Вейцель В.А. Радиосистемы управления (2005) (1151989), страница 21
Текст из файла (страница 21)
Фиксированное усиление в телесном углу, равном углу видимости у (см. (2,39)), имеют антенны геостационарных СР, предназначенные для свяаи с ниэкоорбитальными ИСЗ. Мощность сигнала Р, удобнее рассчитывать в децибелах, поскольку при этом умножение величин заменяется сложением их значений, выраженных в децибелах. Напомним, что значение величины л, выраженное в децибелах, равно Ь„= 10 )6 х. Ослабление сипшла в свободном пространстве Хэ = 10)6 4хБз, обусловленное рассглпиннем энергии радиоволны, составлнет основные потери в радиолиииях. При связи наземного пункта с ИСЗ. удаленными на 200...50 000 км.
Ха — 117...165 дВ мэ; при связи с КА, находящимися в районе Луны, Х,л = 183 дБ мэ; при связи с КА, находящимися в районе Венеры или Марса, Хл 220...245 дВ. мэ, а при полете за пределы Солнечной системы к авездеАльфа ЦевтавраХл = 345 дБ и". Дополнительные потери в децибелах мощности сигнала в радяолинии, соотнетствунвцие множнтелю Ь в формулах (2.46), (2.50), (2.51) Х =5„„+Кэ „,+К,+5 +Х., +Х., (2.52) где Х ьз,эз и Х.аогэ — потери в передающих и пРиемных антенно-фидерных устройствах; Х и Х.„„,з — потери иа-за неточности наведения передающей и приемной антенн; Х, — потери при распространении сигнала в атмосфере; Х. — полярнзэционные потери.
Потери Х а,~,г определяются козфбнщиентом передачи антенно-Фидерных устройств (АФУ) и зависят от длины, конструк. ции тракта и номинала испольвуемых частот. Для уменьшения Еач, тракты, особенно приемные, стремятся делать как можно короче. Потери Хчм дзя остронаправленных бортовых антенн определяютоэ точностью ориентации КА и обычно не превыпюют 1 дБ. Длн наземных антенн Х.
„существенно зависят от используемого метода наведения антенн. Прн наведении антенн по программе обы пю опшбка наведения не превышает 'для ниэкзюрбнтальных КА 1...2 лБ, а для высокоорбитальных КА — 0,5...1 дБ. Системы автосопровождения смогут обеспечить лучшую точность и позволяют свести потери, связанные с наведением автенн, к десятым долям децибела. Потери при распространении сигнала в атмосфере Земли Хч обусловлены различными аффектами в неиониэированой части атмосферы (тропосфере) и в ее ионяэированвой час(ионосфере). При углах места более 5' существенными для тропосферы могут оказаться." ° поглощение в газах ° поглощение и рассеивание гидрометеорами (каплями вон льда при осадках, в облаках и т.
п.); ° аатухания, вызванные отклонением радиолуча в результе иаменеияя коэффициента преломления, относительно едленные из-за крупномасштабных неоднородностей и быстые (сциитялляцни). 107 Снег н лед, накопившиеся на поверхностях рефлекторов н облучателей, также могут приводить к значнтельным аатухааням рэдноснгнала. Зазнснмость тропссферного н ноносферного ослаблений от частоты иллюстрируют графики, прнведевные на рнс. 2.17. Затуханне радноволн э дожде н тумане качественно можно оценнвать по графикам рнс. 2.18, где показано ослабление на 1 км пути энергии радноволн, связанное с дождямн нвтенсквностью 16 мм/ч (крякая а)„4 мм/ч (крнэая 5), 1 мм/ч (крпвэя с) н 0,25 мм/ч (крн ая д) н туманами с пдотностямн 2,3 г/мз (крнзая е), 0,32 г/мз (крнвая /) н 0,032 г/мз (крнззя 3).
