Принцип дії прийомної антени (стр. 3 из 6)

Друга складова впливу умов розповсюдження – це загасання сигналу в осіданнях. При розповсюдженні сигналу по лінії зв'язку вгору приймач на борту супутника «бачитиме» цілком постійну, але високу шумову температуру, витікаючу від теплої Землі. Її величина складає близько 290К, тому додаткове випромінювання теплової енергії від дощу робитиме незначний вплив. При розповсюдженні сигналу по лінії зв'язку вниз приймач спрямований в небо, що має відносно невисоку шумову температуру. Тому додаткова теплова шумова складова вноситься дощем вже не буде незначної в загальних шумах приймальної системи, особливо якщо приймач LNA є малошумлячим приладом, що працює в Ku- і Ka- діапазоні. Осідання не тільки безпосередньо ослабляють сигнал (дане явище називається завмиранням сигналу в дощі), але і призводять до зростання шумової температури приймальної системи, оскільки температура проміжного середовища наближається до температури Землі. Важливо, щоб вказане зростання шумів приймальної системи було враховане, причому не тільки ослаблення, що викликається завмиранням в дощі. Поєднання цих два складових називається зниженням ефективності лінії зв'язку вниз (DND).

Вплив умов розповсюдження сигналу є значним на частотах вище 8 Ггц. Дощ, сніг, туман, або хмарність ослабляють і розсіюють мікрохвильовий сигнал. Величина ослаблення залежить більше від розміру водних крапель (у кубічних одиницях по відношенню до довжини хвилі), чим від інтенсивності опадів. При сильнішому дощі краплі стають більшими, тому ці чинники зазвичай виявляються зв'язаними. Як правило, температура фізичного середовища при всіх формах випадання опадів приймається рівною 260 К. В умовах хмарності і при ясному небі використовується значення 280 К.

Обчислення загальної температури приймальної системи:

TANT = 15 +

= 15 + = 15 + 33,33 –11,315= 37,015 К (1.24)

TTOT = ТLNA + TANT = 50,721 + 37,015 = 87,736 К (1.25)

Підрахунок смуги частот шумів

NB = 10 log (BW), дБГц (1.26)

BW – смуга пропускання приймача, Гц.

BW = 30 – 0,5 = 29,5 Мгц = 0,0295 · 109 Ггц. (1.27)

NB = 10 log (0,0295 · 109) = 10 · 7,4698 = 74,698 дБ (1.28)

Номінальний коефіцієнт добротності G/T є відношенням повного коефіцієнта посилення антени до загальної шумової температури приймальної системи. Номінальний коефіцієнт добротності G/Tnom – це максимальний коефіцієнт, який можна отримати для заданого значення кута місця. Він містить повний коефіцієнт посилення антени (посилення антени мінус перехідні втрати), що ділиться на фактор шумової температури антени, який отриманий з складових еквівалентної шумової температури приймача (тобто LNA), перехідних шумів вбудованих поляризаторів і компонентів хвилеводу (таких, як роздільник поляризації) і приведеної шумової температури антени в умовах ясного неба. Сюди включені робочі запаси: запаси на втрати антени із-за розузгодження, старіння, зростання шумів антени в умовах дощу для заданого відсотка часу. Це найвища величина відношення G/T, що дає можливість якісного зіставлення різних зовнішніх пристроїв. Чим вище дане відношення, тим краще функціонуватиме приймальна система. По суті G/T – це коефіцієнт, який робить найбільший вплив на остаточну величину відношення G/N на вході приймача. Всі інші відповідні фактори відносно постійні.

= 10 log · , дБ /К (1.29)

Де G – коефіцієнт посилення антени, дБ;

a – перехідні втрати, дБ, що створюються компонентами хвилеводу;

TSYS – шумова температура приймальної системи в умовах ясного неба, виключаючи вплив умов розповсюдження сигналу.

1.4 Загасання в тропосфері

Ослаблення в “чистій” атмосфері і атмосферних утвореннях відбувається в результаті поглинання енергії радіохвиль і їх розсіяння молекулами газів або зваженими частками речовини.

