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