Расчет геометрических соотношений

 

Совет: чтобы получить правильный ответ при расчётах тригонометрических параметров все значения углов в формулы надо подставлять в радианах, например: Dlрад = Dl ∙π/180; а полученные результаты расчета углов пересчитывать в градусы, например:  b_град =  b ∙180/π.

 

Для каждой ЗС рассчитывают:

- наклонную дальность (линия SA) -расстояние между точкой расположения ЗС (точка А) и точкой расположения спутника (точка S) на рис.5.1.

                                         _____________________

d = Ö r² + R² - 2Rr cosj_зс cosDl , км,                      (5.1)

 

где   Dl = l_зс - l_сп , град. – разность долгот ЗС и КС;

     j_зс , град. - широта ЗС;

   R = 6378 км – радиус Земли;

   r = 42164 км - радиус ГО.

- угол места (угол β) – угол между касательной к земной поверхности и направлением на спутник (линия SA) на рис.5.1.

 

b = arctg [(cosd - 0,15) / sind] , град.                            (5.2)

 

где центральный угол d– угол, образованный лучами, проведенными из центра Земли, между направлением на ЗС (линия ОА) и направлением на подспутниковую точку (линия ОР) на рис.5.1.

 

d = arccos (cosj_зс ∙ cosDl), град.                                    (5.3)

 

- азимут - угол, отсчитываемый в горизонтальной плоскости по часовой стрелке между направлением на Северный полюс и проекцией направления на КС, опущенную на плоскость, касательную к поверхности Земли.

 

Для ЗС, находящихся в северном полушарии:

 

        ì 180 - arccos (tgj_зс / tgd) при Dl £ 0 ,

А = í                                                             град.                             (5.4)

        î 180 + arccos (tgj_зс / tgd) при Dl > 0 .

 

Результаты расчетов сводятся в таблицу 5.1.

 

Для выбора ЛЗС и ХЗС сравнивают все полученные значения b и d. Для ХЗС b – минимален, а d – максимальна. Для ЛЗС – наоборот: b – максимален, а d – минимальна.

 

Таблица 5.1

Результаты расчетов геометрических параметров

Расположение ЗС	D l , град.	d, км	d, град.	b, град	A, град.
ЗС1, Архангельск 41в.д.65,3с.ш.
ЗС2, …
ЗСN, Астрахань 48в.д.46с.ш.

 

 

Энергетический расчёт

 

Расчёт начинают с определения ослабления сигналов на участках "вверх" и "вниз"”, где используются разные частоты как в условиях «ясного неба» (отсутствия дождя), так и при дожде заданной интенсивности. Обычно расчёты проводят для «худшей» ЗС (ХЗС), находящейся на краю ЗО.

 

6.1. Расчет общего ослабления энергии радиоволн на каждом участке

 

L_p = L_o + L_доп , дБ.                                              (6.1)

Здесь L_o - ослабление сигнала в свободном пространстве:

L_o = 20 lg (4p^. d / l) , дБ,                                     (6.2)

где d - наклонная дальность;

l - длина волны, l = с / f.

Примечание: d и l надо подставлять в одинаковых единицах измерения, например в метрах.

L_доп - дополнительные потери энергии радиоволн при распространении в реальных условиях, дБ.

L_доп = L_атм + L_д + L_н + L_п, дБ,                                  (6.3)

где:

L_атм - потери в спокойной атмосфере, дБ;

L_д - потери в осадках, дБ (в условиях «ясного неба» полагают L_д = 0);

L_н - потери из-за неточности наведения антенн, дБ;

L_п - поляризационные потери, дБ.

Величина L_доп зависит от рабочей частоты, угла места, характеристик антенн и систем их наведения. Кроме того, потери в осадках зависят от климатического района, в котором находится ЗС, и изменяются во времени.

 

Потери в спокойной атмосфере возникают из-за поглощения сигнала в кислороде и водяных парах и могут быть рассчитаны по методике рекомендаций МСЭ-Р [1] или определены по графикам рис.6.1 [2, стр.157].

 

L_атм(b), дБ

 

Рис.6.1. Зависимость величины потерь в спокойной атмосфере L_атм(b)

от частоты f для различных углов места b при h_зс=0

 

Потери из-за несогласованности поляризаций антенн. В ССС применяют как круговую (на частотах до 10 ГГц обязательно), так и линейную (выше 10 ГГц) поляризацию волн. Потери возникают при несовпадении параметров поляризации приёмной антенны и волны в точке приёма (например, углов поворота плоскостей поляризации в случае линейной поляризации или различной эллиптичности в случае круговой поляризации, деполяризации радиоволн в осадках). На практике удаётся свести эти потери до величины 0,2 …0,5 дБ. Для расчетов L_п выбирают значение в этих пределах.

Потери из-за неточности наведения антенн. Потери из-за неточности наведения антенн ЗС на ИСЗ определяются угловым отклонением оси главного лепестка ДН от истинного направления на ИСЗ, а также шириной и формой главного лепестка ДН антенны. Для снижения этих потерь антенны большого диаметра снабжаются системами точного автоматического наведения на ИСЗ. В существующих системах потери наведения составляют 0,15...0,3 дБ. Для расчетов L_н выбирают значение в этих пределах.

