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 - EMBED Equation.3
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 - EMBED Equation.3 6 МГц
Отношение сигнал/шум на выходе приемника - EMBED Equation.3 (46 дБ)
Процент времени, в течение которого нарушается норма в отношении EMBED Equation.3 - 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 - EMBED Equation.3
2) Долгота - EMBED Equation.3
Долгота под спутниковой точки (TeleX) - EMBED Equation.3
Диаметр антенны Земных станций - EMBED Equation.3
Частота излучения "вниз" - EMBED Equation.3 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
EMBED Equation.3 (1.1)
EMBED Equation.3 (1.2)
2.Рассчёт дальности от ИСЗ до Земли
EMBED Equation.3 , (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
EMBED Equation.3
3. Расчет требуемого отношения EMBED Equation.3 на входе приемника Земной станции
Отношение сигнал/шум на выходе приемника в случае телевизионных ЧМ сигналов связано с входным отношением сигнал/шум соотношением:
EMBED Equation.3 (3.1)
где А - коэффициент, учитывающий методику оценки взвешенного шума (А = 8), а В(ЧМ) - выигрыш в отношении сигнал/шум за счет частотной модуляции.
EMBED Equation.3 , (3.2)
где EMBED Equation.3 - эффективная (энергетическая) полоса частотного канала приемника.
EMBED Equation.3 , (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 EMBED Equation.3 - девиация частоты от пика до пика (от "черного" до "белого").
Таким образом, получим:
EMBED Equation.3 (3.4)
Зададимся стандартным значением частоты девиации EMBED Equation.3 = 6 МГц.
EMBED Equation.3 МГц
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3 = 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.
EMBED Equation.3 , (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 EMBED Equation.3 , а f - частота излучения "вниз" в ГГц.
Из таблицы получим Lдоп_11,5 = 4,8 дБ, и тогда:
EMBED Equation.3 дБ(3,069раз)
4.2 Определим суммарную эквивалентную шумовую температуру:
EMBED Equation.3 , (4.2)
где ТА - эквивалентная шумовая температура антенны
Т0 - номинальное значение (290? К);
Тпр - эквивалентная шумовая температура приемника;
? - 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:
EMBED Equation.3 , (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
EMBED Equation.3 К
и
EMBED Equation.3 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
EMBED Equation.3 , (4.4)
где q - коэффициент использования поверхности зеркала (КИП), q ? 0,5;
Da - диаметр антенны;
? - длина волны, ? = 26,9 мм.
EMBED Equation.3
2) Бортовая станция
EMBED Equation.3 (4.5)
5. Расчет мощности передатчика
EMBED Equation.3 , (5.1)
где Рш - полная мощность шумов на входе приемника.
EMBED Equation.3 , (5.2)
где k - постоянная Больцмана: EMBED Equation.3 .
EMBED Equation.3 Вт
EMBED Equation.3
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.
