В данной выпускной работе рассматриваются вопросы исследование
Жердегі станция орнының бұрышын есептеу
жүктеу/скачать 2,32 Mb. Pdf көрінісі
|
- Бұл бет үшін навигация:
- 3.4 Сигнал энергиясы басылуын төмен линияларға қатысты қосымша есептеу
3.3 Жердегі станция орнының бұрышын есептеу Орын бұрышын осы формуламен есептейміз [8]:
γ = arctg ( cos∆β ∙ cos ξ − 0.15126 √sin
2 ∆β + cos∆β ∙ sinξ ),
бұл жерде γ – Жердегі станциядан серікке дейін орын бұрышы , град; Δβ - ғарыштық және жердегі станциялардың айырым ұзықтығы, град; ξ – жердегі станцияның ені, град.
γ = arctg ( cos16°, 55′ ∙ cos 43°, 15′ − 0.15126 √sin
2 16°, 55′ + cos16°, 55′ ∙ sin43°, 15′ ) = arctg ( 0.96 ∙ 0.73 − 0.15126 √0.086 + 0.96 ∙ 0.68 ) = = arctg ( 0.55 √74
) = arctg ( 0.55
0.86 ) = arctg(0.64) = 32.6°
Сигнал энергиясын жиынтық жоғалту негізгі формула (3.1) және қосымшадан тұрады:
42
L ∑ = L 0 + L ДОП , (3.7)
бұл жерде L Σ – Сигнал энергиясын жиынтық жоғалту, дБ; L 0
L доп
– Сигналдың қосымша басылуы, дБ. Қосымша жоғалулар келесі құбылыстармен байланысты: атмосфераның газ тәрізді ортада сигнал энергиясын жұтуы; рефракциядан және антенналарды бағыттау дәлсіздігінен болатын жоғалтулар; атмосферадағы фазалық әсерлер; антенналардың поляризация келісілмегендігі салдарынан болатын жоғалтулар; атмосферада радиотолқындардың деполяризациясы. Осылайша, жоғарыда айтылғандарды осы формулада қисынға келтіруге болады:
L ДОП = L
А + L
Д + L
Т + L
Н + L
П , (3.8)
бұл жерде L доп
–сигналдың қосымша басылуы, дБ;
L а –атмосферада сигнал энегриясының жұтылуы, дБ;
L д – ауа-райына байланысты жоғалтулар, дБ; L т –тұманда энергия сигналының жұтылуы, дБ; L н
– рефракция мен антенналарды бағыттаудағы дәлсіздіктен болатын жоғалулар, дБ; L п – антенналарды поляризациялау келісілмегендіктен болатын жоғалтулар, дБ.
3.4.1 Қалыпты атмосферада сигнал деңгейінің әлсіреуінің есептеулері. Спутникты жүйелер үшін бөлінген жиіліктер диапазонында, влияние атмосфераның әсері тропосферада және ионосферада радиотолқындарды жұту арқылы
байқалады, рефракция нәтижесінде радиосәулелер траекториясында қисаюы, форманың өзгеруі және радиотолқындардың поляризациясының тегістің айналуы және жылу шығару атмосфера және шу сіңірулерінде кедергі келтіреді. Бірінші факторды қарастырайық - атмосферада радиотолқындар жұтылуы сандық коэффициентпен L a анықталады. f > 500 МГц болғанда жұтылу тропосферада анықталады, нақтырақ тропосфера газдарымен – оттек және су булары, жаңбыр және басқа да гидрометеорлар:
L А = L′
O2 l 1 + L′ H2O
l 2 , (3.9)
43
мұнда L’
O2 – оттекте ұзына бойғы жұтылу коэффициенті, дБ/км; L’ H2O
– су буларындам ұзына бойғы жұтылу коэффициенті, дБ/км;
l 1 – оттекте сигнал жолының эквивалентті ұзындығы, км; l 2 – су буларының сигнал жолының эквивалентті ұзындығы, км. Стандартты атмосферада сигнал жолының эквивалентті ұзындығы тәуелді және оттекке пен су буларына атмосфераның эквивалентті қалыңдығы (h O2
және h H2O
), сонымен қатар жер станцииясының γ антенна бұрышына және теңіз деңгейінен h З жер станциясының биіктігі есептеледі. l 1 =
O2 − h
З sinγ
, l 2 = h H2O
− h З sinγ , (3.10)
Мұнда γ –ЖС антеннасының бұрышынан, град; h З
қаласы) 1 км; h
O2 ≈ стандартты атмосферада оттек қабатының эквивалентті қалыңдығы [9 бет 155] 5,3 км-ге тең; h
H2О ≈ стандартты атмосферада оттек қабатының эквивалентті қалыңдығы [9 бет 155] 2,1 км-ге тең. Формуланы өзгертіп (3.8) (3.9) формуласына сәйкес:
L А = L ′ O2 (h O2 − h
З ) + L
′ H2O
(h H2O
− h З ) sinγ , (3.11)
(3.9) формулада стандартталған атмосфера ұзына бойғы жұтылу көрсетілген коэффиценттер 3.1 суретте молекулярлы жұтылу коэффициенті оттек үшін О 2
2 О сигнал жиілігіне байланысты.