Расчёт потерь в дожде. Потери L_д связаны с поглощением и рассеянием энергии радиоволн каплями дождя и могут быть рассчитаны (при отсутствии измеренных для данной местности значений) в соответствии с рекомендацией P-618 МСЭ-Р [1].

Определить затухание радиоволн в дожде не превышаемое в течение 0,1% времени года можно по рис.6.2 [2, стр.162]. Эти значения относятся к круговой поляризации. При линейной вертикальной поляризации значение L_д надо умножить на поправочный коэффициент 0,95 … 0,9, а при линейной горизонтальной – на коэффициент 1,05 … 1,1 [2].

Рис.6.2. Частотные зависимости поглощения сигнала в дожде

от частоты при различных углах места β

Результаты расчётов удобно свести в таблицу 6.2.

Таблица 6.2

jзс=              ; lзс=               ; hзс=                  ; b=             ; Tг =     %; Lн =      дБ;  Lп =      дБ;		Lд , дБ	Lр , дБ
Линия «вверх». f=    ГГц; Lo =     дБ; Lатм=    дБ.	ясное небо	-
	дождь
Линия «вниз». f=      ГГц; Lo =     дБ; Lатм=   дБ.	ясное небо	-
	дождь

 

 

6.2. Определениеобобщенных энергетических параметров ЗС и КС начинается с уточнения параметров КС. Если КС выбирается из числа реально существующих, то должны быть известны параметры ретранслятора: p_э.кс - ЭИИМ в режиме насыщения в дБВт, [G/T]_кс - добротность в дБ/K, w_s - ППМ (плотность потока мощности) насыщения на входе приёмной антенны в дБВт/м², D _рэ , (D_[G/T]) - разность в дБ между ЭИИМ (добротностью) в центре ЗО и в направлении на ХЗС, определяемая по карте ЗО. ППМ насыщения зависит от коэффициента усиления ретранслятора и может регулироваться отдельно для каждого ствола по командам с Земли в некоторых пределах (обычно ±10 дБ относительно своего среднего значения).

 

Для КС определяются:

1) Коэффициенты усиления передающей g_пд.кс и приёмной g_пм.кс антенн КС в случае использования антенн с одинаковой шириной луча связаны соотношением:

g_пм.кс = g_пд.кс - 20 lg (f_­/ f_¯ ), дБ                    (6.12)

2) Определяется Т_å.кс - суммарная шумовая температура КС, приведенная к облучателю приемной антенны:

Т_å.кс = Т_а.кс + Т₀ ^. (10^{0,1аф.пм.кс} - 1) + Т_пм.кс ^. 10^{0,1аф.пм.кс} , К. (6.13)

 

а_ф.пм.кс (а_ф.пд.кс)- ослабление сигнала в антенно-фидерном тракте КС на приём (передачу). При выполнении курсовой работы с достаточной точностью можно полагать а_ф.пм.кс = 0,5 дБ, а_ф.пд.кс = 1 дБ. 

Т₀ = 260 К.

 Т_а.кс - результирующая шумовая температура антенны КС:

Т_а.кс = ε Т_к + Т_атм(b) + Т₀ + Т_ш.а , К ,                               (6.14)

 

где ε - коэффициент, учитывающий прием шумового излучения боковыми лепестками антенны. В зависимости от формы облучающей поверхности зеркала антенны ε = 0,2...0,4;

Т_атм(b) определяется по рис. 6.3  [6, стр.43] в зависимости от угла b, характеризуется радиоизлучением атмосферы с учетом осадков, имеем тепловой характер и обусловлена поглощением сигналов в атмосфере и в гидрометеорах.

Рис.6.3. Зависимость шумовой температуры атмосферы

 (с учетом осадков) от частоты f и угла места

 

Т_ш.а  - шумовая температура антенны, обусловленная омическими потерями в антенне Т_ш.а = Т₀ (L_м – 1) / L_м, К, где L_м – потери в материале зеркала антенны. Современные металлические зеркальные антенны имеют незначительные потери в материале зеркала, поэтому значения Т_ш.а тоже невелики и их можно не учитывать.

Т_к - яркостная температура космического излучения. Основу его составляет радиоизлучение Галактики и точечных радиоисточников (Солнца, Луны, планет и звезд). Для диапазона «Ku» Т_к = 0.

Т_пм.кс – ЭШТ приемника КС, обусловлена собственными тепловыми шумами малошумящего усилителя приемника (МШУ), зависит от типа МШУ и определяется по номеру кривой, указанной в задании и рис.6.4 [6, стр.48].

 

3) Определяется добротность КС:

 

[G/T]_кс = g_пм.кс - 10 lg T_å.кс , дБ/К.                   (6.16)

 

4) Рассчитывается ЭИИМ КС в направлении на ЗС в расчёте на одну несущую:

p_э.1.кс = p_э.кс - D _p.1 – 10 lg(D_{p .вых}),   дБВт;                       ( 6.17)

где D _p.1 = 10 lg(n), дБ;

    p_э.кс – задано в исходных данных.

