Диапазон частот спутниковой связи
К основным характеристикам систем спутниковой связи относятся: дальность связи, пропускная способность и надежность. Эти характеристики в существенной мере зависят не только от вида орбит, числа спутников на них, мощности передатчика, но и от рабочего диапазона частот и вида шумов (помех).
При выборе рабочего диапазона частот необходимо учитывать следующие факторы:
- поглощение магнитной энергии волны молекулярным водородом;
- влияние загрязненности атмосферы (туман, снег, дым, пыль и т.п.).
Основными помехами являются:
- индустриальные помехи в диапазоне 1 – 100 МГц (для борьбы с ними применяется экранирование, удаление станций за пределы действия этих помех, узконаправленные антенны);
- наземные помехи в диапазоне 20 – 10000 МГц, которые создают эквивалентную температуру по Кельвину порядка 30°К. Эти помехи захватываются боковыми лепестками диаграммы направленности антенны;
- атмосферные помехи в диапазоне ниже 50 МГц;
- солнечные помехи в диапазоне 30 МГц – 30 ГГц. При прямом направлении антенны на Солнце эквивалентная температура более (106)°К;
- галактические помехи в диапазоне 1 – 10 ГГц. Их шумовая температура (2-5)°К;
- космические помехи в диапазоне (20 
40) ×103МГц. Их интенсивность зависит от частоты;
- небесные шумы – потеря энергии в самой атмосфере. Их средняя эквивалентная температура составляет 30°К.
Тепловые шумы атмосферы меняют свою интенсивность в зависимости от угла ориентации антенны b относительно зенита.
|
|
|
На рис. 9.25 приведены зависимости эквивалентной температуры галактических, космических, солнечных и атмосферных помех от частоты.
Для линий спутниковой связи МККР, рекомендует следующие диапазоны частот.
Направление ИСЗ – земная станция (наземный комплекс): 3,4 – 4,2ГГц; 7,25 – 7,75ГГц; 10,95 –11,2ГГц; 11,45 – 11,7ГГц; 12,5 – 12,75ГГц; 17,7 – 21,2ГГц и 40 – 41ГГц.
Направление земная станция (наземный комплекс) – ИСЗ: 4,4 – 4,7ГГц; 5,725 – 6,425ГГц; 7,9 – 8,4ГГц; 10,95 – 11,2ГГц;12,5 – 12,75ГГЦ; 14,0 - 14,5ГГц; 25,5 – 29,5ГГц; 50 – 51ГГц и 92 – 95ГГц.
Рис.9.25
Наиболее характерной помехой, даже в этих оптимальных для связи диапазонах частот, является гаусовый шум, который создается как внутренними шумами, так и внешними помехами (солнце, галактика, земная атмосфера).
В системах спутниковой связи добиться требуемого отношения сигнал/помеха возможно путём увеличения мощностей передатчиков и применением помехоустойчивых видов модуляции. В системах же дальней космической связи этих мер недостаточно, поэтому там применяют корректирующие коды и сложные сигналы. Естественно, это снижает скорость передачи информации и пропускную способность системы [16].
|
|
|
Связное оборудование наземного комплекса
В состав связного оборудования наземного комплекса входят: передающее устройство, приемное устройство, а также каналообразующая аппаратура (КОА) и телевизионная аппаратура (ТВА).
Структурная схема радиопередающего устройства наземного комплекса приведена на рис. 9.26.
.
Рис.9.26.
Передающее устройство, кроме типовых элементов связных передатчиков, имеет ряд специфических особенностей. Поскольку мощность наземного передатчика составляет десятки и сотни киловатт, то в нём применяются системы жидкостного и воздушного охлаждения. Кроме того, учитывая работу в диапазоне СВЧ, при такой мощности необходимы устройства биологической защиты и блокировки. В качестве усилительных устройств в передатчиках, как правило, применяются многорезонаторные клистроны или лампы бегущей волны. Многорезонаторные клистроны имеют коэффициент усиления порядка 65дБ, КПД – (40¸60)% и позволяют получить мощность до 100¸300кВт. Лампы бегущей волны главным преимуществом имеют широкополостность до нескольких сотен МГц при хороших АЧХ и ФЧХ.
Принцип действия передатчика состоит в следующем. Информационный сигнал с КОА или ТВА с полосой в несколько МГц через широкополосный видеоусилитель ВУ подается на частотно-модулированный генератор ЧМГ. Этот модулятор имеет ряд особенностей. Прежде всего здесь происходит формирование сигнала на промежуточный частоте. Кроме того, в модуляторе имеется кольцо АПЧ, построенное так, что в модуляторе появляется возможность эффективно использовать весь линейный участок модуляционной характеристики.
|
|
|
С выхода ЧМГ сигнал промежуточный частоты подается на смеситель СМ и с помощью соответствующих частот возбудителя В переносится в область рабочей частоты на СВЧ. В качестве возбудителя используется типовой блок опорных частот с декадной установкой частоты. После усиления сигнал поступает на аттенюатор АТ, а с него на усилитель мощности УМ и далее через развязывающий фильтр Ф в антенну. Так как мощность сигнала здесь велика, то необходимо применять принудительное охлаждение выходных каскадов передатчика.
