Данное значение, удовлетворяет условию, т.к. входит в интервал от - 30 дБ до - 50 дБ.

Таблица 1

N	L / Lэт, км	л, см	R0, км	h1 / h2,м
300	400/600	3,7	33	43/45

 

N - число ТЛФ каналов в стволе;

L/L_эт - заданная протяженность линии связи / протяженность гипотетической (эталонной)линии;

л - средняя длина волны рабочего диапазона частот;

R₀ - средняя протяженность интервала;

h₁ / h₂ - высоты подвеса антенн на интервале линии связи.

 

.  
Для заданного числа каналов определим граничные частоты группового спектра (F₁ и F₂) из прил. 1 [1]. Зарисуем вид соответствующего группового спектра

 

F₁ = 60 кГц,

F₂ = 1300 кГц.

 

Рисунок 1 - Линейный спектр многоканального сигнала с частотным разделением.

 

Рассчитаем уровень средней мощности многоканального сигнала, учитывая следующие положения:

При N > 240

 

P_ср = p_k + 10 lg N, дБм0,

 

где: для отечественных данных p_k = -13 дБм0 (50 мкВт),

для данных МСЭ - Т p_k = -15 дБм0 (32 мкВт).

P_ср = -13 + 10 lg 300 = 11,77 дБм0.

Рассчитаем среднюю мощность многоканального сигнала:

 

 , мВт

 

 = 15,03, мВт

Из таблицы прил. 2 [1] выберем (по числу каналов и рабочей длине волны) подходящую аппаратуру связи и запишем ее основные параметры:

Найдем рабочую частоту:

 

f = c/ л,

 

где:

с = 3,0 * 10⁸, м/с -скорость света в вакууме.

f = 3,0 *10⁸ /(3,7 * 10^-2 ) = 0,81 *10¹⁰ Гц = 8,1 ГГц.

Выбираем аппаратуру:

Курс - 8

 

Таблица 2

Диапазон частот, ГГц	Число каналов	Мощность Прд, Вт (дБм)	Коэф. шума приемника, ед (дБ)	∆fк, кГц	Система резервирования
7,9 - 8,4	300	0,4 (26)	8 (9)	200	3 + 1

 

2. Для расчета полосы частот, занимаемой ЧМ сигналом, воспользуемся следующей методикой:

·   Определим значение эффективной девиации частоты:

 

, кГц,

 

где

∆f_к - девиация частоты на один канал

=775 кГц

·   Определим пиковую девиацию частоты:

при N > 240

 

∆f_пик = 3,33 ∆f_эфф

 

∆f_пик = 3,33*775 = 2581 кГц

·   Рассчитаем индекс частотной модуляции:

 

m_f = ∆f_пик / F₂

 

m_f = 2581*10³/1300*10³ = 1,99

·   Определим полосу частот, занимаемую частотно-модулированным сигналом:

 

П = 2 F₂ (1 + m_f + )

 

П = 2*1300*10³ (1 + 1,99 + ) = 11,44 МГц

Необходимую полосу пропускания ВЧ тракта РРЛ можно принять, численно равной удвоенной полосе П:

 

П_необ. = 2 П

 

П_необ. = 2*11,44 = 22,88 МГц

Очевидно, что качество работы линии связи, определяется уровнем сигнала на входе приемника P_пр и возможными отклонениями этого уровня при замираниях.

Определим уровень сигнала на входе приемника (P_пр0) при работе в свободном пространстве:

 

 Вт

 

Для расчета выберем коэффициенты усиления передающей и приемной антенн (G₁ и G₂) из таблицы параметров антенн, прил. 2 [1] и рассчитаем КПД фидерных линий (з₁ и з₂) по заданным высотам подвеса антенн:

 

 

где: а_ф - погонное затухание в фидерной линии (0,04 - 0,09 дБ/м),

 

l_ф = h + l_гор,

 

м - длина фидерной линии,

h - высота h₁ или h₂,

l_гор - длина горизонтальной части фидерной линии (10 - 20 м).

Примем:

l_гор,1 = 10 м; l_гор,2 =10 м.; а_ф = 0,05 дБ/м

Рассчитаем:

l_ф,1 = 10 + 43 =53 м

l_ф2 = 10 + 45 = 55 м

= 0,54

 = 0,53

Выберем антенну:

АДЭ - 3,5 Коэффициент усиления - 46,3 дБ

Диапазон частот - 7,9 - 8,4 ГГц.

Переведем коэффициенты усиления антенн с дБ в ед.:

 

 

 = 42658

Определим уровень сигнала на входе приемника (P_пр0) при работе в свободном пространстве:

=1,66 мкВт

Мощность теплового шума на выходе верхнего по частоте ТЛФ канала при распространении сигнала в свободном пространстве определяется по формуле:

 

 , пВт

 

где n_ш - коэффициент шума приемника, ед.,

∆F_к - ширина полосы частот одного канала (3100 Гц),

k - постоянная Больцмана (1,38*10^-23, Вт/Гц град),

Т - абсолютная температура (290 К),

k_п - псофометрический коэффициент (0,75),

P_пр0 - мощность сигнала на входе приемника, Вт,

в_пр - коэффициент, учитывающий изменение девиации частоты при введении предыскажений (0,4).

