СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АЭРОКОСМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Имени академика М.Ф. Решетнева
Кафедра ЭТТ
Реферат
Радиотехнические параметры, влияющие на качество организации спутниковой линии связи
Выполнил:
Студент гр. Е-62
Проверил:
.
Красноярск 2010
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение 3
1. Уравнения связи для спутниковых линий 4
2. Факторы, вызывающие ослабление сигнала в линии 8
2.1. Поглощение энергии сигнала в атмосфере 8
2.2. Потери из-за рефракции и неточности наведения антенн 10
2.3. Фазовые эффекты в атмосфере 11
2.4. Потери из-за несогласованности поляризаций антенн 12
2.5. Деполяризация радиоволн в атмосфере 13
2.6. Шумы атмосферы, планет и приемных систем 15
Заключение 19
Список литературы 20
Введение
Линии спутниковой связи состоят из двух участков: Земля-спутник и спутник-Земля. В энергетическом смысле оба участка оказываются напряженными, первый ‑ из-за стремления к уменьшению мощности передатчиков и упрощению земных станций, второй ‑ из-за ограничений на массу, габаритные размеры и энергопотребление бортового ретранслятора, лимитирующих его мощность. Основная особенность спутниковых линий ‑ наличие больших потерь сигнала, обусловленных затуханием (ослаблением и рассеянием) его энергии на трассах большой физической протяженности. При высоте орбиты ИСЗ 36 тыс. км затухание сигнала на трассе может достигать 200 дБ.
Ниже рассматриваются важнейшие уравнения для спутниковой линии связи, дающие сведения о важных параметрах и их взаимосвязи, а также факторы вызывающие столь сильное ослабление сигнала в линии.
Уравнения связи для спутниковых линий
Структурная схема одного участка линии связи и диаграмма уровней сигнала приведены на рис. 1.
Рис. 1. Структурная схема одного участка спутниковой линии связи и диаграмма уровней сигнала.
Эквивалентная изотропно излучаемая мощность (ЭИИМ) передающей станции
; (1)
где 
‑ эффективная мощность на выходе передатчика; 
‑ коэффициент передачи (по мощности) волноводного тракта (КПД тракта); Gпер ‑ коэффициент усиления передающей антенны относительно изотропного излучателя.
Затухание энергии сигнала в свободном пространстве, определяемое уменьшением плотности потока мощности при удалении от излучателя
; (2)
где 
‑ длина волны; d ‑ наклонная дальность (расстояние между передающей и приемной антеннами).
Кроме этих основных потерь на трассе присутствуют и другие дополнительные потери на трассе L∑=L0Lдоп;
В точке приема установлена антенна с коэффициентом усиления Gпр, связанная с приемником волноводным трактом с коэффициентом передачи ηпр. При согласовании волновых сопротивлений антенны, элементов тракта и приемника мощность сигнала на входе приемника
; (3)
Полученное выражение пригодно для расчета любых радиолиний прямой видимости. Когда параметры антенны заданы в виде эффективной площади ее апертуры связанной с коэффициентом усиления соотношением 
предыдущие выражение может быть представлено в виде
; (4)
Данная формула позволяет определить необходимую мощность передатчика по заданному значению мощности сигнала на входе приемника. Отметим, что в нее не входит длина волны λ. Следовательно, когда передающая антенна имеет постоянный коэффициент усиления на всех частотах, а приемная ‑ постоянную эффективную площадь апертуры (т.е. сохраняет способность эффективно работать по мере возрастания частоты), мощность сигнала на входе приемника в первом приближении не зависит от частоты (в действительности некоторая зависимость от частоты имеется, так как Lдоп в значительной степени определяется диапазоном частот).
При расчете линии часто оказывается заданной не мощность сигала на входе приемника, аотношение сигнал-шум на входе приемника (PcPш)вх(тогда в (3) следует подставить Pпр=Pш(PcPш)вх, где Pш ‑ полная мощность шума на входе приемника.
Поскольку в диапазонах частот, где работают спутниковые системы, шумы, создаваемые различными источниками, имеют аддитивный характер, их суммарная мощность достаточно полно выражается формулой
Pш = kT∑ ∆fш, (4)
где k= 1,38∙1023 Вт/Гц∙град. ‑ постоянная Больцмана; T∑ ‑ эквивалентная шумовая температура всей приемной системы с учетом внутренних и внешних шумов, ∆fш — эквивалентная (энергетическая) шумовая полоса приемника.
В ряде случаев при расчете энергетики спутниковых линий необходимо знать напряженность электромагнитного поля, создаваемого излучением ИСЗ на поверхности Земли Ао, или плотность потока мощности излучения ИСЗ у поверхности Земли W:
;
;
где r0 = 120τ — волновое сопротивление свободного пространства; единицей величины A0 является милливатт на метр (мВ/м), единицей величины W — ватт на квадратный метр (Bt/m2).
В свою очередь, мощность сигнала ИСЗ, воспринимаемая земной приемной антенной с эффективной площадью апертуры Snp, может быть определена через плотность потока и напряженность поля следующим образом:
;
Приведенные формулы устанавливают связь между основными параметрами линии и являются исходными соотношениями для вывода уравнений, описывающих энергетику спутниковых линий.
Рис. 2. Структурная схема и диаграмма уровней сигналов линий спутниковой связи, состоящей из двух участков
Структурная схема и диаграмма уровней сигналов линий спутниковой связи, состоящей из двух участков, приведены иа рис. 2. Для этих участков справедливы следующие соотношения:
для участка Земля-спутник.
,
Где Pш.б = kT∑б ∆fш.б ;
Здесь и далее всем показателям, относящимся к земной аппаратуре, присваивается индекс «з», а показателям, относящимся к бортовой аппаратуре, индекс «б»; величины, относящиеся к участку Земля-спутник, имеют индекс «1», относящийся к участку спутник-Земля ‑ индекс «2».
для участка спутник-Земля
,
Где Pш.з = kT∑з ∆fш.з ;
Установим связь между отношениями сигнал-шум на выходе линии и на каждом из участков. В отсутствие обработки сигнала на борту происходит сложение шумов каждого из участков; при этом суммарное отношение шум-сигнал на конце
(5)
Отношение сигнал-шум на каждом из участков должно быть выше, чем на конце линии:
; 
; (6)
где a›1, b›1.
Из (5.5) и (5-6) следует, что
a=b/b‑1 и b=a/a‑1;(7)
Выражения (7) позволяют распределить заданное отношение 
по двум участкам линии связи. Например, задавшись превышением отношения сигнал-шум на участке спутник-Земля, равным 1дБ (b =1,26), найдем, что необходимое превышение на участке Земля-спутник должно составлять 7 дБ (a≈5). Приведенное распределение коэффициентов запаса а и b предполагает, что шумовые полосы бортового ретранслятора и земного приемника равны; если ∆fш.з<∆fш.б, то мощность шума на входе бортового приемника следует вычислять в полосе ∆fш.з.
С учетом изложенного уравнения дли линии спутниковой связи, состоящей из двух участков, имеют вид:
для участка Земля-спутник
(8)
для участка спутник-Земля
(9)