Ослабление сигнала в снеге менее снльное. Длина пути радноснгнала з осадках аавнснт от размеров зоны осадков н от угла места О н может достягать 30 км прн милых О. В снльных дождях даже в средней полосе России иногда наблюдаются кратковременные аатухаэня сигнала 12...15 дВ на частоте 12 ГГц н 25...30 дВ на частоте 18 ГГц. Тропосферные сцпнтнлляцнн заметны на частотах выше 10 ГГц н зависят от состояния атмосферы, сезона н времени суток.
На частоте 18 ГГц сцнвтнлляцнонные колебания энной не превьппзют десятых долей децибела, а во второй псловнне летнего дня могут быть з пределах +1,5 дВ. Налвчне осадков является случайным событнем. Поэтому в раднолнннях управления, работающих в нижней части савтнметрового н в миллиметровом днапазоне волн, несбходвмо иметь некоторый энергетнческкй запас, компенсирующий с достаточно высокой вероятностью вовможные эатухання рэдносвгнала. Подробные рекомендации по расчету потерь радиосигнала в земной тропосфере содержатся в рекомендациях МСЭ (6). Потери А,, возннкюот нз ю того, что полярнзацнн прнходящей волны н приемной антенны не совпадают. Значение потерь рассчитывается по формулам Ь вЂ” -10)3 ь 1 4еиез (1 — е()(1 — ез) Ы'" и'+ е'а:лиги/и где и — угол между большими осями зллнпсов поляризации приемной антенны н прнходящей волны (рнс.
2.19); е н е— коэффнцненты эллнптнчностн (отношенне малой осн зллнпса к большой) соответствующнх эллнпсов полярнззцнн; анак е зависит от направления полярныщнн1 правая полярнзацня счктаегся положительной, левая — отрицательной. Ь, дн/кк 10 0,1 а) 0.01 Я-1О" Ы' З10 /,МГд Ркс. 2.18. Ослабление рэдвозоля в довсде к тумане Рне. 2.19. Поларпзэахоппые эллипсы прнемной автзввы (а) н првходящей волны (0) Иа формулы (2.53), в частности.
следует, что прн пркеме на антенну с линейной поляризацией волны с круговой полярнзацней теряется половина мощности (прн е 0 н е = 1 полу- 2 чаем ~„~.= 1/2 н 5 3 дВ). Если же. например, антенна рассчнтана на горнвонталъную полярнэацнто, а приходящая волна имеет вертнкзльную, то сигнал вообще не будет прннят, (для е1 = ез -- О н а =- 90' нмеем Ь = О).
Такой же реаультат будет прн приеме на антенну с правой полярнзацней волны с левой поляризацией (прн е, = 1 н ее= -1 получаем Г = 0». и Вращение плоскости пслярнээцнн, а следовательно, н угла а в космических раднолнннях в основном определяется двнженнем КА, в результате которшо изменяется взаимная орнентацня бортовых н наземных антенн.
Зто особенно заметно прн работе с неорнентнрованнымн КА. В атом случае лучше всего испольэовать и на борту. н на Земле знтенвы с круговой (естественно, одннаково направленной) полярнвацней. Прн рассмотрении полярнзацновных потерь следует также учнтывать вращение плоскостн поляризации волны прн прохождении через ионосФеру.
Зго явление нааываеитя эффектом Фарадея. На частотах выше 2 1Тц влнявне эффекта Фарадея незвачнгельно. В некоторых случаях нужно учитывать н другие потери. не входящие в формулу (2.52). Например, дополннтельные потеря вносят раднопрозрачные обтекателн, которые иногда прнменяются для ззщнты антенн КИС от ветров н осадков. Размер этих потерь зависит се матернэла, нз которого сделен обтекатель, н метеорологических условий.
Для компенсации потерь в радиолинии и обескечения заданного уровня мощности Р, нужно увеличить мощность передатчяка и коэффициент усиления антенн. Теоретических ограничений выходной мощности наземных передающих устройств. вообще говоря, ие существует, так как иалучеяие любой мощности может быть получено параллельным включением ряда передатчиков.
