Принцип дії прийомної антени (стр. 4 из 6)

1.6 Відношення сигнал / шум

У системі DVB (стандарт віщання цифрового телебачення) застосовується фазова модуляція, яка по своїх властивостях близька до ЧМ. Тому параметри, які відносяться до аналогових ЧМ сигналам, дійсні і для розрахунків лінії зв'язку цифрових систем за одним виключення винятком м. Точно так, як і відношення S/N служить показником якості що приймається в аналогових ЧМ сигналах, відношення Eb/N0, при якому досягається певна величина BER, є еквівалентом відношення S/N для цифрових систем. Співвідношення між C/N і Eb/N0, виражене в ДБ, визначається наступною формулою:

= + 10 log ( ) + 10 log B, дБ (1.43)

де Eb/N0, - відношення кількості енергії в біті, Дж, до щільності потоку потужності шумів, Вт / Гц.

С/N – відношення що несе сигнал/шум в смузі частот B, дБ.

Характерною межею практичних цифрових систем є наступне: для даного відношення швидкості передачі біта інформації до смуги пропускання каналу існує відношення сигнал/шум (Eb/N0), вище за яке можливий прийом сигналу без помилок і нижче за яке прийом не можливий. На відміну від аналогових сигналів, які поступово погіршуються під впливом шумів, цифрові системи відносно не схильні до впливу шумів аж до того моменту, коли система корекції помилок вже не може діяти ефективно. В результаті відбувається різке погіршення або «крах» системи. Це властивість цифрових систем усуває необхідність градацій якості зображення, що приймається. Якість зображення відносно не постраждає, якщо сумарний погіршений рівень відношення Eb/N0 вище, ніж деякий необхідний рівень, відповідний прийнятній «внутрішній» ймовірності появи помилкових бітів (Р) або певній величині BER. BER – це відношення числа бітів інформації прийнятих помилково до спільного числа бітів, переданих в секунду. Взаємовідношення між P і Eb/N0 залежить від конкретних особливостей вибраного методу цифрової модуляції, тому оператори супутникового зв'язку зазвичай визначають (оговорюють) мінімальний необхідний рівень відношення Eb/N0. Значення, що становлять близько 8 дБ, є типовими для більшості телепрограм DVB.

= + 10 log + 10 log B (1.44)

=11 + 10 log + 10 log 36 · 106 = 11 – 74,39 + 75,56 = 12,17 дБ

Додатково необхідно виміряти, щоб рівень вихідного сигналу LNA складав не менше 78,5 дБмкВ.

- Поглинання сигналу в атмосфері = 0,14 дБ

- Затухання сигналу в осіданнях = 0,9 дБ

- Зростання шумів із-за дощу = 1,13 дБ

- Зниження ефективності лінії зв'язку вниз = 2,04 дБ

- Доступність сигналу і робочі запаси

Коефіцієнт затухання в дощі необхідно прогнозувати із статистичних даних, отриманих в результаті багаторічних спостережень інтенсивності випадання опадів для даного місця прийому сигналу. Зазвичай задовольняються визначенням прийнятної величини відсотка часу, протягом якого рівень сигналу не падає нижче за деяке визначене відношення C/N (або S/N). Наприклад, коли говорять, що прийом сигналу, відповідного за шкалою МККР оцінці «4» (добре), забезпечується для 99,7% середнього року, мають на увазі, що очікувана величина відношення S/N не впаде нижче 42,3 дБ для 99,7% часу (або 99% для як найгіршого місяця). Проте іноді очікується його падіння нижче цього рівня для 0,3% часу під час сильних злив. Чим вище доступність сигналу, закладена при розробці приймальної системи, тим краще буде захист від впливу затухань сигналу в дощі. При цьому необхідний розмір антенного дзеркала також збільшується у міру зростання передбаченого значення доступності сигналу. Затухання в дощі, або більш спеціальний параметр ефективності лінії зв'язку вниз, з'являється головній складовій запасів на загальні втрати для приймальних систем в Ku- або Ka-диапазонах. Для типових систем безпосереднього прийому супутникових сигналів (англ direct - to - home - system – DTH - система додому) коефіцієнт доступності сигналу 99,5% зазвичай визнається прийнятним. Фактично більшість готових фіксованих антенних систем для прийому сигналів із загальнодоступних супутників розробляються з урахуванням цієї цифри. Для систем супутникового ТБ з колективним прийомом (англ SMATV) може потрібно вища величина (99,9%), а для систем кабельного розподілу сигналів ще вище. Врешті - решт виступає в силу закон убування доходів, оскільки доступність 100% неможлива.

