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 - ВВ = 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 - D = 1,4
1. Расчет угла места b 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 g - коэффициент, учитывающий большую энергетическую полосу шума приемного тракта по отношению к полосе пропускания по уровню 0,7 (g = 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 Lдоп_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 Lдоп_11,5 = 4,8 дБ, и тогда:
дБ(3,069раз)
4.2 Определим суммарную эквивалентную шумовую температуру:
, (4.2)
где ТА - эквивалентная шумовая температура антенны
Т0 - номинальное значение (290° К);
Тпр - эквивалентная шумовая температура приемника;
h - КПД АВТ Земной станции.
Используя в приемной цепи транзисторный малошумящий усилитель, получим,что Тпр @ 250° К.
Шумовая температура антенны, в свою очередь, складывается из нескольких составляющих:
, (4.3)
где Тк - температура обусловленная космическими излучениями;
Татм - температура обусловленная атмосферными излучениями;
Тз - температура Земли;
с - коэффициент, учитывающий долю энергии излучения принятую по боковым лепесткам диаграммы направленности.
Тк 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 Татм для наихудших метеоусловий. Температура Земли приблизительно равна 260° К.
Итак:
Татм = 120° К
Тз = 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;
Da - диаметр антенны;
l - длина волны, l = 26,9 мм.
2) Бортовая станция
(4.5)
5. Расчет мощности передатчика
, (5.1)
где Рш - 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.
