Последнее стало возможным благодаря появлению двухкомпонентного топлива и электротермических корректирующих двигателей. Создание ионных двигателей позволит еще более повысить срок службы спутников (вплоть до 20 лет), одновременно уменьшая массу системы коррекции.
Внедрение перечисленных выше технических усовершенствований в технику ИСЗ уже сегодня привело к существенному увеличению времени его нахождения на орбите. Сейчас срок службы ИСЗ в первую очередь ограничивается износом систем коррекции орбиты и энергоснабжения, что объясняется деградацией солнечных элементов и потерей емкости аккумуляторов. За последние 20 лет срок службы спутников возрос с 18 месяцев до 3...5 лет, а потом и до 7 лет. Намечается переход к эксплуатации спутников с 10-летним жизненным циклом.
Основным элементом спутника является бортовой ретранслятор (БРТР) – радиотехническое приемопередающее устройство, устанавливаемое на ИСЗ и предназначенное для приема сигналов от передающей земной станции (одной или нескольких), их усиления и дальнейшей передачи в направлении приемной земной станции (одной или нескольких). Большинство спутников связи и вещания представляет собой многофункциональные устройства, содержащие по несколько трактов (или стволов), подключенных к нескольким антеннам. Возможны следующие варианты построения схемы одного ствола с учетом характера преобразования принимаемого сигнала.
БРТР гетеродинного типа наиболее часто встречаются в практике спутниковой связи и вещания. Ширина полосы пропускания такого БРТР, как правило, не превышает 40...80 МГц, а основное усиление обеспечивается в тракте преобразования частоты (ПЧ), в ряде случаев выбираемой в пределах 70...120 МГц. В таком БРТР обычно два преобразования частоты: понижающее и повышающее.
БРТР с однократным преобразованием частоты (в литературе встречаются названия: линейный БРТР, БРТР прямого усиления). В нем только одно преобразование частоты принимаемого сигнала, в результате которого спектр сигнала переносится в область сигналов передаваемых на землю частот. Преимущество такой схемы – в её простоте и большей широкополосности. Ширина полосы пропускания может доходить до 80...120 МГц. Однако недостаток такой схемы – трудности технической реализации, связанные с необходимостью получения значительного усиления на одной из частот. При типичных для большинства линий связи уровнях передаваемых и принимаемых сигналов потребуется реализовать в БРТР большое усиление (120 дБ ориентировочно), что затруднительно с точки зрения обеспечения устойчивости в работе.
БРТР с демодуляцией (или обработкой) сигнала на борту. Применялись, как правило, для передачи специальных видов информации. По мере развития систем спутниковой связи (переход к цифровым методам, обработка, сигналов на борту, изменение вида модуляции, коммутация сообщений по лучам и т. п.) такие схемы стали использовать и для обеспечения дуплексной связи через стационарные ИСЗ с детектированием (демодуляцией). Например, в случае работы цифровыми методами на борту нередко осуществляются детектирование принятых сигналов и их регенерация.
Конструкция БРТР должна обеспечивать самостоятельное и надежное функционирование в сложных условиях воздействия всей совокупности этих факторов в течение всего срока службы и удовлетворять следующим требованиям: минимально возможная масса при заданных требованиях надежности и энергетических показателей; оптимальная по условиям установки в ИСЗ форма для обеспечения минимальных нагрузок на ракету-носитель; оптимальное использование внутреннего пространства БРТР с целью обеспечения необходимых условий терморегулирования, удобного доступа к узлам и блокам и возможности замены блоков перед стартом; минимальное влияние динамических нагрузок неравномерности распределения масс в полете на другие системы ИСЗ, главным образом на системы ориентации и стабилизации; способность выдерживать различного рода вибрации, ускорения и удары, возникающие в процессе запуска и коррекции траектории, основным источником которых является работающий реактивный двигатель как самого космического аппарата, так и ракеты-носителя, частота вибраций от нескольких до тысяч герц; способность выдерживать резкое изменение температуры (+60...−150°С). Как видно, к БРТР предъявляют довольно жесткие требования, часто противоречащие друг другу. Например, БРТР должны иметь минимальные массу и габаритные размеры, отличаться высокой надежностью и экономичностью и в то же время отдавать максимально возможную мощность, иметь высокую стабильность параметров в течение большого срока эксплуатации.
По указанным причинам исполнение аппаратуры БРТР имеет ряд существенных отличий от аналогичной аппаратуры, находящейся в наземных условиях. К ним относятся прежде всего использование специальных методов монтажа, методов напыления, т. е. использование специальной технологии в процессе изготовления.
