Файл: Силяков В.А., Красюк В.Н. - Системы авиационной радиосвязи - 2004.pdf

121

(

)

прд

прд

прд

1 1 ф

4

π

W

Р

G

R L k

=

,

(5.7)

где  

P

прд

 – мощность передатчика 

ЗС1

; 

G

прд

 – коэффициент усиления

антенны; 

R

1

 – протяженность участка линии  связи вверх; 

L

1

 – коэффи-

циент, учитывающий потери распространения  электромагнитной энер-
гии  в реальной среде; 

k

ф1

 – коэффициент потерь в антенно-фидерном

тракте.

Плотность потока мощности, отраженной от эффективной отражаю-

щей поверхности (ЭПР) ретранслятора 

σ

, падающей на приемную ан-

тенну 

ЗС2

, равна

(

)

прм

прд

2 2

σ 4π

W

W

R L

=

,

(5.8)

где 

R

2

 и 

L

2

 соответственно протяженность участка линии связи вниз и

коэффициент потерь при распространении электромагнитной энергии в
среде на этом участке. Найдем мощность сигнала на входе приемника

ЗС2

 с эффективной поверхностью приемной антенны 

S

прм

 и коэффици-

ентом потерь в антенно-фидерном тракте 

k

ф2

. Известно, что эффектив-

ная площадь антенны 

S

прм

 связана с коэффициентом усиления антенны

и длиной волны соотношением 

S

прм

 = 

G

прм

λ

2

/4

π

. Мощность шума на

входе приемника с  эффективной полосой 

∆

f

 определяется  выражением

ш

э

P

k T

f

=

∆

,

где  

k

 = 1,32

⋅

10

–23

  Дж/Гц – постоянная Больцмана; 

Т

э

 – эквивалентная

шумовая температура приемной системы с учетом внешних и внутрен-
них шумов. Тогда выражение для отношения сигнал/шум можно пред-
ставить в виде

(

)

( )

( ) ( )

2

прд прд прм

прд

2

2

2

э

1

2

1 2 ф1 ф2

σ λ

,

σ

4

π

P

G

G

q P

kT

f R

R

L L k k

=

∆

.

(5.9)

На рис. 5.6 приведены результаты  расчета зависимости 

(

)

прд

,

σ

q P

от отношения 

Р

прм

 /

∆

f

  при передаче радиосигналов по АКСР с пассив-

ной ретрансляцией. Считалось, что ретранслятор выполнен в виде иде-
ально проводящей сферы с радиусом 

R

сф

, эффективная площадь рас-

сеяния которой изотропна и не зависит от угла облучения. В
высокочастотной области (2

π

R

сф

/

λ

 > 10), называемой оптической об-

122

ластью, ЭПР сферы  определяется  выражением 

σ

 = 

π

  (

R

сф

)

2

, т. е.

равна площади ее проекции. Графики построены в предположении,
что длина волны 

λ 

= 7см, 

T

э

 = 200° К, 

G

прд

 = 1200, 

S

прм

 =4 м

2

, коэф-

фициенты потерь в антенно-фидерных  трактах  приняты равными

k

ф1

 = 1,5 дБ, 

k

ф2

 = 1,5 дБ, коэффициенты, учитывающие затухание

радиоволн в атмосфере, полагались равными 

L

1

 = 2,5 дБ, 

L

2

 =2,5 дБ

[16]. Высота ретранслятора (рис. 5.5) равна 

H

 = 2000 км, протяжен-

ности участков линий 

R

1

 = 2230 км, 

R

2

 = 2230 км. На рис. 5.6 приведе-

ны результаты расчетов для трех сферических ретрансляторов,  имею-
щих диаметры 

D

сф

 = 2

R

сф

, равные соответственно: 200 м (сплошная),

100 м (пунктир) и 50 м. Расчеты выполнены в математическом пакете
MatCAD-2000 и на рисунке использовано обозначение: 

P

прд

 = 

P

прд

/

∆

f

 .

Анализ приведенных на рис. 5.6 результатов показывает, что для

обеспечения требуемых отношений сигнал/шум в системе связи с пас-
сивной ретрансляцией мощность передатчика должна быть очень
большой.

Например, при передаче по каналу связи с пассивной ретрансля-

цией сообщения в полосе 10 кГц  для обеспечения отношения сиг-
нал/шум 

q

 = 100 мощность самолетного передатчика должна состав-

лять более 200 кВт даже в случае, когда в качестве ретранслятора
используется шар диаметром 200 м на высоте 2000 км. Реализовать
подобную потребную мощность на борту ВС в настоящее время не
представляется возможным.

Рис. 5.6

1 10

3

⋅

1

q

(

P

прд

n

, 

200)

1 10

4

⋅

1

q

(

P

прд

n

, 

100)

q

(

P

прд

n

, 

50)

123

5.3.2. АКСР с активной ретрансляцией

При построении систем фиксированной и воздушной авиационной

связи важнейшее требование состоит в полнодоступности сетей, созда-
ваемых на их основе. Этому требованию удовлетворяют ССС.  Полно-
доступной сетью называется сеть связи, с помощью которой возможно
непосредственное установление связи между всеми абонентами сети.
В состав полнодоступной сети входят каналы, связывающие всех або-
нентов друг с другом непосредственно, без транзита через промежуточ-
ные узлы. Для построения полнодоступной сети через ИСЗ для 

N

 або-

нентов требуется лишь 

N

 радиолиний [3, 4, 6]. В сетях  авиационной

связи ССС нашли широкое применение и являются важным элементом
единой государственной системы связи.