Оттекте және су буларында ұзына бойғы жұтылу коэффициенті сурет 3.1-де, 11 ГГц жиілігі құрайды:
L’ O2 = 0,007 дБ/км, L’ H2O = 0,006 дБ/км. Алынған мәліметтерге сәйкес формуласы (3.8) бойынша атмосферада сигналдың әлсіреу жүйесі:
L
= 0,007(5,3 − 1) + 0,006(2,1 − 1) sin43° = 0,054 дБ. 44
3.1 сурет – оттек О 2 және су булары Н 2 О молекулярлы жұтылу коэффициентіне тәуелді
3.4.2 Жаңбырмен шақырылған сигнал деңгейін әлсіреу есептеулі. Жаңбырда әлсіреу коэффициентін қатаң сандық бағалау барлық әсер етуші факторлар қиындатады және әдетте орташа эмпирикалық бағалау климаттық зоналарда көптеген тәжірибелік бағылаулардың мәліметтерін есепке алады. Сигнал деңгейінің әлсіреу радиотолқындары өткен кезде жаңбыр зонасынан жиіліктерде электромагнитты энергия бөліктердің шашылуы кезінде әр бөлік әр түрлі бағытта энергияны бөледі, нәтижесінде қабылдауда энергия азаяды. Сонымен қатар сигнал деңгейінің энергия жаңбыр бөліктерінде сіңіріледі. Шашырау интенсивтілігі және жұтылу бірлік көлемде бөлшектер санына байланысты, бұл бөлшектердің көлемі толқын ұзындығында, бөлшектер орналасқан көлем облысы, және олардың температураға тәуелді электрикалық қасиеттері. Бірлік көлемде бөлшектер көлемі жаңбырдың интенсивтілігіне байланысты. Атырау қаласы үшін жаңбыр интенсивтілігі нашар уақыт үшін I д =15 мм/с құрайды. Жаңбырда сигналдың әлсіреуін анықтау үшін ИСЗ – ЗС сызығында, жаңбырда сигнал жолының ұзындығын білуге болады. Жаңбыр биіктігі изотерма биіктігімен 0°С (немесе судың қату деңгейімен) анықталады, одан төмен жаңбырдың мұзды тамшылары сұйық фазаға өтеді. Нөлдік изотерманың орташа биіктігі осы формуламен [8] анықталады:
45
h E = 5.1 − 2.151 ∙ lg (1 + 10 ξ−27° 25 ) (3.12)
мұнда h E –нөлдік изотерманың орташа биіктігі, км; ξ – жер станциясының ені, град. Жаңбыр биіктігінің h Е эмпирикалық коэффициентке көбейтілу арқылы анықталады, оның есептеулері тропикалық зоналарда жаңбыр биіктігі жиі қату деңгейінен төмен болады:
h
= С ∙ h E , (3.13)
мұнда: 6 , 0
кезінде
20 0 , ) 20 ( 02 , 0 6 , 0
кезінде 40 20 , 1 С кезінде
40 . Біздің жаңдайымызда С = 1, сәйкес: h Д = h E . Орта нөлдік изотерманың орташа биіктігі және жаңбыр биіктігі тең:
h
= h Д = 5.1 − 2.151 ∙ lg (1 + 10 43°-27° 25 ) = 3.53 км. Сондай-ақ горизонтальды бағыттағы кеңістіктікте жаңбырдың теңсіздігін де ескеру қажет. Станциядан трассаға дейінгі сигнал жолының ұзындығы жаңбыр биіктігіне дейін осылай анықталады:
??????
