Расчет и обоснование энергетических параметров станций: мощности передатчика, затухания в АФТ, коэффициента усиления антенны, реальной (пороговой) чувствительности приемника или его шумовых параметров, требуемого запаса уровня СВЧ-радиосигнала на интервале является основной целью энергетического проектирования линии связи. Расчет производится на основе решения первого и второго уравнений передачи. При этом отдельные составляющие этих уравнений должны быть предварительно рассчитаны или обоснованно выбраны.
Решение уравнений передачи не может быть однозначным вследствие некоторого разброса значений параметров, входящих в уравнения. Поэтому величина рассчитываемого параметра может оказаться неприемлемой. В этом случае следует внести коррективы в значения тех или иных параметров и решать уравнение заново.
Мощности передатчиков ЗС и СР определяются в соответствии с первым уравнением передачи:
(3.20)
, [дБ],
где – мощности сигналов на входах приемников ЗС (СР)
– эквивалентное затухание на участке вверх (вниз), которые находятся из выражения:
где – затухание волноводных (фидерных) трактов соответствующих передающих и приемных устройств участков;
– эксплуатационный запас мощности передатчика.
Мощности передатчиков земной станции и спутника-ретранслятра:
Третья глава посвящена энергетическому расчету спутниковой линий: наклонной дальности, затухания сигнала, шумовой температуры, коэффициента усиления антенн земной станции и ретранслятора на приём и передачу, мощности передатчиков земной станции и ретранслятора связи на ИСЗ.
Опираясь на эти показатели можно выбрать приемно-передающую аппаратуру, и рассчитать параметры антенны.
4. Расчет приемо-передающей антенны спутниковой связи
4.1 Общий анализ и сравнительная характеристика антенн
В последнее десятилетие в области космической и радиорелейной связи, радиоастрономии и других областях широкое распространение получили двухзеркальные антенны (ДЗА).
Основными достоинствами анесимметричных ДЗА по сравнению с однозеркальными являются:
1. Улучшение электрических характеристик, в частности повышение коэффициента использования поверхности раскрыва антенны, так как наличие второго зеркала облегчает оптимизацию распределения амплитуд по поверхности основного зеркала.
2. Конструктивные удобства, в частности упрощение подводки системы фидерного питания к излучателю.
3. Уменьшение длины волноводных трактов между приемо-передающим устройством и облучателем, например, путем размещения приемного устройства, вблизи вершины основного зеркала.
Вместе с тем ДЗА свойственны следующие недостатки:
1. высокая степень затенения излучающего раскрыва, особенно для антенн с малым электрическим размером раскрыва, то есть характеризуемым сравнительно малым значением D/λ;
2. высокий уровень боковых лепестков по угловым направлениям, примыкающим к направлению главного излучения;
3. значительно более серьезные трудности в конструировании квазичастотно независимых облучателей антенны по сравнению с однозеркальной схемой;
4. большие физические размеры облучателя;
5. высокая стоимость.
Принцип действия ДЗА заключается в преобразовании сферического волнового фронта электромагнитной волны, излучаемой источником, в плоский волновой фронт в раскрыве антенны в результате последовательного переотражения от двух зеркал: вспомогательного и основного с соответствующими профилями.
Одним из наиболее распространенных вариантов исполнения двузеркальной антенны является антенна типа Кассегрена, содержащая параболоидное основное зеркало, облучатель и вспомогательное зеркало (контррефлектор), представляющее собой часть поверхности в виде гиперболоида вращения.
Трансформация волновых фронтов в указанной схеме такова: сферический фронт волны, излученный облучателем, после отражения от конррефлектра трансформируется вновь в сферический расходящийся фронт, виртуальный источник которого расположен на оси системы за гиперболоидным контррефлектором в точке фокуса основного рефлектора, а после второго отражения от параболоида трансформируется в плоский волновой фронт.
Рисунок 4.1 – антенна типа Кассегрена
К основным энергетическим характеристикам антенны относят коэффициент усиления и коэффициент направленного действия.
