Энергетические соотношения на спутниковых радиолиниях

При расчете энергетики систем связи через ИСЗ параметры антенн и приемных устройств связаны многими ограничениями. Антенны земных комплексов должны иметь максимально возможные коэффициенты усиления для компенсации больших потерь в тракте распространения. Такое решение оказывается экономически наиболее выгодным. Выбор бортовой антенны ограничен допустимой массой и габаритными размерами. Во многих случаях коэффициент усиления бортовой антенны регламентирован только угловыми размерами зоны обслуживания на поверхности Земли. Выбор земных приемных устройств однозначно определяется типом малошумящих приемников из-за нормируемого низкого уровня принимаемого сигнала. Бортовые приемники нерационально выполнять с шумовой температурой ниже 290 К, если бортовая антенна ориентирована на Землю. Рабочая частота системы выбирается в соответствии с частотным регламентом МККР, а также с учетом частотной зависимости характеристик антенн, потерь в тракте распространения и интенсивности внешних шумов. Мощность бортового передатчика практически всегда задается исходя из общей энергоемкости космического аппарата. Поэтому одним из наиболее подвижных элементов энергетики космических радиолиний является мощность земного передатчика.

Рассмотрим метод расчета мощности передатчика для случая, когда электрические характеристики приемного устройства и антенн заданы и расчет сводится к определению параметров тракта распространения. Мощность земного передатчика определяется

где Р_2б - мощность сигнала на входе бортового приемника, необходимая для обеспечения заданного качества работы линии; L₁ - наибольшие потери передачи на участке Земля - ИСЗ, который обозначен индексом 1; ƞ_1зм и ƞ_2б - КПД фидеров земной передающей антенны и бортовой приемной соответственно.

При расчете Р_2б будем исходить из заданного отношения сигнал-помеха на входе приемника , которое зависит от требуемого качества работы, вида модуляции, помехозащищенности приемника и других технических параметров оборудования. Тогда

где мощность шума на входе бортового приемника

Суммарная шумовая температура на входе бортового приемника определяется

где - собственная шумовая температура бортового приемника; Т_{ш ф б} = =Т_ф ƞ_ф - шумовая температура фидера с КПД ƞ_ф = ƞ_{ф б} при термодинамической температуре Т_ф, К; - суммарная шумовая температура приемной бортовой антенны, обусловленная действием внешних источников шумов.

В отсутствие помех станций при узконаправленной приемной антенне и с учетом только протяженных источников шумов природного происхождения

где - яркостная температура космического фона; - яркостная температура радиоизлучения атмосферы; - яркостная температура радиоизлучения земной поверхности. Все величины определяют с учетом максимально возможных их значений.

При определении Т_{ш б} учитывают, что шумовая температура приемной бортовой антенны определяется радиоизлучением поверхности Земли Т_{я зм}, поскольку космический фон воспринимается только слабыми боковыми лепестками ДН. Потери

Здесь - потери передачи при максимальной протяженности интервала Земля - ИСЗ, обозначенного индексом 1; - дополнительные потери при минимальном угле возвышения диаграммы передающей антенны:

где L_г - потери за счет поглощения в газах; L_ф - поляризационные потери за счет эффекта Фарадея; - ослабление в осадках. Значения потерь и температур приведены в справочниках.

Контрольные вопросы:

1. Назовите явления в тракте распространения, которые необходимо учитывать при проектировании и эксплуатации систем спутниковой связи.

2. Почему на спутниковых линиях передача и прием информации ведутся при углах возвышения траектории более 5 градусов?

3. Какие ограничения при выборе параметров линий спутниковой связи налагают внешние шумы?

4. Поясните частотную зависимость дисперсионных искажений сигналов.

5. От каких характеристик тракта распространения зависит необходимая мощность земного или бортового передатчика?

6. Какие особенности возникают при связи с ИСЗ, перемещающимися относительно наземного пункта связи?

7. Энергетические соотношения на спутниковых радиолиниях.