Уравнения связи для спутниковых линий.

Эквивалентная изотропно – излучаемая мощность (ЭИИМ) передающей станции: , (3.1)

где Р_пер – эффективная мощность на выходе передатчика;

Рисунок 3.1 Структурная схема и диаграмма уровней одного участка линии спутниковой связи.

ή_пер – коэффициент передачи (по мощности) волноводного тракта (КПД тракта);

G_пер – коэффициент усиления передающей антенны относительно изотропного излучателя.

Затухание энергии сигнала в свободном пространстве, определяемое уменьшением плотности потока мощности при удалении от излучателя:

,(3.2)

где λ – длина волны;

d – наклонная дальность (расстояние между перед. и пр. антеннами).

Кроме этих основных потерь на трассе присутствуют и другие дополнительные потери α_доп; полное значение потерь на трассе:

α_∑ = α_0·α_доп. (3.3)

В точке приема установлена антенна с коэффициентом усиления G_пр, связанная с приемником волноводным трактом с коэффициентом передачи η _пр. При согласовании волновых сопротивлений антенны элементов тракта и приемника мощность сигнала на входе приемника:

(Вт) (3.4)

Полученное выражение пригодно для расчета любых радиолиний прямой видимости. Когда параметры антенны заданы в виде эффективной площади ее апертуры, связанной с коэффициентом усиления соотношением G_np = 4πS_пр/λ², предыдущее выражение может быть представлено в виде:

(Вт (3. 5)

Формула (3.5) позволяет определить необходимую мощность передатчика по заданному значению мощности сигнала на входе приемника.

При расчете линии часто оказывается заданной не мощность сигнала на входе приемника, а отношение сигнал/шум на входе приемника ( Р_с / Р_ш)_вхтогда в (3.5) следует подставить: Р_пр = Р_т(Р_с/Ρ_ш)_вх,

где Р_щ - полная мощность шума на входе приемника.

Поскольку в диапазонах частот СВЧ, где работают спутниковые системы, шумы, создаваемые различными источниками, имеют аддитивный характер, их суммарная мощность достаточно полно выражается формулой:

, (3.6)

где к –1,38 · 10^-23 Вт/Гц град – постоянная Больцмана;

Т_ш – эквивалентная шумовая температура всей приемной системы с учетом внутренних и внешних шумов;

Δf_ш – эквивалентная (энергетическая) шумовая полоса приемника.

В ряде случаев при расчете энергетики спутниковых линий необходимо знать напряженность электромагнитного поля, создаваемого излучением ИСЗ на поверхности Земли Е₀ или плотность потока мощности излучения ИСЗ у поверхности Земли W:

; , (3.7)

где r₀ = 120π = 377 Ом – волновоесопротивление свободного пространства: единицей величины Е₀ является милливатт на метр (мВ/м), а единицей величины W — ватт на квадратный метр (Вт/м²).

мощность сигнала ИСЗ, воспринимаемая земной приемной антенной с эффективной площадью апертуры S_np, может быть определена через плотность потока, и напряженность поля следующим образом:

(3.8)

Приведенные формулы устанавливают связь между основными параметрами линии и являются исходными соотношениями для вывода уравнений, описывающих энергетику спутниковых линий.

Структурная схема и диаграмма уровней сигналов линий спутниковой связи состоит из двух участков. Для этих участков справедливы следующие соотношения:

для участка Земля – спутник

, (3.9)

где

для участка спутник – Земля

, (3.10)

где

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 линии связи:

(3.11)

Отношение сигнал – шум на каждом из участков должно быть выше, чем на конце линии:

, (3.12)

где h и b – заданные превышения, при этом h>1 и b>1

Для участков имеем:

; (3.13)

Выражения (3.13) позволяют распределить заданное отношение по двум участкам линии связи. Например, задавшись превышением отношения сигнал/шум на участке спутник – Земля, равным 1 дБ (b = 1,26). найдем, что необходимое превышение на участке Земля – спутник должно составлять 7 дБ (h = 5). Приведенное распределение коэффициентов запаса, h и b предполагает, что шумовые полосы бортового ретранслятора и земного приемника равны; если f _ш.з < f _ш.б, то мощность шума на входе бортового приемника следует вычислять в полосе Δ f _ш.з.

С учетомизложенного уравнения для линии спутниковой связи, состоящей из двух участков, имеют вид:

для участка Земля – спутник

(3.14)

для участка спутник – Земля

(3.15)

Дата добавления: 2015-10-31