Материал: 577_Maglitskij_B.N._Kosmicheskie_i_nazemnye_sistemy_radiosvjazi_
В задании на курсовое проектирование заданы высота препятствия и расстояние до него. Поэтому необходимо определить, закрывает ли препятствие нужный угол места. Для этого можно воспользоваться программой SAA. После запуска программы необходимо открыть вкладку «Препятствие» (рисунок 1.6) и ввести высоту препятствия и расстояние до него.
Рис. 1.6. Определение угла поднятия на препятствие
Допустим, высота препятствия равна 29 метров, и расстояние до него равно 50 метров. Тогда “угол поднятия на препятствие” от земли составляет 30,1 градусов. Если угол места больше, чем “угол поднятия на препятствие”, то, в принципе, спутник будет виден даже при установке антенны у земли. В противном случае необходимо поднять антенну на высоту несколько метров над землей.
Ослабление сигнала в гидрометеорах обусловлено рассеянием и поглощением части энергии электромагнитных колебаний. Затухание радиосигналов пропорционально относительному размеру частиц по отношению к длине волны, их концентрации и диэлектрической проницаемости. Частицы пыли и дыма, благодаря их малым относительным размерам и низкой диэлектрической проницаемости, практически никакого влияния на ослабление сигналов в рассматриваемом диапазоне частот не оказывают. Влияние кристаллов льда в виде ледяных облаков, сухого снега и града не ощущается, поскольку диэлектрическая проницаемость льда существенно ниже, чем воды. Влияние водяных облаков и тумана так же мало из-за малого размера и концентрации частиц в этих образованиях (диаметр капель менее 0,2 мм).
31
В наибольшей степени радиосигналы ослабляются крупными частицами мокрого снега и града, однако в большинстве регионов эти природные явления наблюдаются весьма редко, поэтому обычно их влиянием пренебрегают.
Существенное влияние на ослабление сигналов оказывают дожди.
Ослабление уровня сигнала при прохождении радиоволн через зону дождя вызвано рассеянием электромагнитной энергии частицами, при этом каждая частица рассеивает энергию в разных направлениях, вследствие чего энергия, приходящая в точку приема, уменьшается. Кроме того, энергия поглощается в частицах дождя, что вызывает ослабление уровня сигнала.
Интенсивность рассеяния и поглощения зависит от количества частиц в единице объема, отношения размеров этих частиц к длине волны, размеров области, занятой частицами, и их электрических свойств, зависящих от температуры. Количество частиц в единице объема и их размеры характеризуются интенсивностью дождя.
Интенсивность дождя различна в разных географических районах и в разное время года. Карта интенсивности осадков для территории Российской Федерации приведена на рисунке 1.7.
На рисунке 1.8 показаны зависимости погонного ослабления (затухания) сигнала в зоне дождя γд , дБ/км от частоты [5].
Рис. 1.7. Интенсивность осадков на территории Российской Федерации
32
Рис. 1.8. Зависимость погонного ослабления сигнала в зоне дождя в зависимости от частоты
Потери сигнала в дожде рассчитываются по эмпирической формуле:
LД aI bl[дБ], |
(1.14) |
где I - интенсивность выпадения осадков [мм/час];
l - длина пути сигнала в дождевом слое;
a и b - вспомогательные коэффициенты.
Коэффициенты a и b сильно зависят от частоты, влияние других факторов (размера и температуры дождевых капель, поляризации сигнала) проявляется пренебрежительно слабее. Хорошим приближением значений a и b является:
a 4,21 10 5 f 2,49 |
при |
2,9 |
f 54 ГГц, |
(1.15) |
|
b 1,41 f 0,0779 |
при |
8,54 |
f 25 |
ГГц , |
(1.16) |
b 2,63 f 0,272 |
при |
25 f 164 |
ГГц . |
(1.17) |
|
Длина пути сигнала в дождевом слое равна: |
|
||
l |
hД hзс |
[км], |
(1.18) |
|
|||
|
sin |
|
|
где hзс - высота расположения земной станции над уровнем моря;
hД - эффективная высота дождевого слоя;
33
- угол места антенны земной станции.
Эффективная высота дождевого слоя связана с высотой нулевой изотермы hи следующим образом:
hД hи |
|
при I 10 мм/ч, |
(1.19) |
hД hи log10(I |
) |
при I 10 мм/ч. |
(1.20) |
|
10 |
|
|
Наконец, высота нулевой изотермы [км] равна (типичное значение для летнего времени):
h 4,8 |
|
при |
|
|
|
c |
|
10 , |
(1.21) |
||||
|
|
|
|||||||||||
и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
hи 7,8 0,1 |
|
c |
|
при |
|
c |
|
30 , |
(1.22) |
||||
|
|
|
|
||||||||||
где c – широта точки размещения земной станции на земной поверхности.
Интенсивность дождя I имеет статистический характер и во многом определяется местом расположения земной станции. В соответствии со средним уровнем осадков на поверхности Земли выделено 14 разновидностей климатических зон. Из этих 14 зон на территории России лежат зоны A, C, E, F, и К. На рисунке 1.9 представлена карта климатических зон мира.
Рис. 1.9. Карта климатических зон мира
34
Для каждой зоны на основании статистики многолетних метеонаблюдений определено максимальное (с некоторой доверительной вероятностью KД ) значение I , которое и является исходным при расчете потерь сигнала в дожде. В таблице 1.7 приведены исходные значения интенсивности дождя для различных климатических зон.
Таблица 1.7 – Исходные значения интенсивности дождя - I [мм/час] для различных климатических зон
KД |
|
|
|
|
|
Климатическая зона |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
A |
B |
C |
D |
E |
F |
G |
H |
J |
K |
L |
M |
N |
P |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,99 |
- |
1 |
- |
3 |
1 |
2 |
- |
- |
- |
|
2 |
- |
4 |
5 |
12 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,997 |
1 |
2 |
3 |
5 |
3 |
4 |
7 |
4 |
13 |
|
6 |
7 |
11 |
15 |
34 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,999 |
2 |
3 |
5 |
8 |
6 |
8 |
12 |
10 |
20 |
|
12 |
15 |
22 |
35 |
65 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,9997 |
5 |
6 |
9 |
13 |
12 |
15 |
20 |
18 |
28 |
|
23 |
33 |
40 |
65 |
105 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,9999 |
8 |
12 |
15 |
19 |
22 |
28 |
30 |
32 |
35 |
|
42 |
60 |
63 |
95 |
145 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,99997 |
14 |
21 |
26 |
29 |
41 |
54 |
45 |
55 |
45 |
|
70 |
105 |
95 |
140 |
200 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,99999 |
22 |
32 |
42 |
42 |
70 |
78 |
65 |
83 |
65 |
|
100 |
150 |
120 |
180 |
250 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1.5.3 Расчет мощности шумов на входе земной станции
Полная мощность шума на входе приемника земной станции определяется
как
PШ.ЗС kT fШ , |
(1.23) |
где k – постоянная Больцмана, k 1,38 10 23 |
Вт/Гц К; |
fШ – эквивалентная (энергетическая) шумовая полоса приемника, Гц;
T – суммарная эквивалентная шумовая температура приемной станции, приведенная к облучателю антенны, К.
35