 = 0,568 пВт

Определим примерное значение минимально допустимого множителя ослабления (V_{мин доп})

V_{мин доп} - такое ослабление сигнала на интервале РРЛ, при котором мощность шума на выходе ТЛФ канала равна 47500 пВт. Этот параметр является основой для расчета устойчивости связи и, в большинстве случаев, составляет величину 30 - 40 дБ.

Расчет производится по следующей формуле:

 

 

где P_{шт макс доп} = 47500 - P_{ш пост},

P_{ш пост} - мощность шумов линии связи, величина которых не зависит от величины замираний сигнала на интервале РРЛ.

В контрольной работе примем эту величину в пределах 3000 - 7000 пВт.

P_{шт макс доп} = 47500 - 4000 = 43500 пВт.

 = 0,0036

Полученное значение переведем в дБ, по формуле:

V_{мин доп}, дБ = 20 lg (V_{мин доп})

V_{мин доп} = 20 lg 0,0036 = - 48,9 дБ,

Данное значение, удовлетворяет условию, т.к. входит в интервал от - 30 дБ до - 50 дБ.

В заключении определим мощность сигнала на входе приемника при

V = V_{мин доп}, по формуле:

 

P_пр = P_{пр 0} (V_{мин доп})²

 

P_пр = 1,66*10^-6 *(0,0036)² = 21,5 пВт.

 

Результаты расчетов запишем в таблицу 3.

 

Таблица 3

N	300
F2, кГц	1300
Pср, мВт (Pср, дБм0)	15,03 (11,77)
Дfэфф / Дfпик, кГц	775/ 2581
mf	1,99
П, МГц	11,44
Pштi, пВт	0,568
Pпр 0, Вт / Pпр 0, дБ	1,66*10-6 / -57,8
Vмин доп, раз / Vмин доп, дБ	0,0036 / - 48,9
Pпр, Вт / Pпр, дБ	21,5*10-12 / - 106,7

 

2. Определение основных параметров системы спутникового телевещания

 

Задача 3.1

Определить параметры для юстировки приемной антенны (азимута и угла места) в целях обеспечения связи между выбранным телекоммуникационным спутником, расположенным на геостационарной орбите, и абонентским приемным устройством.

.   Определить географические координаты точки, в которой будет приниматься сигнал со спутника.

.   Выбрать телекоммуникационный спутник, расположенный на геостационарной орбите.

.   Рассчитать азимут и угол места для юстировки наземной приемной антенны.

Задача 3.2

.   Определить для заданного варианта системы спутникового телевещания:

·   Полосу пропускания абонентского приемного устройства;

·   Требуемое отношение сигнал/шум на входе абонентского приемника;

·   Затухание сигнала в свободном пространстве;

·   Коэффициенты усиления спутниковой передающей антенны и абонентской антенны.

.   По найденным параметрам рассчитать необходимую мощность спутникового передатчика.

Решение

Задача 3.1

.   Из таблицы 3 [ 1 ] выберем спутник связи и запишем его название и положение на орбите:

 

Таблица 4

Спутник связи	Положение на орбите	Язык
Горизонт - 38	530 в.д	Русский

 

.   Зададимся географическими координатами деревни Патракеевки Архангельской области Приморского района, в котором будет приниматься сигнал со спутника:

°57′53.59″ с. ш. 40°23′29.79″ в. д.

.   Рассчитаем азимут и угол места для юстировки наземной приемной антенны:

Угол места:

 

 

где Д_сп - долгота спутника (положение на орбите), град;

Д - долгота места расположения абонентского приемника, град;

Ш - широта места расположения абонентского приемника, град;

Азимут:

 

Перед расчетами убедимся, что прием сигналов с выбранного спутника в данной точке возможен. Для этого должно выполняться неравенство, иначе спутник находится за линией горизонта:

 

cos(Д_сп - Д)cosШ > 0,1513.

 

сos(53-40)cos65 = 0,51 > 0,1513

Условие выполняется.

 

= 16⁰

 = 166,1⁰

 

Задача 3.2

Исходные данные для выполнения задачи выберем из таблицы 4 [ 1 ]:

 

Таблица 4

F, ГГц	Дцб, град	Da, м	mf, ед	азс, ед
12,5	5,5	1,8	1,3	11

 

. Определим шумовую полосу частот абонентского приемника:

 

Дf_ша = г 2 Дf_пик,

 

где

г =1,1 - коэффициент, определяемый избирательными свойствами приемника;

Дf_пик = m_f*F_макс - пиковая девиация частоты;

F_макс - верхняя частота видеосигнала (для отечественного стандарта F_макс = 6 МГц);

Дf_ша = 1,1*2*1,3*6 = 17,16 МГц

. Определим необходимое отношение сигнал/шум на входе абонентского приемника:

 

 

где

(Р_с/Р_ш)_вых, ед. - нормируемое отношение с/ш в канале на выходе демодулятора (для спутникового ТВ канала 1-го класса - 53 дБ, 2-го класса - 48 дБ)

k_в = 65 - влияние взвешивающих и восстанавливающих контуров (18,1 дБ).

