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 -

·     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 - В_В = 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

4.1 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 L_{доп_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 L_{доп_11,5} = 4,8 дБ, и тогда:

 дБ(3,069раз)

4.2 Определим суммарную эквивалентную шумовую температуру:

, (4.2)

где Т_А - эквивалентная шумовая температура антенны

Т₀ - номинальное значение (290° К);

Т_пр - эквивалентная шумовая температура приемника;

 h - КПД АВТ Земной станции.

Используя в приемной цепи транзисторный малошумящий усилитель, получим,что Т_пр @ 250° К.

Шумовая температура антенны, в свою очередь, складывается из нескольких составляющих:

, (4.3)

где Т_к - температура обусловленная космическими излучениями;

Т_атм - температура обусловленная атмосферными излучениями;

Т_з - температура Земли;

с - коэффициент, учитывающий долю энергии излучения принятую по боковым лепесткам диаграммы направленности.

Т_к 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 Т_атм для наихудших метеоусловий. Температура Земли приблизительно равна 260° К.

Итак:

Т_атм = 120° К

Т_з = 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;

D_a - диаметр антенны;

l - длина волны, l = 26,9 мм.

2) Бортовая станция

(4.5)

5. Расчет мощности передатчика

, (5.1)

где Р_ш - 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.