 Рис. 6.4. Шумовые характеристики температуры приемника Т_пр

          для различных типов МШУ в зависимости от частоты f:

1 – диодный смеситель;

2 – усилитель на туннельном диоде;

3 – смеситель с восстановлением зеркального канала;

4 – усилитель на биполярном транзисторе;

5 – усилитель на полевом транзисторе;

6 – параметрический неохлаждаемый усилитель;

7 – параметрический охлаждаемый усилитель.

 

5) Рассчитывается ППМ w₁ на входе КС, необходимая для обеспечения на линии "вверх" требуемого отношения q_{fт ­}:

w₁ = q_{fт ­} - 207,15 - [ G/T]_кс + D _[G/T] + 20 lg f, дБВт/м² ,  ( 6.18)

где D _[G/T] = 3 дБ, так как ХЗС находится на краю ЗО, а f линии "вверх" подставляется в ГГц.

Для ХЗС определяется:

 

1) Требуемая для одной несущей ЭИИМ ЗС:

 

p_э.1.хзс = w₁  + 20 lg d +71 + L_атм + L_н + L_п, + L_д дБВт,    (6.19)

где наклонная дальность d подставляется в км.

Для компенсации дополнительных потерь в дожде в оборудовании ЗС обычно предусматривается адаптивная регулировка мощности передатчика по сигналу «маяка» КС. Поэтому ЗС должна иметь запас по ЭИИМ навеличину L_д.

2) Требуемое значение добротностиХЗСрассчитывается из условия обеспечения на линии "вниз" необходимых отношений q_{fт ¯} при дожде (см. табл. 3.2 и табл. 6.2):

[ G / T ]_хзс = q_{fт ¯}+L_p.¯ - p_э.1.кс – 228.6 , дБ/К.                (6.20)

 

Затем определяется суммарная шумовая температура ХЗС, приведенная к облучателю приемной антенны:

Т_å.хзс =Т_а.хзс + Т₀ ^. (10^{0,1аф.пм.хзс}-1) + Т_пм.хзс ^. 10^{0,1аф.пм.хзс} , К,          (6.21)

 

где Т_пм.хзс - ЭШТ приемника ХЗС, К. Определяется по графикам рис.6.8 для номера кривой, заданной в исходных данных;

 а_{ф.пм.хзс} - ослабление сигнала в антенно-фидерном тракте ХЗС на приём (обычно не более 0,5 дБ);

Т₀ = 290 K;

Т_а.хзс - шумовая температура антенны ХЗС, определяемая по формуле:

                    Т_а.хзс = Т_к + ε × Т₀ + Т_атм (b) ,   К.                                    (6.22)

 

Здесь Т_к – ЭШТ космического излучения, определяется по рис.6.7 и формуле (6.15). Для диапазона «Ku» Т_к = 0.

Т_атм (b) - ЭШТ атмосферы. Определяется по рис.6.6.

 

3) Рассчитывается значение коэффициента усиления антенны в условиях дождя - g_пм.хзс.

g_пм.хзс= [ G/ T]_хзс+10 lgТ_å.хзс , дБ                (6.23)

 

4) Диаметр антенны ХЗС рассчитывается по формуле:

D_зс » (10 ^{0,05 gпм.хзс})/ (8,7× f_¯) , м ,                              (6.24)

в которую частота линии "вниз" f_¯ подставляется в ГГц. Эта же антенна на передачу на частоте f_­, ГГц будет иметь коэффициент усиления:

g_пд.хзс = 20 lg (8,7× f_­ × D_зс ) = g_пм.хзс + 20 lg (f_­/ f_¯ ), дБ           ( 6.25)

 

5) Уровень мощности одной несущей на выходе передатчика ХЗС можно определить, как:

p_1.хзс = p_э.1.хзс - g_пд.хзс + а_{ф.пд.хзс}, дБВт                         (6.26)

 

и пересчитать в ватты:

P_1.хзс = 10 ^{0,1 p1 .хзс}, Вт,                                 ( 6.27)

 

Ослабление сигнала в антенно-фидерном тракте ХЗС а_{ф.пд.хзс} можно принять равным 0,5 ... 2 дБ в зависимости от схемы построения станции и удалённости передатчика от антенны.

В случае если ЗС излучает несколько потоков, мощность передатчика должна быть не менее, чем

p_{1.хзс.макс} = p_1.хзс + 10lg(n_пот)+ Δз, дБВт,                 ( 6.28)

P_{1.хзс.макс} = 10 ^{0,1 p1 .хзс.макс} , Вт,                             (6.29)

 

где  Δз, дБ - запас, необходимый для работы передатчика в линейном режиме, Δз можно принять равным 2 ... 5 дБ;

  n_пот – задано в исходных данных.

 

---

Дата добавления: 2019-01-14; просмотров: 578; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!