Д = h Д − h
З sin γ
, (3.14)
мұнда d Д – трассада ЖС-нан жаңбыр биіктігінен сигнал жолының ұзындығы, км; h
З – теңіз деңгейінен ЖС биіктігі, км; γ – ЖС антеннасының бұрышы, град.;
d Д = 3.53 − 1 sin32.6° = 4.7 км.
Сондай-ақ есептеу үшін трассаның горизонтальды жобалауын білу қажет, оны келесідей анықтауға болад:
46
??????
Г = ??????
Д ∙ ?????????????????? γ, (3.15)
мұнда d Г – трассаның горизонтальды жобасы, км; d Д – трассада ЖС-нан жаңбыр биіктігінен сигнал жолының ұзындығы, км; γ –ЖС антеннасының бұрышы, град.
??????
Г = 4.7 ∙ ?????????????????? 32.6 = 4.7 ∙ 0.842 = 3.96
Сонымен қатар 0,01% уақытқа жаңбырдың теңсіздігін есепке алатын азаю факторы:
?????? 0.01 = 90 90 + 4?????? Г , (3.16)
мұнда r 0,01
– азаю факторы, өлшенбейтін өлшем;
d Г – трассаның горизонтальды жобасы, км;
??????
0.01 = 90 90 + 4 ∙ 3.96 = 0.85
Жаңбырда сигналдың әлсіреу 0,01 % жылдың орташа мағынасының жоғарылығы келесі формуламен анықталады :
L Д = L′
Д ∙ ??????
0.01 ∙ ??????
Д ,
(3.17) мұнда L’
Д – жаңбырда сигналдың ұзына бойғы әлсіреу, дБ/км. Аталған интенсивтілікке I д , ұзына бойғы әлсіреу L’ Д функции жиілік диапазонында 9…30 ГГц деңгейлік тәуелділкпен аппроксимирленуі мүмкін:
L′ Д = θ
Д ∙ I
Д ψ Д , (3.18)
мұнда ψ Д және θ
Д коэффициенттері жиілік функциялары және тең:
ψ
= 1,47 − 0,09√f, (3.19)
θ Д = −10
−3 + 5.1 ∙ 10 −5 f
. (3.20)
Ұзына бойғы әлсіреу орналасуын табу үшін алдымен ψ Д и θ
Д
коэффициенттерін келесі формула бойынша табу керек (3.18) және (3.19):
ψ
= 1,47 − 0,09√11 = 1,17, 47
θ Д = −10 −3 + 5.1 ∙ 10 −5 11 2.45 = 0,017.
Сонда жаңбырда ұзына бойғы әлсіреу L’ Д интенсивтілігі I д =15 мм/с тең болғанда:
L′ Д = 0,017 ∙ 15 1,17 = 0,41 дБ/км. Формула нәтижесінде (3.17) 11 ГГц жиілігінде сигнал әлсіреу тең:
L
= 0,41 ∙ 0,85 ∙ 4,7 = 1,64 дБ.
3.4.3 Бұлт пен тұман әсерінен сигнал деңгейінің әлсіреу есептеулері. Бұлт пен тұман әсерінен сигнал деңгейінің әлсіреуі, қуатты конвекционды бұлттарда да, жаңбырға қарағанда аз, бірақ әлсіреу, ықтималдылығы жоғары. Мысалы, 10…30 ГГц жиіліктерінде бұлттардың таралуы 5…10 % уақытта 0,5…1 дБ және 4…5 дБ аз уақыт пайыздарында(шамамен 0,1 %) сигналдың әлсіреу алып келеді. Тұманда әлсіреу бірлік көлемде сұйық су санына байланысты, яғни г/м 3 өлшенетін ылғалдылыққа M Т тәуелді. Тұманда әлсіреу сонымен қатар салыстырмалы ұзына бойғы әлсіреу k Т , өлшемі дБ·м 3 /г·км.
Солай, тұманда сигналдың көбейткіш әлсіреу келесі түрде ұсынылды:
L Т = ??????