Применение аттенюатора АТ в передатчике вызвано следующими обстоятельствами. Аналоговые системы спутниковой связи используют частотную модуляцию. При неравенстве сигналов различных станций проявляется эффект подавления слабого сигнала сильным. Чтобы этого не произошло, необходимо обеспечить равенство всех сигналов, приходящих на вход радиоприемного устройства ИСЗ. Поэтому в передатчике наземной станции предусмотрены устройства, которые управляют аттенюатором АТ в сторону увеличения или уменьшения изучаемой мощности. Управляет регулировкой АТ мотор М. Происходит это следующим образом. Сигнал с бортового маяка ИСЗ принимается антенной и через фильтр подается на схему управления мотором СУМ. На второй вход СУМ подается сигнал от программного устройства ПУ. В результате в СУМ вырабатывается управляющее напряжение мотором, пропорциональное дальности от наземной станции до ИСЗ. Именно это и позволяет обеспечить равенство сигналов различных станций на входе приемника ИСЗ.
|
|
|
Следует отметить, что самым дорогостоящим устройством наземного комплекса является антенна (порядка 70% от общей стоимости комплекса). Диаметры параболического зеркала могут составлять десятки метров. Вес антенных устройств несколько сотен тонн. Антенны в основном рупорно-параболические с коэффициентом усиления порядка 60 дБ. Такие антенны формируют диаграмму направленности шириной (0,2 – 1)°. Общая эквивалентная шумовая температура антенны лежит в пределах Тш= (10¸50)°К.
Структурная схема радиоприемного устройства наземного комплекса показана на рис. 9.27. С борта ИСЗ принимается сигнал порядка 10-12 Вт. Помимо шумов в канале связи существенную роль играют собственные шумы СВЧ приемника и антенны с волноводными трактами. Для борьбы с ними размещают приемник либо в непосредственной близости к антенне, либо непосредственно в ней. Это сокращает длину волновода и, значит, уменьшает величину шумов.
С другой стороны, применяют малошумящий параметрический СВЧ усилитель с принудительным охлаждением. При средней температуре (20¸30)°С шумовая температура параметрического усилителя Тш»50°К, а при охлаждении жидким азотом Тш»4°К.
Рис.9.27
В малошумящем усилителе (МШУ) применяются, как правило, два параметрических усилителя. Первый охлаждается жидким азотом. Малошумящий усилитель имеет усиление порядка 30 и более дБ. В этом же блоке осуществляется преобразование частоты принимаемого сигнала На выходе МШУ образуется сигнал промежуточной частоты fпр=70МГц, который поступает на УПЧ с усилением до 80дБ. Последний каскад УПЧ работает в режиме амплитудного ограничения.
Затем, при хорошем отношении сигнал/помеха сигнал подается на частотный детектор ЧД через переключатель П1 в положении 1 и далее, через переключатель П2 в положении 1, на КОА..
Если же соотношение сигнал/помеха близко к пороговому и надежной демодуляции в ЧД получить нельзя, то переключатели П1 и П2 ставятся в положение 2 и подключается помехоустойчивый демодулятор. Он состоит из фазового детектора ФД, частотно-модулированного генератора ЧМГ и двух колец обратной связи по частоте (ОСЧ).
Первое кольцо с большой постоянной времени через усилитель постоянного тока УПТ воздействует на ЧМГ. Второе кольцо с малой постоянной времени через видеоусилитель ВУ и ОСЧ отслеживает мгновенные изменения ухода частоты.
Назначение первого кольца (через УПТ) – поддерживать в среднем равенство частот ЧМГ и промежуточной частоты. Назначение второго кольца (ОСЧ) отслеживать мгновенные изменения частоты принимаемого сигнала, что позволяет осуществить синхронный прием и демодуляцию принимаемого сигнала на выходе ФД. Демодулированный сигнал через ВУ и второе положение переключателя П2 подается на КОА. Такой синхронный детектор не требует амплитудного ограничителя. Его роль выполняет ОСЧ. При этом Uвых не зависит от Uвх. Для уверенного детектирования необходимо, чтобы UЧМГ >> UУПЧ, что обеспечивает нормальное отношение сигнал/шум.
При приеме телевизионных сигналов вместо КОА подключается ТВА.
Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 871; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!