчет угла места и азимута А антенны Земной станции
(1.1)
(1.2)
2.Рассчёт дальности от ИСЗ до Земли
, (2.1)
где R=6831 км-радиус Земли
H=42170 км-расстояние от центра Земли до ИСЗ
Подставив численные значения в выражение (1.3) получим, что
3.
Расчет требуемого отношения
на
входе приемника Земной станции
Отношение сигнал/шум на выходе приемника в случае телевизионных ЧМ сигналов связано с входным отношением сигнал/шум соотношением:
(3.1)
где А - коэффициент, учитывающий методику оценки взвешенного шума (А = 8), а В(ЧМ) - выигрыш в отношении сигнал/шум за счет частотной модуляции.
,
(3.2)
где
-
эффективная (энергетическая) полоса
частотного канала приемника.
,
(3.3)
где
- коэффициент, учитывающий большую
энергетическую полосу шума приемного
тракта по отношению к полосе пропускания
по уровню 0,7 (
= 1,1 .. 1,2), а
-
девиация частоты от пика до пика (от
"черного" до "белого").
Таким образом, получим:
(3.4)
Зададимся
стандартным значением частоты девиации
=
6 МГц.
МГц
=
17.5 дБ
4.Расчет высокочастотной части линии ИСЗ-Земля
4.1 Рассчитаем дополнительные потери, обусловленные прохождением сигнала через атмосферу. Эти затухания обусловлены поглощением энергии молекулами кислорода и водяных паров, рефракцией волн (рассогласование диаграмм направленности антенн), неидеальностью поляризации, деполяризацией электро-магнитных волн при прохождении через тропосферу, а также наличием осадков.
,
(4.1)
где L>доп_11,5>
- дополнительные потери на частоте 11,5
ГГц, обусловленные углом места и процентом
времени, в течение которого нарушается
норма в отношении
,
а f
- частота излучения "вниз" в ГГц.
Из таблицы получим L>доп_11,5> = 4,8 дБ, и тогда:
дБ(3,069раз)
4.2 Определим суммарную эквивалентную шумовую температуру:
,
(4.2)
где Т>А> - эквивалентная шумовая температура антенны
Т>0> - номинальное значение (290 К);
Т>пр >- эквивалентная шумовая температура приемника;
- КПД АВТ Земной станции.
Используя в приемной цепи транзисторный малошумящий усилитель, получим,что Т>пр> 250 К.
Шумовая температура антенны, в свою очередь, складывается из нескольких составляющих:
,
(4.3)
где Т>к> - температура обусловленная космическими излучениями;
Т>атм> - температура обусловленная атмосферными излучениями;
Т>з> - температура Земли;
с - коэффициент, учитывающий долю энергии излучения принятую по боковым лепесткам диаграммы направленности.
Т>к> также зависит от излучения галактик, излучения солнца и излучений луны и планет. Однако, на столь высоких частотах, влияние излучения галактик и планет ничтожно мало и ими можно пренебречь. Учитывая, что антенна спутника направлена соотвествующим образом, излучением солнца можно также пренебречь. По таблице определяем Т>атм> для наихудших метеоусловий. Температура Земли приблизительно равна 260 К.
Итак:
Т>атм> = 120 К
Т>з> = 260 К
с 0,2
К
и
К
4.3 Расчитаем коэффициенты усиления антенн приемника и передатчика. Существует две взаимосвязанные формулы для расчета коэффициентов усиления, поэтому воспользуемся обеими в зависимости от заданных величин:
1) Земная станция
,
(4.4)
где q - коэффициент использования поверхности зеркала (КИП), q 0,5;
D>a> - диаметр антенны;
- длина волны, = 26,9 мм.
2) Бортовая станция
(4.5)
5. Расчет мощности передатчика
,
(5.1)
где Р>ш> - полная мощность шумов на входе приемника.
,
(5.2)
где
k
- постоянная Больцмана:
.
Вт
Вывод:
В данной работе был проведен расчет спутниковой связи для передачи телевизионных сигналов на отрезке ИСЗ-Земля. Полученное значение мощности передатчика требует определенной коррекции в связи с несколькими допущениями, принятыми для простоты расчета. Остальные параметры удовлетворительны.