Учитывая всё вышеизложенное, в проектируемой системе спутниковой связи будем использовать БРТР гетеродинного типа, его структурная схема представлена на рис. 5.
рис.6 Структурная схема бортового ретранслятора гетеродинного типа, где: Г – гетеродин; УПЧ – усилитель промежуточной частоты; МУ – мостовой усилитель;
Принятый антенной сигнал на частоте fПР поступает на вход БРТР, в смесителе частота fПР смешивается с частотой гетеродина fГ1, в итоге на выходе смесителя будем иметь разностную частоту fПЧ=fПР−fГ1, т.е. осуществляется понижающее преобразование частоты. На частоте fПЧ в усилителе промежуточной частоты (УПЧ) осуществляется основное усилие БРТР в заданной полосе частот. В следующем преобразователе осуществляется повышающее преобразование усиленного сигнала ПЧ в сигнал частоты передачи fПЕР=fПЧ+fГ2, который после дополнительного усиления в выходном мощном каскаде мостового усилителя (МУ), собранном, как правило, на ЛБВ или клистроне, излучается в сторону Земли.
Таким образом данный БРТР сможет обеспечить уверенную ретрансляцию сигналов, получаемых с наземных станций.
3. Расчётная часть.
По заданию необходимо рассчитать затухание сигнала при его распространении от передатчика, расположенного в городе Рим (Италия) до геостационарного ИСЗ и от этого ИСЗ до приемника, находящегося в городе Москва (Россия).
Данные для расчёта:
Рабочие частоты (fраб) 4/6 ГГц;
Интенсивность дождя в обоих городах (ε) 10 мм/ч;
Координаты: г. Рим ДN =120 ШN =420
г. Москва ДN =380 ШN =560
Высота над уровнем моря: г. Рим 200м;
г. Москва 156м;
Долгота спутника (ДСП) 100
Расстояние от земли до геостационарной орбиты (d) 35800 км;
Расчёт:
Затухание сигнала при его распространении от передатчика рассчитаем по формуле:
где ;
Поглощение волн в атмосфере:
где ,
h’O2 =5,3 км; h’H2O =2,1 км.
Затухание сигнала в гидрометеорах:
Угол места находим:
H=42170 км, RЗ=6370 км.
Произведем расчет на участке: г. Рим – ИСЗ
Угол места:
тогда
Найдем расстояние от передатчика до приемника ИСЗ
=> км;
тогда дБ;
Поглощение волн в атмосфере:
;
находим по графику рис.7
дБ;
рис.7 Зависимость коэффициента поглощения для кислорода и водяных паров от частоты
Затухание сигнала в гидрометеорах: , и lЗ найдем по графикам рис.8 и рис.9
дБ.
|
рис.8 Частотная зависимость коэффициента поглощения сигнала в дожде различной интенсивности. |
рис.9 Зависимость эквивалентной длины пути сигнала в дожде различной интенсивности от угла места антенны земной станции. |
дБ.
Полное затухание на участке равно:
дБ.
Аналогично произведем расчет на участке: ИСЗ – г. Москва
Угол места:
тогда
Найдем расстояние от передатчика до приемника ИСЗ
=> км;
тогда дБ;
Поглощение волн в атмосфере:
; ;
находим по графику рис.7
дБ;
Затухание сигнала в гидрометеорах: , и lЗ найдем по графикам рис.8 и рис.9
дБ.
дБ.
Полное затухание на участке равно:
дБ.
4. Заключение
В ходе выполнения курсовой работы были разработаны структурные схемы передающего и приёмного тракта наземных станций и структурная схема бортового ретранслятора ИСЗ. Кроме того, было рассчитано затухание сигнала при его распространении от передатчика, расположенного в городе Рим (Италия) до геостационарного ИСЗ и от этого ИСЗ до приемника, находящегося в городе Москва (Россия). Были описаны особенности построения и характеристик систем многостанционного доступа с ИКМ и разделением каналов по времени, а также бортового ретранслятора ИСЗ.
Вцелом разработка и использование спутниковых систем является весьма перспективной задачей, тем более что применяемые для производства спутника и батарей материалы позволяет существенно увеличить срок службы спутника на орбите.
5. Список литературы
1. Радиорелейные и спутниковые системы передачи под ред. А.С. Немировского. – М.: Радио и Связь, 1986.
2. Садомовский А.С. Радиосистемы передачи информации: Учебное пособие. – Ульяновск: УлГТУ, 2001.
3. Системы спутниковой связи под ред. Л.Я. Кантора: Учеб. пособие для вузов . – М.: Радио и Связь, 1992.
4. Спутниковая связь и вещание, справочник под ред. Л.Я. Кантора. – М.: Радио и Связь, 1988.