Т ∙ M
Т ∙ r
Т , (3.21)
мұнда r т – тұманда сигналдың таралу жолының ұзындығы, км; k
т – көбейткіш салыстырмалы ұзына бойғы әлсіреу, дБ·м 3 /г·км;
M т – ылғалдылық оптикалық көрініске тәуелді және жоғары болған сайын оптикалық төмен болады (Кесте 1), г/м 3 . Көбейткіш салыстырмалы ұзына бойғы әлсіреу k т 10…20 ГГц диапозонды жиілікте ауа температурасы минус 8-ден минус 20 º С-қа дейін 0,1…0,5 дБ·м 3 /г·км аралығында болады, ал 0-ден 20 º С-қа дейінгі температурада 11 ГГц жиілігінде бұл коэффициент 0,1…0,5 дБ·м 3 /г·км құрайды, яғни температура k Т
Тұманның пайда болу ықтималдылығы тегіс жерде жыл мезгілінің суық уақытта 3…5 % және жылы кезде 0,6…2 %. Жерге жақын тұмандар үлкен аумақты алуы мүмкін, сондықтан осындай тұмандардың горизонтальды өлшемдері бірнеше жүз метрден бірнеше жүздеген километрларға дейін, ал вертикальды 300 м-ден 2,5 км-ге дейін созылып жатуы мүмкін.
Кесте 3.1 – Оптимальды көріністен сулылықтың M T тәуелділігі Ылғалдылық, г/м 3
2 1 0,5 0,2 0,1
0,05 Оптикалық көрініс, м 30 50
80 200
300 400
48
Ең нашар вариант оптикалық көрініс 30 м (қою тұман), ылғалдылық кесте 3.1 онда 2 г/м 3 тең болады. Тұманда сигналдың таралу ұзындығы 0,2 км-ға тең деп қабылдасақ, ал көбейткіш салыстырмалы ұзына бойғы әлсіреу k Т 11 ГГц жиілігінде ауа температурасы минус 8-ден минус 20 º С-қа дейін 0,5 дБ·м 3 /г·км болса формулаға (3.21) сәйкес келесідей болады:
L Т = 0,2 ∙ 2 ∙ 0,5 = 0,2 дБ.
3.4.4 ИСЗ антеннасында дәлсіздік және рефракция кесірінен сигнал деңгейінің әлсіреу есептеулері. Радиотолқындар рефракциясы спутник бағытында шынайы және шынайыға ұқсайтын бұрыштардың пайда болуына әкеледі, нәтижесінде жер станциясы антеннасының және спутниктың бір-бірімен қате жолы нәтижесінде қосымша сигналдың әлсіреу пайда болады. Рефракция әсерінен пайда болған бұрыштық ауытқу градустың бірнеше бөлігін құрайды және антенна бағытын алдын-ала коррекциялауды минимумға келтіреді. Антеннаны автоматты қосылса, сигналдың максимумына рефракция әсер етпейді. Себебі 11 ГГц жиілігінде және одан жоғары рефракция әсері өте аз, сондықтан оны есепке
алмаса да
болады.
антенна дұрыс бағытталмағандықтан қосымша шығындар тууы мүмкін, бірақ ол әдіс пен бағыттау құралының конструкцииясына (механикалық бөлікті қосу) байланысты. Бұл шығын түрінің бағаланбайтын статистикалық сипаты бар және 0,3 дБ жалпы шығынды ұлғайтуы мүмкін:
L Н ≈ 0,3 дБ.
Жауын-шашындарда радиотолқындардың деполярлығы себебінен шығындар формалы болмағандықтан және жаңбыр жаууының траектория ерекшеліктеріне байланысты. Бұл шығын түрі статистикалық сипатта болады, себебі жаңбыр жаууының статистикасына сәйкес. Бұл шығындардың мағынасын есептемеуге де болады. Ақырында, (3.8) өрнегін пайдаланып қосымша жоғалулардың мәнін табамыз:
L
= 0,054 + 1,64 + 0,2 + 0,3 = 2,2 дБ. 3.5 Шу факторларын есептеу Шу факторлары жер серіктік радиожелілерді жобалау кезінде негізгі рөл атқарады. Жер серіктік радиожелілерді есептеу кезінде түрлі көздермен қалыптасатын шудың толық қуатын анықтау маңызды. 49
Қабылдағыштың кірер кезіндегі шудың жиынтық қуатын келесі формуланы пайдаланып анықтауға болады [9]:
P ШΣ = k ∙ ?????? ??????
∙ ∆?????? Ш , (3.23)
бұл жерде k –Больцман тұрақтысы, 1,38 · 10 -23
Вт/Гц·К тең; T Σ
– қабылдау жүйесінің толық эквивалентті шу температурасы, К; Δf ш – қабылдағыштың эквивалентті шу сызығы, Гц. Антеннадан, толқын арнасы жолынан және қабылдағыштан тұратын қабылдау жүйесінің толық эквивалентті шу температурасы: ??????