Авиационно-космические системы радиосвязи с активной ретранс-

ляцией включают две радиолинии: вверх и вниз. В состав аппаратуры
ИСЗ входят усилители, которые обеспечивают  усиление принимаемых
слабых сигналов от ЗС до высокого уровня, при котором возможен их
прием на других ЗС. Для устранения влияния излучаемых со спутника
сильных сигналов на прием слабых сигналов от ЗС осуществляется раз-
вязка приемных и передающих трактов ИСЗ. Развязка достигается раз-
делением каналов приема и передачи по частоте. Поэтому наряду с уси-
лением принятых сигналов на ИСЗ проводится их преобразование по
частоте. Большой разнос частот излучаемого и принимаемого сигналов
исключает влияние передатчика на работу приемника ретранслятора.
Так, например, в международной ССС  "ИНМАРСАТ" прием сигналов
на борту ИСЗ производится на частотах 1,6 и 6 ГГц, а передача на час-
тотах 4 и 1,5 ГГц. Для достижения высокой развязки приемника и пере-
датчика и устранения взаимных помех необходимо обеспечить линей-
ность амплитудных характеристик усилителей.

Ширина полосы ретранслятора определяет его пропускную способ-

ность.  Для удовлетворения требований линейности и широкополосно-
сти в пределах отводимой для данной ССС полосы частот на борту ИСЗ
формируется не один, а несколько независимых приемопередающих трак-
тов, каждый из которых обеспечивает прием, преобразование по часто-
те и усиление сигналов в определенной части общей полосы частот.
Часть общей полосы частот, выделяемая отдельному приемопередатчи-
ку ретранслятора, называется стволом. В ССС путем поляризационной
и пространственной селекции реализуется принцип многократного ис-

124

пользования полосы частот. Поэтому в пределах ствола может незави-
симо функционировать несколько приемопередающих устройств. В ча-
стности, в пределах полосы частот ствола могут формироваться каналы
с право- и левосторонней круговой поляризацией и каналы, закрепляе-
мые за отдельными остронаправленными лучами антенных систем [16].

Пропускная способность спутниковой линии связи, в которой ис-

пользуется один ствол многоствольного ретранслятора, ограничивается
мощностью передаваемого спутником сигнала по линии вниз, мощнос-
тью сигнала, передаваемого земной станцией по линии вверх,  уровня-
ми шумов, приведенных к входам приемников спутника и земной стан-
ции, и шириной полосы канала связи [16]. Обычно основным
ограничением является  отношение сигнал/шум на линии вниз или ши-
рина полосы канала. В линейном стволе спутникового ретранслятора
излучаемая спутником мощность  

Р

с.п

 делится пропорционально отно-

шению мощности принимаемых от земной станции сигналов  к  сум-
марной мощности принимаемых от ЗС сигналов  и шума.  Структурная
схема спутниковой линии связи [6] приведена на рис. 5.7.

На рис. 5.7 показана передающая  земная станция (

ЗС

1

), земная стан-

ция 

ЗС

2

, осуществляющая прием, а также ствол  спутникового ретранс-

лятора. Здесь обозначено: 

Р

прд

 – мощность передатчика 

ЗС

1

, 

G

прд

 – ко-

ЗС1

ЗС2

L

1

T

э

Н

G

прд

Т

р

ИСЗ

ПРД

ПРМ

P

р

L

2

R

2

R

1

P

прд

G

прм

p

прд

G

p

прм

G

λ

1

λ

2

Рис. 5.7

125

эффициент усиления антенны; 

R

1

 и 

R

2

 – протяженность участков ли-

нии вверх и линии вниз соответственно; 

L

1

 и 

L

2

 – коэффициенты по-

терь при распространении электромагнитной энергии в атмосфере на
линиях вверх и вниз; 

k

ф1

 и 

k

ф2

 коэффициенты потерь в антенно-фидер-

ных трактах станций; 

( )

прм

P

 и 

( )

прд

P

G

 – коэффициенты усиления антенн

приемника и передатчика ретранслятора, 

P

р 

– мощность сигнала, излу-

чаемого ретранслятором; 

λ

1

  и 

λ

2

 – длина волны несущей сигналов  на

линиях вниз и вверх; 

Т

э.р

 и 

Т

э

 – соответственно эквивалентная шумовая

температура приемных систем ретранслятора и 

ЗС2

.

Мощность сигнала 

Р

с.р

 и мощность шума 

Р

ш.р

 на входе ретранслято-

ра  (рис. 5.7) определяются соотношениями

( )

( ) ( )

2

прд прд

прм

c.

р

2

2

1

1

ф1

λ

4

π

Р

P

G

G

P

R

L k

=

,

(5.10)

ш.р

э.р

P

kT

f

=

∆

.

(5.11)

С учетом принятых на рис. 5.7 обозначений мощность сигнала на

входе приемника  земной станции 

ЗС2

 определяется выражением

( )

( ) ( )

2

р

прд

прм

2

с.з

2

2

2

2

ф2

λ

4

π

Р

Р G

G

P

R

L k

=

.

(5.12)

В линейном ретрансляторе с шириной полосы канала 

к

f

∆

 мощность

излучаемых спутником сигналов 

P

р

 зависит от коэффициента усиления

ретранслятора 

(

)

р

р

с.р

э.р

к

K

P

P

k T

f

=

+

∆

 и общей мощности сигналов

P

с.р 

и  шума 

ш.р

э.р

к

P

k

Т

f

=

∆

 на его входе [16].

Мощность шума на  входе приемника земной станции  складывается

из мощности собственных шумов 

ш.з.c

э

Р

kT

f

=

∆

и мощности шумов,

излучаемых ретранслятором, пересчитанной к входу приемника 

ЗС2

.

Мощность шума ретранслятора в полосе 

∆

f

, пересчитанная к входу при-

емника земной станции, определяется выражением