СВЧ тракт приёма земной станции спутниковой системы связи

Содержание

Введение.................................................................................................................................... 1. Энергетический расчёт радиолинии............................................................................... 1.1. Общие положения.......................................................................................................... 1.2. Энергетический расчёт радиолинии спутник – Земля........................................... 1.2.1. Определение угла места и азимута приёмной антенны земной станции... 1.2.2. Определение мощности радиосигнала на входе приёмного тракта............ 1.2.3. Определение мощности шума на входе приёмника и коэффициента шума приёмника................................................................................................... 1.2.4. Определение реальной и пороговой чувствительности приёмника........... 2. Разработка структурной схемы СВЧ тракта приёмника.......................................... 2.1. Общие положения......................................................................................................... 2.2. Сравнительный анализ структурных схем СВЧ трактов................................... 2.3. Выбор структурной схемы СВЧ тракта приёма..................................................... 2.4. Выбор количества преобразований частоты.......................................................... 2.5. Малошумящий усилитель.......................................................................................... 2.5.1. Транзисторные МШУ.............................................................................................. 3. Разработка функциональной схемы СВЧ тракта........................................................ 3.1. Характеристика элементов приёмного тракта....................................................... 3.2. Определение номиналов промежуточных частот и частот гетеродина............. 3.3. Выбор системы АРУ..................................................................................................... 3.4. Распределение усиления по трактам приёмника................................................... 3.5. Формулировка требований к приёмной системе................................................... 4. Выбор и расчёт СВЧ малошумящего усилителя......................................................... 4.1. Бесструктурные модели транзистора СВЧ.............................................................. 4.2. Системы S- и S'- параметров транзистора................................................................ 4.3. Расчёт маломощных усилителей на транзисторах................................................ 4.3.1. Выбор типа транзистора..................................................................................... 4.3.2. Выбор схемы включения транзистора............................................................ 4.3.3. Выбор режима работы транзистора................................................................. 4.3.4. Расчёт согласующих трансформаторов.................................................................... 4.3.5. Выбор схемы питания.......................................................................................... 4.4. Расчёт транзисторного МШУ........................................................................................ 4.5. Составление топологической схемы усилителя........................................................ 4.5.1. Резисторы............................................................................................................... 4.5.2. Kонденсаторы........................................................................................................ Вывод......................................................................................................................................... Перечень ссылок.....................................................................................................................

3 5 5 5 6 10 10 14 15 15 15 18 20 21 23 26 26 28 30 31 33 35 35 35 38 38 38 39 41 45 46 55 57 58 64 65

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ

"КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ"

ІНСТИТУТ ТЕЛЕКОМУНІКАЦІЙНИХ СИСТЕМ

Кафедра засобів телекомунікацій

Реєстраційний № __________ На правах рукопису

Завідувач кафедри

__________________ ( Ільченко М.Ю.)

(підпис, дата)

АТЕСТАЦІЙНА БАКАЛАВРСЬКА РОБОТА

на тему: НВЧ тракт прийому земної станції супутникової системи зв'язку

з напряму 6.0910 «Електронні апарати»

Виконавець роботи

Авдєєнко Гліб Леонідович

_________________________

(підпис, дата)

Науковий керівник:

кандидат технічних наук, доцент

Могильченко Микола Олександрович

_____________________________

(підпис, дата)

КИЇВ 2003 р.

КАЛЕНДАРНИЙ ПЛАН

Студент __________________________

(підпис)

Керівник бакалаврської роботи ______________________________

(підпис)

Введение

Использование искусственных спутников Земли для связи и телевидения, оперативного и долгосрочного про­гнозирования погоды и гидрометеорологической обстанов­ки, для навигации на морских путях и авиационных трас­сах, для высокоточной геодезии, изучения природных ре­сурсов Земли и контроля среды обитания становится всё более привычным. В ближайшей и в более отдаленной перспективе разностороннее использование космоса и космической техники, в различных областях хозяйства значительно возрастёт.

Для нашей эпохи характерен огромный рост информации во всех сферах деятельности человека. Помимо прогрессирующего развития традиционных средств передачи информации – телефонии, телеграфии, радиовещания, возникла потребность в создании новых её видов – телевидения, обмена данными в автоматических системах управления и ЭВМ, передачи матриц для печа­тания газет.

Глобальный характер различных хозяйственных про­блем и научных исследований, широкая межгосударствен­ная интеграция и кооперация в производстве, торговле, научно-исследовательской деятельности, расширение обме­на в области культуры, привели к значительному росту международных и межконтинентальных связей, включая обмен телеви-зионными программами.

Традиционные средства связи в отношении их ви­дов, объёма, дальности, оперативности и надёжности пе­редачи информации будут непрерывно совершенствовать­ся. Однако дальнейшее развитие их встречает немалые затруднения как технического, так и экономического ха­рактера. Уже теперь ясно, что требования, предъявляе­мые к пропускной способности, качеству, надежности ка­налов дальней связи не могут быть полностью удовле­творены наземными средствами проводной связи и радиосвязи.

