где с — коэффициент, учитывающий интегральный уровень энергии боковых лепестков.
Количественная оценка величины с для различных типов антенн в зависимости от формы облучения поверхности зеркала антенны с=0,1 ... 0,4 [5].
Как следует из (24), первая составляющая температуры шумов антенны определяется яркостной температурой космического пространства (изофоты, дающие количественную оценку Тяк). Основу его составляет радиоизлучение Галактики и точечных радиоисточников (Солнца, Луны, планет и некоторых звезд).
Частотная характеристика усредненных по небесной сфере значений Тя.к показана на рисунке 7, из которого следует, что космическое излучение существенно на частотах ниже 4... 6 ГТц; максимальное значение на данной частоте отличается от минимального в 20... 30 раз [5], что обусловлено большой неравномерностью излучения различных участков неба; наибольшая яркость наблюдается в центре Галактики; имеется также ряд локальных максимумов. Следует отметить, что излучение Галактики имеет сплошной спектр и слабо поляризовано; поэтому при приеме его на поляризованную антенну (с любым видом поляризации) можно с достаточной степенью точности считать, что принимаемое излучение будет половиной интенсивности (т. е. принимается 1/2 всей мощности излучения, попадающей в раскрыв антенны). На том же рисунке показан вклад излучения Солнца в спокойном состоянии (в годы минимума активности) и в состоянии «возмущения», свойственного годам максимума активности. Солнце — самый мощный источник радиоизлучения и может полностью нарушить связь, попав в главный лепесток диаграммы направленности антенны. Однако вероятность такого попадания мала.
Рисунок 7-Частотная зависимость яркостной температуры Галактики, Солнца и атмосферы
Следует отметить, что спутник довольно редко проходит через центр солнечного диска, а обычно пересекает его по линиям, смещенным относительно центра. Точная дата и время «засветки» земных антенн солнечным диском обычно рассчитывают по данным орбиты ИСЗ и сообщают земным станциям.
Следующий по мощности радиоисточник—Луна — практически не может нарушить связи, так как ее яркостная температура не более 220 К [5]. Остальные источники (планеты и радиозвезды) дают существенно меньший вклад; вероятность встречи антенн с этими источниками меньше, чем с Солнцем, так как угловые размеры их малы.
Радиоизлучение земной атмосферы имеет тепловой характер и в полной мере обусловлено рассмотренным в предыдущем разделе поглощением сигналов в атмосфере. В силу термодинамического равновесия среда (атмосфера) излучает такое же количество энергии на данной частоте, которое поглощает соответственно
Тя.а =Та.Ср. (Lа-1)Lа
Как показывают расчеты атмосферы, средняя термодинамическая температура атмосферы для углов места β>5° в рассматриваемых диапазонах частот
Та.ср=Т≈То-32≈260 К.
Влияние осадков можно учесть по той же методике, т. е. определить Тя.а через потери в дожде Ад. Хотя ряд исследований показывает, что непосредственная корреляция между интенсивностью дождя и температурой неба невелика (т. е. может наблюдаться повышение шумовой температуры неба из-за дождевых туч, когда собственно дождь не выпадает), тем не менее корреляция с многолетней статистикой дождя все же имеется.
Раздельное вычисление температуры спокойного неба и температуры дождя с последующим их суммированием приведет к ошибке (примерно удвоит результат), поэтому вычисление следует проводить по формуле
Тя.а=Та.ср(АаАд-1)/АаАд. (26)
Максимальная температура шумов неба не превышает 260 К и начинает играть существенную роль в диапазонах частот выше 5 ГГц.
Приведенная выше оценка температуры атмосферы, по существу, относится к тропосфере; радиоизлучением ионосферы в диапазоне частот выше 1 ГГц можно пренебречь, так как поглощение в ионосфере обратно пропорционально квадрату частоты.
Яркостная температура Земли определяется ее кинетической температурой Тя3=290 К и коэффициентом отражения электромагнитной энергии от поверхности Земли
Тя.з.=Тоз(1-Ф)^2. (27)
Комплексный коэффициент отражения определяется известными формулами Френеля:
для горизонтальной поляризации
ФГ=(sin β- √ε + j 60σλ - соs 2 β )/(sіn β+ √ε + j 60σλ - соs 2 β), (28)
для вертикальной поляризации
Фв=[(є+ j 60σλ)sinβ-√ε + j 60σλ - соs 2 β)]/ [(є+ j 60σλ)sinβ+√ε + j 60σλ - соs 2 β)]
(29)
где є — диэлектрическая проницаемостьЗемли;
σ — электропроводимость Земли.
Значения є и σ для некоторых видов земной поверхности приведены в таблице 1.
Результаты расчетов по формуле (27) с учетом горизонтальной и вертикальной поляризаций (28-29) при отражении от участков земной поверхности, представленных в таблице, приведены на рисунке 8 (номера кривых на рисунке 8 соответствуют нумерации почв в таблице).