?????? = Т
А ∙ ??????
В + Т
0 (1 − ?????? В ) + Т
ПР , (3.24)
бұл жерде T Σ
– қабылдау жүйесінің толық эквивалентті шу температурасы, К; Т А
Т 0 – ортаның абсолютті температурасы (290 К); ŋ в –толқын арнасы жолының жіткізу коэффициенті ; Т ПР
– қабылдағыштың ішкі шуымен
шартталған эквивалентті шу температурасы анықталады:
Т
= Т 0 (К Ш − 1),
(3.25)
бұл жерде К ш – қабылдағыш шуының коэффициенті, жабдықтың сипаттамасында берілген.
Т ПР = 290(6 − 1) = 1450° К.
Қабылдау жүйесінің толық эквивалентті шу температурасы осыған тең: ??????
?????? = 145 ∙ 0,8 + 290(1 − 0,8) + 1450 = 1624° К.
Қабылдағыштың эквивалентті шу сызығы келесі формуламен анықталады [9]:
∆?????? Ш = ?????? ∙ ∆?????? 0,7 , (3.26)
бұл жерде ?????? – УПЧ коэффициенті, әдетте тең 1,1…1.2;
f –жиіліктің тиімді сызығы, МГц. Мысалы, ?????? = 1.15 УПЧ бірконтурлық каскадтарға тапсырамыз. Сонда эквивалентті (энергетикалық) қабылдағыштың шу сызығы (3.26) формуласы бойынша осыған тең болады: 50
∆f Ш = 1,15 ∙ 36 = 41,4 МГц,
(3.23) формуласы бойынша қабылдағыштың кірер жеріндегі жиынтық қуаты тең болады:
P ШΣ = 1,38 ∙ 10 −23 ∙ 1624 ∙ 41,4 ∙ 10 6 = 9,3 ∙ 10 −13 . 3.6 ЖЖС қабылдағыштың қуатын есептеу ЖЖС қабылдағыштың қуатын анықтау үшін келесі формуланы пайдаланамыз [9]:
P пер.ИСЗ = L 0 ∙ L
ДОП ∙ P
ШΣ G пер.ИСЗ ∙ G пр.ЗС
∙ η пер.ИСЗ
∙ η пр.ЗС
∙ b ∙ ( P C P Ш ) Σ , (3.27)
бұл жерде L 0 – бос кеңістікте сигнал энергиясының басылуы; L ДОП
– қосымша басылу; P ШΣ – қабылдағыштың кірер жерінде шудың жинтық қуаты; G пер.ИСЗ
–жеткізуші антеннаның күшею коэффициенті; G пр.ЗС – қабылдау антеннасының күшею коэффициенті; η пер.ИСЗ
, η пр.ЗС
– толқын арнасы жолының жеткізу коэффициенті;
b = 1 дБ(1,66) – «төмен сызығы» үшін қор коэффициенті;
( P C P Ш ) Σ – қабылдағыштың шығу жерінде сигналдың шіға қатынасы. ЗС қабылдағышынан 12 дБ ((Р с /Р
) Σ =15,85 тең сигнал-шу қатынасына тоқталамыз. Есептеу қолайлығы үшін децибелмен келтірілген мәндерді анықтаймыз:
G
= 10 G пр.ЗС [дБ] 10 = 10 56 10 = 3,98 ∙ 10 5 раз,
G пер.ИСЗ
= 10 G пер.ИСЗ [дБ] 10 = 10 27 10 = 501,187 раз. Қабылдағыштың қуатын антықтау үшін қалған параметрлер алдағы пункттерде (3.26) формуласына келтіріліп есептеледі:
P пер.ИСЗ = 3,162 ∙ 10 20 ∙ 1,66 ∙ 9,3 ∙ 10 −13 501,187 ∙ 3,98 ∙ 10 5 ∙ 0,8 ∙ 0,9 ∙ 1,3 ∙ 15,85 = 70,03 Вт
51
Осылайша, жер серіктік канал кедергілер жағдайында берік жұмыс істейтін ЖЖС қабылдағыштың қажетті қуаты 70,03 Вт-қа тең.
жүктеу/скачать 2,32 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|