Принцип дії прийомної антени (стр. 2 из 6)
- Діаметр антени, що діє.
- Коефіцієнт шуму малошумливого блоку або шумова температура.
- Перехідні затухання в хвилеводах і поляризаторах.
- Втрати із-за неточного наведення (націлювання) антени: початкова помилка наведення;
- Втрати поляризації.
- Затухання в умовах дощу для заданої ймовірності здобуття сигналу (номінальне значення 99,5% для середнього року).
- Зростання шумів в осіданнях при прийомі сигналу в Ku- і Ka- діапазонах (дощ, сніг або град).
- Поглинання сигналу в атмосфері киснем і парами води (залежно від вологості).
- Зміна температури
- Параметри приймача (поріг демодулятора)
- Характеристики модуляції сигналу.
- Розсіювання сигналів із-за затінювання антени деревами, будівлями, зграями птахів і літальними апаратами.
- Втрати на розбіжність при проходженні через атмосферу.
Тимчасові дії, такі як затінювання пролітаючими зграями птахів, здебільше непередбачувані, і при обчисленнях їх можна не враховувати.
1.1 Розташування місця прийому по відношенню до позиції супутника
Кожен геостаціонарний супутник займає певну позицію або ділянку орбіти що знаходиться на висоті 35784 км. прямо над екватором. Фактичне положення супутника визначається довготою підсупутникової точки, розташованої прямо під супутником на екваторі. Для захоплення сигналу з супутника в межах передбачуваної зони обслуговування антену необхідно точно встановити як по азимуту, так і по куту місця ( кут піднесення).
Кутом місця φel є кут направленого вгору нахилу антенного дзеркала (рефлектора) відносно земної поверхні. Він обчислюється за формулою:
EL = tan-1
(1.1)де А – широта місця знаходження земної станції (позитивна для північної півкулі, негативна для південної півкулі);
B - східна довгота земної станції мінус східна довгота супутника;
m = 6,61 – відношення радіусу геостационарной орбіти до радіусу екватора Землі.
Для низьких кутів M cos A cos B – 1 місця, значення яких складають менше 30°, геометричний кут місця може бути злегка модифікований за допомогою наступного виразу для обліку середньої величини рефракції (заломлення) в атмосфері. При цьому вірно розраховане дійсне значення кута місця завжди повинне бути більше, ніж геометричний кут.
Дійсне значення
(1.2)де EL – результат підрахунків, виконаних по виразу (1.1).
У атласах приводяться значення широти і довготи, виражені в градусах і хвилинах. Щоб їх можна було використовувати при обчисленнях, вказані значення необхідно перевести в градуси (з десятковими долями). Для цього слід розділити число хвилини на 60, а отриманий результат помножити на 100 і додати до цілої частини числа градусів.
Наприклад, необхідно перетворити 53015’N в градуси:
53 +
= 53, 250 N АзимутДійсним азимутом AZ (поворот рефлектора антени) є кут направлення, вказуючого на вибраний супутник, який відлічується від дійсної півночі. Магнітний азимут вимірюється в градусах від 0° до 360° Північ, схід, південь і захід мають азимути 0°, 90°, 180° і 360° відповідно. Геостаціонарна орбіта супутників відстежується магнітними азимутами між 90° і 270° в північній півкулі. Дійсний азимут розраховується з наступної формули:
AZ = 180 + tan-1
(1.3)AZ = 180 + tan -1
(1.4)tan -1
180 + tan -1 (- 2,184) = 178,86 о1.2 Магнітний азимут
Якщо дане значення кута азимута обчислене, то магнітний азимут можна легко розрахувати шляхом звичайного складання або віднімання магнітної відміни відповідно до местому прийому сигналу. Величина магнітної відміни мінятиметься залежно від місця розташування земної станції, і її можна дізнатися з місцевих топографічних карт.
Протяжність лінії зв'язку вниз
L = 6378, 16
(1.5)L=6378,16·
==43460,78 км.
m = 6,61 – відношення радіусу геостационарной орбіти до радіусу екватора Землі.
1.3 Втрати при проходженні сигналу у вільному просторі
Втрати при проходженні сигналу у вільному просторі LFS, або втрати на трасі розповсюдження, виражають ослаблення мікрохвильових сигналів у міру їх просування до Землі і відбуваються із - за расходимости промінів.
Втрати на трасі розповсюдження зростають із збільшенням частоти і стають тим більше, чим нижче кут підвищення антени (кут місця). Вираження для обчислення величини втрат:
Lfs =
, (1.6)де, L – довжина шляху, (км);
l - довжина хвилі, (м).
