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.