1.7 Малошумлячий блок

Малошумлячий блок (LNA - англ low noise amplifier - низький шум посилювача) – це достатньо складний комплект устаткування. Принцип роботи: короткий відрізок хвилеводу продовжується резонансним зондом або антеною, розташованою в фокусі параболоїда. У зонді мікрохвильові сигнали, що приходять, перетворяться в надзвичайно слабкі електричні сигнали, які потім посилюються і конвертуються (перетворюються) вниз за частотою,для більш зручної передачі по коаксіальному кабелю. Загальний коефіцієнт посилення LNA зазвичай знаходится в діапазоні 50-60 дБ. Вся зборка герметично ізольована від проникнення вологи. Якщо волога попадає всередину блоку і викличе корозію, то за цим може послідувати відмова в роботі пристрою. Деякі голівки опромінювачів є єдиним блоком із рупорного опромінювача, поляризатора і LNA|, інші містять окремі компоненти, які необхідно з'єднати разом.

1.8 Принцип дії феритового поляризатора

Дія поляризаційного циркулятора заснована на використанні повороту площини поляризації електромагнітної хвилі в хвилеводі з подовжньо намагніченим феритовим стрижнем. Феритовий поляризатор представлений на рисунку (1.4)

Уздовж осі круглого хвилеводу встановлений феритовий стрижень круглого перетину, що знаходиться під впливом постійного магнітного поляспрямованогов. Таке магнітне поле створюється за допомогою соленоїда, намотаного зовні круглого хвилеводу. Для зменшення постійного магнітного поля, що управляє, застосовуються діелектричні втулки, які надягають на феритовий стрижень і значно збільшують концентрацію поля в області розташування фериту, що призводить до збільшення кута повороту площини поляризації.

Довжина феритового стрижня і напруженість постійного магнітного поля підбираються такими, щоб площина поляризації електромагнітної хвилі при розповсюдженні уздовж стрижня обернулася на кут 45градусів. Напрям повороту залежатиме від напряму постійного магнітного поля.

2. Розрахунок параболічної антени

2.1 Розрахунок параболічної антени

Антена виходить оптимальною, коли рівень опромінювання краю дзеркала на 10 дБ нижчий за рівень його центру (0,316 по напруженості поля). Діаграма спрямованості опромінювача повинна задовольняти співвідношенню

(2.1)

де Ψ0 – кут розкрива параболоїда.

Для приймальної антені діаграма спрямованості розраховуеться виходячи з геометричних співвідношень для передавальної антени відповідних розмірів. Зонд має діаграму спрямованості подібну до невеличкого рупора.

Як відомо, нормований розподіл поля на розкриві дзеркала пов'язаний з діаграмою спрямованості опромінювача і параметрами параболоїда співвідношенням

(2.2)

де f – фокусна відстань, – відстань від фокусу до крапки на поверхні дзеркала.

Діаграму спрямованості невеликого рупора можна розрахувати за допомогою наступних наближених співвідношень

де

(2.3)

Визначення кута розкрива параболоїда з наступного співвідношення із фокусною відстанню за допомогою виразу:

(2.4)

Щоб визначити кут розкрива Ψ0, вибирається в межах виберемо його рівним 0.5, тоді

2.2 Розрахунок параболоїда

Визначення діаметра параболоїда 2Rп і фокусної відстані f. Із наближеної формули для КНД знайдемо радіус параболоїда Rп

(2.6)

Де

- площа розкриву параболоїда.

(2.7)

(2.8)

Отже

Фокусну відстань можна визначити користуючись формулою

Діаметр парабалоида

пов'язаний із заданою довжиною хвилі і необхідним кутом розчину діаграми спрямованості на рівні половинної потужності наближеною залежністю