Lfs =
дБ Визначення шумової температури приймальної системи
Основним виразом, вживаним для визначення загальної шумової температури приймальної системи, є
Тsys = ТLNB + (1 - σ) ТC + σ ТA (1.7)
або його еквівалентне вираження, що використовує величину затухання:
ТSYS = ТLNA + (1 – 10 - 0,1Аfeed) ТC + 10 - 0,1Аfeed ТA ,(1.8)
де Тsys – загальна шумова температура приймальної системи, K;
ТA - еквівалентна шумова температура антени або за умов ясного неба, або для заданого відсотка часу, К;
ТLNA – еквівалентна шумова температура блоку LNA, К;
Тc – фізична температура перехідних (хвилеводних) компонентів,К;
Аfeed – ослаблення в опромінювачі або коефіцієнт внесених втрат.
Еквівалентна шумова температура - Т LNA
Перша складова ТLNA у виразах (1.7), (1.8) є загальний фактор шуму LNA у вигляді еквівалентної шумової температури, який є головной складовой в загальній шумовій температурі приймальної системи. Якщо фактор шуму визначити як відношення потужностей в децибелах, то він називається коефіцієнтом шуму. Шумова характеристика LNA може виражатися як еквівалентна шумова температура в градусах Кельвіна, або частіше як коефіцієнт шуму - в децибелах. У останньому випадку для підрахунку загальної шумової температури приймальної системи необхідно перетворити коефіцієнт шуму в еквівалентну шумову температуру за допомогою виразу:
ТLNA = 290
- 1(1.9)де ТLNA– шумова температура, град;
NF – коефіцієнт шуму LNA, (дБ).
Як правило, чим вище частота, тим важче досягти низьких значень коефіцієнта шуму. Для Ku – діапазону значення коефіцієнта шуму недорогих блоків LNA складають 1,2 – 1,5 дБ. Низьких значень коефіцієнтів шуму можна набути у разі застосування приладів на транзисторах з високою рухливістю електронів. Номінальні значення коефіцієнтів шуму в Ku – діапазоні для таких приладів складають 0,8 – 1,0 дБ.
NF = 0,5 дБ
FLNA = 10
= 1,1749 (1.21)ТLNA = 290 · (FLNA - 1) = 290 · 0,1749 = 50,721 К(1.22)
Розглянемо детальніше еквівалентну шумову температуру антени ТА. Вона визначається багатьма факторами – розміром антени, кутом підвищення (місця), зовнішніми джерелами шумів і умовами поширення сигналу в атмосфері. В умовах ясного неба основної шумової складової є фонові шуми, оскільки без урахування атмосферного впливу на розповсюдження сигналу (дощ і тому подібне) ці шуми фактично є всіма шумами, що поступають на вхід антени виробники часто приводять у вигляді таблиці для діапазону значень кутів місця. Він може також включати також відносно невелику складову, що вноситься галактичними фоновими шумами. Існує три головних складових спільних шумів антени.
Шумова температура антени, обумовлена фоновим шумом (ТLNA) – чим менше діаметр антени, тим ширше її діаграма спрямованості і більше розкид бічних пелюсток, що уловлюють шуму теплої Землі, і, отже, тим більше фонового шуму збирається антенною. Крім того, при нижчих значення кута місця бічні пелюстки (особливо перший бічний пелюсток) антени з меншими розмірами уловлюватимуть більше фонового шуму, чим пелюстки антени з великими розмірами. Тому при установці для заданого значення кута місця антена з меншим діаметром буде більш шумливим пристроєм. Надходження фонового шуму можна зменшити, правда за рахунок зменшення коефіцієнта посилення антени, шляхом неповного (недостатнього) опромінювання антенного дзеркала. Таким чином, Даний чинник визначає ефективність антени. Значення фонового шуму, прямофокусною антеною, буде великим в порівнянні з тим, що детектується офсетною антеною (за умови різних розмірів). Це пояснюється тим, що голівка опромінювача, встановлена в прямофокусной антені безпосередньо на шляху проходження сигналу, «бачить» при температурі, рівній температурі Землі, і вноситиме додаткові шуми.
Для розрахунку наближеного значення шумів антени в умовах ясного неба можна скористатися виразом (1.23), який враховує кут місця і діаметр антени.
ТLNA = 15 +
+ 
К (1.23)де d – диаметр антени, м;
EL – кут місця антени, градуси.
Складова космічних, або галактичних шумів, є фоновий космічний шум, величина якого визначається в основному рівнем залишкового випромінювання від «великого вибуху». Вона має невелике значення шумової температури (близько 2,7 К). Дана складова відносно не велика в порівнянні з похибкою обчислення складових фонового шуму, і може бути опущена при практичних розрахунках. Складові умов розповсюдження сигналу в атмосфері – два головні впливи умов розповсюдження сигналу на лінії зв'язку вниз. По-перше, атмосферне газоподібне поглинання сигналу водяними парами і киснем, яке в основному відбувається при ясному небі. Величина поглинання залежить від абсолютної вологості або щільності водяної пари, вимірюваної в грамах на квадратний метр, від кута місця антени і використовуваної частоти сигналу. Конкретні значення для будь-якого завдання нахилу проходження сигналу і частоти для різних районів Землі можна легко розрахувати за допомогою відповідного програмного забезпечення.