Таблица 1. Виды земной поверхности.
|
№ п/п |
Видземной поверхности |
Є, В/М |
σ, Сим/м |
|
1 |
Морская вода |
80 |
1...6 |
|
2 |
Пресная вода |
80 |
10-3 5*10-3 |
|
3 |
Влажная почва |
5. ..30 |
10-2 10-3 |
|
4 |
Сухая почва |
2...6 |
10-4 10-5 |
Рисунок 8-Зависимость яркостной температуры Земли от угла места антенны земной станции для вертикальной (а) и горизонтальной (б) поляризаций
Для определения Тя.3 при .круговой поляризации в первом приближении следует усреднить значения Тя.3 для горизонтальной и вертикальной поляризаций. При определении величины ТЯІЗ, входящей в формулу (25) для бортовой антенны, следует учитывать вид и характер земной поверхности, попадающей в зону видимости этой антенны. Для бортовых антенн с глобальным охватом следует принимать Тя.3 ≈60 К. Можно принять следующее,
Тя.з+Тя.а.з ≈290 К.
т. е. отраженная от Земли компонента атмосферных шумов дополняет термодинамическое излучение Земли, и в сумме они дают излучение с яркостной температурой, близкой к 290 К.
Рассмотрим еще одну составляющую шумов антенны в формулах (24) и (25), обусловленную омическими потерями в антенне,
Т Ш.А.=То(Lм-1)/Lм
где Т0=290 К; Lм — потери в материале зеркала антенны.
Современные металлические зеркальные антенны имеют весьма низкие потери, поэтому значения ТшА весьма малы и составляют на разных частотах значения, указанные в таблице 2.
Таблица 2 значения потерь на частотах.
|
F,ГГц |
0.3 |
1 |
3 |
10 |
30 |
60 |
|
ТША,К |
0.018 |
0.04 |
0,06 |
0,09 |
0,18 |
0.3 |
Теперь определим Т∑б и Т∑З по формуле (21) с учетом входящих в нее величин, представленных формулами (24) и (25), а также рисунками 7— 8. Полученные значения Т∑б и Т∑З также будут квазипиковыми, так как они вычислены на основе квантилей распределения интенсивности осадков.
Тя.а=260*(1,02*3,78-1)/(1,02*3,78)=192,5 К;
Тя.кб=0 К; Тя.к.(β)3=4 К (из рисунка 7),
Тя.3 з=250 К; Тя.зб=90 К (из рисунка 8).
Из таблицы 2 находим:
ТшАз=0,075 К,
Т ш.А.б=0,065 К,
Тя.а-з=290-250=40 К,
Т об=0 К, с=0,4,
ТА.з=4+0,4*(250+40)+0,075=120 К, Та.б.=192,5+90+2*0,4*0+0,065=282,5 К.
Таким образом получим:
Т∑б=120+290*[(1-0,9)/0,9]+12/0,9=165,5К.
Т∑б =282,5+290*[(1-0,9)/0,9]+30/0,9=348К.
5.2 Расчет мощностей передатчиков
Подставляя полученные значения в (9) и (10), получаем мощности земного и бортового передатчиков, необходимые для обеспечения требуемого отношения сигнал-шум (12 дБ согласно рекомендации SSОG 308.2 для QPSK IDR) на конце линии связи в течение заданного процента времени (99,9%):
P пер.з=[(16π2*37,897*106)2*3,85*1,38*10-23*384*1,75*106)/((0,047)2*251 188,6*316*0,9*0,9)]*5*15,84=4 Вт,
Рпер.б=[(16π2*(40,8*106)2*2,9*1,38*10-23*165,5*36*106)/ /((0,079) 2*63* 125892*0,9*0,9)]*1,26*26,3=52 Вт .
Следует отметить, что найденные значения мощностей передатчиков обеспечит получение требуемого значения отношения сигнал/шум в канале (12 дБ в течении 99,9 % времени).
6. Расчет электромагнитной совместимости двух спутниковых систем.
Расчет электромагнитной совместимости основан на представлении, что по мере возрастания уровня мешающего излучения, увеличивается шумовая температура системы, подвергающейся помехам.
Согласно этому методу рассчитывается кажущееся увеличение эквивалентной шумовой температуры линии, обусловленное помехами, создаваемыми мешающей станции и отношение этого увеличения к эквивалентной шумовой температуры спутниковой линии, выраженной в процентах [1].
Для конкретного случая выберем земную станцию находящуюся на территории г.Алматы эта станция является мешающей станцией для рассматриваемой системы.
Мешающая система работает на тех же частотах, что и рассматриваемая система и использует геостационарный спутник российского производства «Экспресс 6А». Исходные данные: Система А —> Система В Плотность мощности:
РКМА= -52,8 дБВт/Гц Ркмв = -51,4 дБВт/Гц
РЗМА = -27,4 дБВт/Гц Рзмв = -40,4 дБВт/Гц
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12