Коэффициент усиления передатчика:
Для того, чтобы выразить Gпер в разах необходимо использовать известное соотношение:
(4.1)
Коэффициент направленного действия (КНД) определяется как отношение коэффициента усиления к КПД (для двузеркальных антенн КПД примем равным 0,8). При этих значениях, КНД определиться как:
; (4.2)
КНД=18448,854
4.3 Расчет радиуса раскрыва большого зеркала
В предварительных расчетах радиус раскрыва вычисляется без учета площади затенения. Для определения предварительного радиуса раскрыва (R/0) используем следующее соотношение:
(4.3)
где КИП примем равным 0,6;
(4.4)
Выразим из данного соотношения площадь раскрыва и затем определим R/0:
(4.5)
Площадь окружности определяется по формуле:
(4.6)
В результате получим, что предварительный радиус равен:
Теперь мы можем получить диаметр как большого, так и малого зеркал:
(4.7)
При этом диаметр малого зеркала определяется в соответствии с рекомендациями:
В дальнейшем нам необходимо учитывать площадь затенения, иными словами определить площадь малого зеркала, и соответственно вычислить радиус раскрыва с учетом этой площади. Площадь тени можно определить как:
, (4.8)
где
Теперь нам необходимо проверить соотношение R/0 < R0. Анализируя полученные результаты, можно сделать вывод, что условие удовлетворено. Дальнейший расчет основан на выборе угла раскрыва (Ψ0) и угла облучения (φ2):
Ψ0= 1000…1050, примем Ψ0=1030;
φ2= 400…410, примем φ2=410;
4.4 Расчет эксцентриситета малого зеркала гиперболы, фокусных расстояний зеркал и диаметра облучателя
; (4.9)
Для дальнейшего расчета нам необходимо определить фокусное расстояние большого (F) и малого (f) зеркал. Это можно сделать, используя следующее соотношение:
; (4.10)
Из приведенного выше соотношения видно, что Fэ определится как:
; (4.11)
Теперь рассчитаем фокусное расстояние малого зеркала, при этом формула для его определения выглядит следующим образом:
; (4.12)
Разность расстояний от фокусов до произвольной точки на поверхности гиперболоида постоянна, т.е. , где 2а – это расстояние между его вершинами. Расстояние между фокусами гиперболоида . При этом эксцентриситет образующей гиперболы равен .
Рисунок 4.2 – графическое представление расстояний 2С и 2а
Теперь можно отыскать численные значения расстояний 2С и 2а. Для этого используем выражение:
; (4.13)
;
Выполним проверку на условие , условие удовлетворено, следовательно, расстояния найдены, верно.
Необходимо определить диаметр облучателя:
; (4.14)
Таким образом, диаметр облучателя можно определить как:
При этом условие выполняется.
4.5 Расчет питающей линии
В качестве облучателя используется конический рупор, питание таких рупоров осуществляется от круглого волновода или через плавный переход от прямоугольного.
Применим круглый волновод с основной волной . Волновод должен подводить к облучателю только волну и пропускать заданную мощность.
Соотношение радиуса волновода и критической длины волны в волноводе:
Отсюда r, учитывая, что
Нижняя граница работы волновода на основной частоте определим:
=7,7 мм
Таким образом, радиус волновода надлежит выбирать из полученного неравенства:
Выбираем
из-за возможных неоднородностей, качества поверхности внутренних стенок волновода, чистоты заполняющего волновод воздуха большее значение брать не рекомендуется.
Определим максимальную мощность, которая может быть передана через волновод:
В четвертой главе произведена сравнительная характеристика антенн спутниковой связи. Наиболее актуальной для использования в проекте является двухзеркальная антенна по схеме Кассегрена. Произведен методический расчет:
– диаметров большого и малого зеркал:
– радиуса раскрыва;
– фокусных расстояний зеркал и диаметра облучателя;
– волноводной линии.
Следует отметить, что на судне приемно-передающая антенна устанавливается на гиростабилизирующую платформу, которая нейтрализует отклонение направления сигнала при качке, за счет специальной конструкции.
5. Предложения по антенной системе для организации сотовой связи на пароме
Наиболее распространенным вариантом при организации покрытия в небольших помещениях является установка ретранслятора, к которому по коаксиальным кабелям подключаются удаленные антенны, образуя распределенную антенную систему. Для создания нужной топологии сети используются делители мощности и направленные ответвители.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6