Повні показники ослаблення можна записати у вигляді:

(1.31)

(1.32)

де γа і γд - коефіцієнти ослаблення в “чистій” атмосфері і в атмосферних утвореннях

Показник ослаблення радіохвиль в тропосфері залежить від кута місця, тобто від кута, під яким траєкторія хвилі направлена до горизонту. Оскільки щільність газів зменшується з висотою, то найменша величина буде при розповсюдженні радіохвиль в напрямі, перпендикулярному до поверхні Землі.

Гідрометеори (осідання, туман, хмари і тому подібне), викликають ослаблення електромагнітних хвиль, що мають довжину хвилі 3 - 5см| і коротше.

Залежність коефіцієнта ослаблення в тумані і хмарах для водності, рівній 1 зображена на (рис. 1.1). Під водністю розуміється кількість водяної пари у грамах, що знаходиться в одному кубічному метрі повітря. Водність туману коливається від 0,03 (слабкий туман) до 2,3 (сильний туман).

Результати розрахунків для радіохвиль сантиметрового і міліметрового діапазонів, що розповсюджуються в дощах інтенсивністю від 0.1мм/ч (дуже слабкий дощ, що мрячить) до 100 мм/ч (злива), представлені у вигляді кривих (рис. 1.1). Із збільшенням інтенсивності дощу і зменшенням довжини хвилі коефіцієнт ослаблення зростає.

Користуючись графіками 1.1, 1.2, 1.3, визначимо сумарні показники ослаблення радіохвилі в тропосфері,, для нашого випадку.

rа = 0,12·10=1,2 дБ

за відсутності дощу

r’д=0,1·10+10·10-3=1,03 дБ

при дуже сильному дощі

r’’д=0,1·10+10·0,5=6 дБ

Поглинання радіохвиль в іоносфері обумовлене зіткненнями електронів з нейтральними молекулами і іонами. В результаті енергія радіохвилі зменшується унаслідок часткового її переходу в теплову енергію.

(1.33)

де αu - коефіцієнт поглинання в іоносфері

(1.34)

де εu - відносна діелектрична проникність іонізованого газу;

- провідність іонізованого газу.

(1.35)

(1.36)

де Nе - електронна концентрація іонізованого газу (визначається з графіка 1.1);

эфф - число зіткнень електронів з молекулами або з іонами в одиницю часу (визначається з графіка 1.2)

Користуючись графіками 1.1, 1.2, а також формулами 1.33-1.36 знайдемо коефіцієнт ослаблення в іоносфері.

(1.37)

(1.38)

(1.39)

На даній частоті (12,5 ГГц) ослаблення радіохвиль в іоносфері відсутнє (дуже мало в порівнянні з ослабленням в тропосфері)

ru = 3600 км відстань до супутника (стаціонарна орбіта)

Отже множник ослаблення радіохвиль на трасі Земля |грунт|- Космос можна знайти з формули (1.41)

(1.41)

F0=

Для самого гіршого випадку (сильний дощ)

1.5 Використовуваний коефіцієнт добротності

Необхідним для докладного розрахунку лінії зв'язку параметром G/T є використовуваний (знижений або мінімальний) коефіцієнт добротності G/Tusable. Він враховує подальші втрати при роботі системи із-за помилок наведення антени, впливу поляризації, зростання шумів приймальної системи в умовах опадів для заданого відсотка часу. Даним коефіцієнтом є повний коефіцієнт посилення антени (посилення антени мінус перехідні втрати і мінус втрати при роботі системи), що ділиться на загальну шумову температуру приймальної системи. Таким чином, дане відношення G/T характеризує ефективність системи в процесі роботи, і саме воно використовується при докладному розрахунку лінії зв'язку. Щоб врахувати зростання шумів приймальної системи із-за випадання опадів для певного заданого відсотка часу, до шумової температури приймальної системи TSYS додається додаткова складова шумової температури. Математично це виражається таким чином:

, дБ /K (1.42)

де G – коефіцієнт посилення антени, дБ;

a – перехідні втрати, дБ, що створюються компонентами хвилеводу;

b – втрати із-за помилок поляризації і старіння, дБ;

TSYSrain – приведена загальна шумова температура приймальної системи, яка включає зростання шумової температури в умовах дощу для заданого відсотка часу, K.