Переведем (Р_с/Р_ш)_вых из дБ в ед., по формуле:

 

(Р_с/Р_ш)_вых, ед = 10^{0,1*(Рс/Рш)вых, дБ}

Используем отношение с/ш для спутникового ТВ канала 1-го класса - 53 дБ, тогда:

(Р_с/Р_ш)_вых, ед = 10^0,1*53 = 199526,23 ед

 = 52,92 ед

Полученное значение (Р_с/Р_ш)_вх выразим в дБ:

 

(Р_с/Р_ш)_вх, дБ =10 lg [(Р_с/Р_ш)_вх, ед. ],

(Р_с/Р_ш)_вх = 10 lg 52,92 = 17,24 дБ

 

Определим коэффициент запаса на участке спутник - абонентский приемник:

 

а_са = а_зс / (а_зс - 1),

 

а_са = 11 / (11 - 1) = 1,1

Рассчитаем эквивалентную шумовую температуру абонентской приемной установки

 

Т_{пр у} = Т_а*з_ф + Т₀(1 - з_па) + Т_пр,

 

где Т_а - эквивалентная шумовая температура антенны (200 К);

Т₀ - абсолютная температура окружающей среды (290 К);

з_па - КПД фидерной линии (0,7 -0,9);

Т_пр - эквивалентная шумовая температура приемника (150 - 500 К).

Т_{пр у} = 200*0,7 + 290*(1 - 0,7) + 250 = 477 К.

Рассчитаем ослабление сигнала в свободном пространстве

L₀ = 20 lg (4.189*10⁴ *d*F), дБ,

где F - рабочая частота, ГГц;

d - максимальная наклонная дальность, соответствующая расстоянию от спутника до абонентской станции на границе зоны видимости, км:

 

 

где H_орб - высота геостационарной орбиты (35800 км.);

R_з - радиус земли (6370 км.).

= 41686 км

L₀ = 20 lg (4,189*10⁴*41686*12,5) = 207 дБ

Переведем из дБ в разы:

L₀, раз = 10^{(Lo, дБ / 10)},

L₀ = 10^207/10 = 5,01*10²⁰ раз.

Определим коэффициенты усиления бортовой передающей антенны и антенны абонентской установки

Антенна спутника

 

G_{пд с} = з_а(49000 / Дц_б), раз,

 

где

з_а - коэффициент использования поверхности зеркала антенны (0,5 - 0,6);

G_{пд с} = 0,57*(49000 / 5,5) = 5078 раз

Переведем коэффициент усиления в дБ:

G_{пд с,} дБ = 10 lg (G_{пд с}, раз);

G_{пд с,} дБ = 10 lg (5078) = 37,06 дБ

Антенна абонентского приемника

 

G_{пр а} = 20 lg (D) + 20 lg (f) + 17.5,

 

где D - диаметр антенны, м;

f - рабочая частота, ГГц

G_{пр а} = 20 lg (1,8) + 20 lg (12,5) + 17,5 = 44,54 дБ

G_{пр а}, раз = 10^{(Gпр а, дБ / 10)}

G_{пр а} = 10^{44,54 / 10} = 28445 раз

Рассчитаем требуемую мощность бортового передатчика

 

где L_доп = 3 (4,8 дБ) - дополнительные потери в атмосфере;

k = 1,38*10^-23 - постоянная Больцмана;

з_па = з_сп = 0,7-0,9 - КПД фидеров на спутнике и в абонентском приемнике;

Дf_ша, Гц

= 93,73 Вт

Результаты выполнения контрольной работы запишем в таблицу 5

 

Таблица 5

Задача 3.1
Название спутника (Дсп)	Горизонт - 38
Д / Ш, град	64°57′53.59″ с. ш. 40°23′29.79″ в. д.
УМ, град	16
А, град	166,1
Задача 3.2
F, ГГц	12,5
Дцб, град	5,5
Dа, м	1,8
mf, ед	1,3
азс, ед	11
Дfша, МГц	17,16
(Рс/Рш)вх, раз / (Рс/Рш)вх, дБ	52,92/ 17,24
Тпр у, град. К	204/ 477
L0, раз / L0, дБ	5,01*1020 /207
Gпд с, раз / Gпд с, дБ	5078/37,06
Gпр а, раз / Gпр а, дБ	28445/44,54
Рпдс, Вт	93,73

 

Литература

 

1. Лобач В.С./ «Космические и наземные системы радиосвязи и телерадиовещания» и «Спутниковые и радиорелейные системы передачи»: контрольные задания и методические указания к выполнению / СПбГУТ. - СПб. 2001

2. Лобач В.С./ «Космические и наземные системы радиосвязи и телерадиовещания»: методические указания к изучению дисциплины / СПбГУТ. - СПб. 2001

.   Немировский А.С. и др./ Радиорелейные и спутниковые системы передачи: Учебник для вузов/ - М.: Радио и связь, 1986

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: