Энергетический расчет спутниковой линии связи для передачи телевизионных сигналов

Министерство образования Украины.

Одесский национальный политехнический университет.

Институт радиоэлектроники и телекоммуникаций.

Кафедра РТС.

"Энергетический расчет спутниковой линии связи для передачи телевизионных сигналов"

Выполнил: ст. гр. РС-971

Cмысл В. Н.

Проверил: доцент кафедры РТС

Мамочка А.Д.

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 - Δ = 1,4

1. Расчет угла места β 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 γ - коэффициент, учитывающий большую энергетическую полосу шума приемного тракта по отношению к полосе пропускания по уровню 0,7 (γ = 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

4.1 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.

, (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;

η - 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.

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

К

и

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

, (4.4)

где q - коэффициент использования поверхности зеркала (КИП), q ≅ 0,5;

Da - диаметр антенны;

λ - длина волны, λ = 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.