Материал: 577_Maglitskij_B.N._Kosmicheskie_i_nazemnye_sistemy_radiosvjazi_

Затухание сигнала в тракте распространения рассчитываются как:

где L0 – затухание сигнала в свободном пространстве; Lдоп - дополнительные потери энергии сигнала.

Значения параметров РЭИИМ, GЗС и aф ЗС определяются техническими параметрами транспондера и земной станции соответственно.

Наклонная дальность зависит от географических координат земной станции и точки стояния спутника-ретранслятора. Для определения наклонной дальности можно использовать соответствующие расчетные соотношения

где ЗС - долгота земной станции;

СП - долгота подспутниковой точки;

ЗС - широта земной станции.

Необходимая информация для расчета рабочей длины может быть определена из технических параметров используемого транспондера.

26

Дополнительные потери определяются как:

где Lн - потери энергии сигнала из-за рефракции и неточности наведения антенны, дБ;

Lп - поляризационные потери энергии сигнала, дБ;

Lатм - потери энергии сигнала в атмосфере Земли, дБ.

Рефракция – это искривление траектории сигнала при прохождении через атмосферу (ионосферу и тропосферу). Величина ионосферной рефракции обратно пропорциональна квадрату частоты и становится пренебрежимо малой при частоте, большей чем 12 ГГц. Тропосферная рефракция не зависит от частоты и составляет десятые доли градуса.

При автоматическом наведении антенн по максимуму приходящего сигнала влияние рефракции практически исключается. Еще одна составляющая потерь — потери из-за неточности наведения антенн земных станций на ИСЗ. Этот вид потерь, строго говоря, носит неподдающийся оценке статистический характер и может примерно на 1 дБ увеличить общие потери. Отметим, что влияние рефракции пренебрежимо мало в диапазонах 14/12 ГГц и выше.

Поляризационные потери можно разделить на три составляющие: потери, связанные с эффектом Фарадея, несогласованностью поляризаций антенн и с деполяризацией сигналов в атмосфере.

С влиянием атмосферы связаны эффект Фарадея и вытекающее из него следствие — фазовая дисперсия сигналов. Как известно, эффект Фарадея обусловлен тем, что при распространении линейно поляризованной волны через атмосферу под действием магнитного поля Земли происходит расщепление этой волны на две составляющие, которые распространяются в ионосфере с различными скоростями. Следовательно, между ними появляется фазовый сдвиг, который приводит к повороту плоскости поляризации суммарной волны. Эффект Фарадея приводит к заметному изменению направления вектора поляризации на частотах ниже 5 ГГц; на частотах выше 10 ГГц с этим явлением можно не считаться. Во избежание этого на частотах ниже 10 ГГц в спутниковых системах используется исключительно круговая поляризация.

Потери, вызванные несогласованностью поляризации, возникают в результате изменения взаимной ориентации антенн ЗС и спутника, что имеет решающее значение при использовании линейной вертикальной или горизонтальной поляризации. Возникающие при этом потери могут доходить до 10 дБ, однако использование круговой поляризации позволяет сделать эту составляющую поляризационных потерь пренебрежимо малой.

Потери из-за деполяризации радиоволн в осадках обусловлены несферичностью формы и особенностью траекторий падения капель дождя, что

27

приводит к различному влиянию осадков на вертикальную и горизонтальную составляющие радиоволн с круговой поляризацией. Эффект деполяризации радиоволн с линейной поляризацией вызывает намного меньшие потери, чем в случае с круговой. Очевидно также, что этот вид потерь носит статистический характер, связанный со статистикой выпадения дождей, в связи с чем такой же характер будут носить и результирующие поляризационные потери.

В целях снижения результирующих поляризационных потерь в полосах частот ниже 10 ГГц используют только круговую поляризацию.

Потери энергии сигнала в атмосфере Земли находятся как:

где LАТМ .С - затухание радиоволн в спокойной атмосфере, дБ;

LД - затухание радиоволн в дожде, дБ.

Затухание радиоволн в невозмущенной атмосфере обусловлено в основном поглощением кислородом и водяным паром тропосферного слоя, а также ионосферой.

На частотах выше 1 ГГц ионосферные потери становятся весьма малыми (менее 0,0025 дБ), и их можно не учитывать.

Полное поглощение атмосферными газами в спокойной атмосфере

где lK ,lB - длина пути радиосигнала в слоях кислорода и водяного пара соответственно, км;

LК ,LB - удельное поглощение кислородом и водяным паром соответственно, дБ/км.

Удельное поглощение кислородом и водяным паром зависит от давления, влажности, температуры и частоты. Для количественного определения составляющих потерь можно воспользоваться рисунком (1.4) [4], на котором приведены зависимости составляющих удельных потерь от частоты для стандартных параметров Т = 290°К, Р = 101 кПа, р = 8 г/м3 атмосферы, из которого следует, что:

LК 0,008дБ /км,LB 0,0004дБ/км.

28

Рис. 1.4. Зависимость погонного ослабления сигнала в атмосфере Земли

Эквивалентная длина пути сигнала в стандартной атмосфере зависит не только от эквивалентной толщины атмосферы, но также от угла места земной антенны и высоты земной станции над уровнем моря hЗ:

эквивалентная толщина слоя кислорода и водяных паров в стандартной атмосфере;

hЗ , км – высота земной станции над уровнем моря.

Примечание: высота земной станции над уровнем моря можно также определить при помощи приложения Google Earth.

Для определения угла места удобно воспользоваться следующим выражением:

При вычислении значения азимута можно воспользоваться следующим выражением:

После вычисления угла места и азимута по предложенным выше формулам, проверьте правильность расчетов. Для этого запустите программу Satellite Antenna Alignment (SAA). Скачать ее последнюю версию, а также посмотреть справку по программе, можно непосредственно на сайте разработчика www.al-soft.com.

Программа для российских пользователей бесплатная, не требует регистрации и не имеет никаких временных ограничений при условии использования ее в некоммерческих целях. Также она поддерживает русский язык.

После установки и запуска SAA введите географические координаты того населенного пункта, который был определен в соответствии с вашим вариантом, на вкладке с названием Углы поворота антенны (рисунок 1.5).

Для удобства, Вы можете на этой же вкладке вписать название населенного пункта. Далее, для сохранения введенных данных, нажмите на расположенную внизу кнопку с надписью "Сохранить".

Рис. 1.5. Окно программы SAA

После введения географических координат земной станции выберите ИСЗ, соответствующий Вашему варианту задания, и определите угол места и азимут.

30