Сооружение дальних наземных и подводных кабель­ных линий занимает много времени. Они сложны и доро­гостоящи не только в строительстве, но и в эксплуата­ции, и в отношении дальнейшего развития. Обычные ка­бельные линии имеют к тому же сравнительно малую пропускную способность. Намного большую пропускную способность по сравнению со спутниковыми системами связи обеспечивают волоконно-оптические линии связи, но они более дорогостоящи.

Значительно большей пропускной способностью, даль­ностью действия, возможностью перестройки для различ­ных видов связи располагает радио. Но и радиолинии обладают определёнными недостатками, затрудняющими во многих случаях их применение.

Сверхдлинноволновые системы радиосвязи из-за огра­ниченности диапазона применяются обычно лишь для нужд транспорта, авианавигации и для специальных ви­дов связи.

Длинноволновые радиолинии из-за ограниченной про­пускной способности и сравнительно малого диапазона действия используются главным образом для местной ра­диосвязи и радиовещания.

Коротковолновые радиолинии обладают достаточной дальностью действия и широко применяются во многих видах связи различного назначения.

Новые пути преодоления свойственных дальней радио­связи недостатков открыли запуски искусственных спут­ников Земли (ИСЗ).

Практика подтвердила, что использование ИСЗ для связи, в особенности для дальней международной и меж­континентальной, для телевидения и телеуправления, при передаче больших объемов информации, позволяет устра­нить многие затруднения. Вот почему спутниковые си­стемы связи (ССС) в короткий срок получили небывало быстрое, широкое и разностороннее применение.

1. Энергетический расчёт радиолинии

1.1. Общие положения

Линия спутниковой связи состоит из двух участков: Земля – спутник и спутник – Земля. Основной их особенностью является большая физическая протяжённость и, как следствие этого, возникновение значительных потерь сигнала, обусловленных затуханием его энергии в пространстве. При этом сигнал подвержен влиянию многих дополнительных факторов: поглощения в атмосфере, фарадеевского вращения плоскости поляризации, рефракции, деполяризации и.т.д. На приёмное устройство спутника и земной станции кроме собственных флуктуационных шумов воздействуют разного рода помехи в виде излучения Космоса, Солнца, планет и атмосферных газов. Правильный учёт влияния всех факторов позволяет оптимально спроектировать систему, обеспечить её уверенную работу в наиболее трудных условиях и в то же время исключить излишние энергетические запасы, которые могут привести к неоправданному увеличению сложности земной и бортовой аппаратуры.

1.2. Энергетический расчёт радиолинии спутник-Земля

Исходные данные:

- С-диапазон принимаемых частот;

- ширина полосы частот потока данных: МГц;

- диаметр приёмной антенны земной станции м;

- орбита спутникового ретранслятора: геостационарная;

Необходимо:

а) определить величину мощности сигнала на входе приёмника земной станции;

б) определить коэффициент шума приёмника;

в) определить чувствительность приёмника.

Расчёт радиолинии произведём для спутника «Экспресс-А» №1R, предназначенного для работы в международной спутниковой службе «Интерспутник», находящегося на геостационарной орбите и имеющего следующие основные характеристики:

- точка стояния ИСЗ на геостационарной орбите: в.д;

- диапазон рабочих частот линии «Космос – Земля»:= 3600…4200 МГц (диапа-зон 4 ГГц);

- эквивалентная изотропно излучаемая мощность (ЭИИМ): дБВт;

- полоса пропускания ствола: МГц ;

- поляризация при передаче сигнала : круговая левая.

Координаты земной станции спутниковой системы связи, расположенной в г. Киеве таковы: с.ш, в.д.

1.2.1. Определение угла места и азимута приёмной антенны земной станции

Зная координаты ИСЗ, определим угол места и азимут А. При этом необходимо допустить, что Земля является неидеальным шаром, а возвышение земной станции над уровнем моря нулевое. Тогда угол места и азимут можно вычислить по формуле:

где км – высота орбиты над центром Земли;

км – радиус Земли.

Подставив значения, получим:

.

Определим значение плотности потока мощности ЭМВ, создаваемой у поверхности Земли:

где – ЭИИМ, выраженная в Вт;

Вт

– расстояние между земной станцией и ИСЗ, м.

Расстояние между ЗС и ИСЗ находим используя геометрические соотношения из рис.1.1.

где – радиус Земли, км; км;

– высота орбиты над экватором Земли, км;

Спутник

Гринвичский

меридиан

Рис. 1.1. Геометрические соотношения между геостационарным спутником и ЗС

– дополнительные потери в атмосфере;

,

где – дополнительные потери, выраженные в дБ;

В наиболее общем случае величину дополнительных потерь в реальных условиях можно представить следующим образом:

где – потери в спокойной атмосфере, определяющиеся поглощением энергии ЭМВ в молекулярном кислороде и водяных парах тропосферы. Эти потери увеличиваются с уменьшением угла места, так как при малых углах места радиоволны проходят через большую толщу атмосферы.

Для данного случая при и частоте диапазона ГГц из графиков на рис.1.2:

дБ

– потери в осадках, определяющиеся поглощением энергии радиоволн в дожде, в связи с чем носят статистический характер.

Для европейской части бывшего СССР для наиболее вероятной величины времени выпадения дождей при и ГГц из графиков на рис. 1.3:

дБ