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. 1Рассчитаем 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.
Тктакже 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. 3Расчитаем 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.