Практически же верхний предел мощности наземяого передатчика определяется мощностями имеющихся в данном диапазоне частот алектровакуумиых приборов, электрической прочностью АгрУ и экономическими факторами. Верхний предел мощности бортовых передатчиков определяется главным образам допустимой массой аппаратуры и мощностью бортовых источников питавия и оказывается на три-четыре порядка меньше, чем для наземных передатчиков. В реаультате значение Р, в радиолинии Земля— КА е 10з... 10Р раз больше, чеи в радиалинии КА — Земля. Мощность РФ и спектральная плотность шума ОФ, приведевиые ко входу приемника с зкзивалевчпой шумгвюй полосой Лгм связаны соотношением Р =О Лг,=)гТ Лг"„ (2.34) где 3 = 1,38 10 гз Вт/(К Гп) — постоякиаа Больцмака, "Т суммарная температура шума в градусах абсолютной шкалы (по Кельвину).
Уровень шумов на входе приемного устройства складывается из собстеениых шумов приемника, характеризуемых шумовой температурой Т шумов актенио-фидериого тракта, определяемых шумовой температурой Т А „„. и внешних шумов Т „, ггрииятых аитениой. К внешним шумам относятся космические шумы, шумы земного покрова и индустриальные помехи. Таким образом, (2.бб) Значение Т главным образом зависит от входного устройства. В наземных станциях КИС широко примеиякпся параметрические усилители с Т,„= 23...30 К.
Самую низкую температуру шума до 4 К имеют молекулярные усилители, охлаящаемые жидкии гелием. В бортовых приемниках, как правило, не стремятся к получению оченыгизких Т,„. Зта связано с нежеланием усложнять аппаратуру и увеличивать ее массу и габариты, а также с ощутимым аначеиием шумов Земли, принимаемых бортовыми антеннами.
Значение Т „, .„, обусловлеииое потерями в антеико-фидериом тракте, связано с коэффициентом передачи тракта г", со- АФУ отношением иц АФу (1 УАФу) р* (2.36) Яркостизл температура основных источников естественных ралиошумов на различных частотах приведена на рис. 2.20. Антенны наземных пунктов по главному и боковым лепесткаи принимают из верхней полусферы космические шумы и шумы атмосферы, а также шумы.
создаваемые рвдиощюзрачными укрытиями. если последвие применяются для защиты антеви. Космические шумы состоят ив распределенного фонового иалучевия и ивзучения дискретных источников, среди г„к которых наиболее мощным является Солнце. Шумы атиосфегор ры появляются в результате алектростатических раарядов и го' поглощевия, а также последуюпГега иалученин энергии молекулами кислорода и водяиого го' 1 .При у аЕ го иитеисиввость шумов атмосфе- ш го' га' ш' б мга ры максимальна.
Ока уменьшается примерно яа порядок кри узеличеиии 9 от куля до 10' и от 10 до 90'. Иа нижней полусфз- Ряс. Ф З). Чартатяая жвкряиасть яраартной температуры внешних шукав где Тр — температура фидера, равная при нормальных условиях 290 К. Для получения малой Т А у нужно иметь возможно более корапсий фидер, соединяющий аитеииу с приемником, поатому входные усилители размещают непосредственно у облучателя. Так, при использовании двухаеркалъвых антенн получают Т у = 3,3...7 К, что соответствует (Аау = 0,985...0,97.
Чтобы определить температуру принятых антенной внешвих шумов Т, нужно акать диаграмму направленности антенны Р(9, гу) и яркостную температуру окружающвх антенну источников радиоизлучения Т„(0. Т). Антенна принимает радиоизлучения ие только главным, ио и боковыми и всякими лепестками, т. е. со всех направлений. Поэтому В ее: Т = — ') ') Т„(0, гу) Р (9, гу)г(бг(гу. (2.37) яра ПО ры по боковым и вадиии лепесткам диаграммы антенны наземных пунктов принимают шумы земного покрова. Хорошие антенны имеют малый уровень атвх лепестков, а псзтому для них влияние шумов аемного покрова на Т обычно невелико.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
