Инженерная записка Токарев
.docxФедеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский университет «Московский институт электронной техники»
Институт микроприборов и систем управления Л.Н. Преснухина
Инженерная записка
Работу выполнили
А.В. Кильчичаков
М.О. Гончаров
М.Д. Токарев
Старший преподаватель
В.И. Орешкин
Оглавление
Техническое задание 3
Литературный обзор 4
Системный расчет и техническое предложение 5
Обзор возможной ЭРИ 8
QPA2966D 8
Patriot 3.1 Meter 8
Список использованной литературы 10
Техническое задание
Спроектировать систему, обеспечивающую связь со спутником при помощи команд (Земля - космос).
Частотный диапазон: S (от 2000 до 4000 МГц)
Полоса канала: согласно ГКРЧ
Выходная мощность: 1 Вт
Усиление передающей антенны: 35 дБ
Модуляция: BPSK
Битовая ошибка: 1,00E-04
Расстояние: 38000 км
Коэффициент шума: 3 дБ
Усиление приёмной антенны: 5 дБ
Потери от приемника до антенны: 1,5 дБ
Потери в фильтре приемника: 2 дБ
Фильтр затем МШУ: да
Запас: 5 дБ
Литературный обзор
Линии спутниковой связи состоят из двух участков: Земля – спутник и спутник – Земля. В энергетическом смысле оба участка оказываются напряженными, первый – из-за стремления к уменьшению мощности передатчиков и упрощению земных станций (в особенности в системах с большим числом малых приемопередающих ЗС, работающих в необслуживаемом режиме), второй – из-за ограничений на массу, габариты и энергопотребление бортового ретранслятора, лимитирующих его мощность.
Основная особенность СЛ – наличие больших потерь сигнала, обусловленных затуханием (ослаблением и рассеянием) его энергии на трассах большой физической протяженности.
Так, при высоте орбиты ИСЗ (Искусственный спутник Земли) 36 тыс. км затухание сигнала на трассе может достигать 200 дБ. Помимо этого основного затухания в пространстве сигнал в линиях спутниковой связи подвержен влиянию большого числа др. факторов (поглощение в атмосфере, фарадеевское вращение плоскости поляризации, рефракция, деполяризация и т.д.).
С другой стороны, на приемное устройство спутника и ЗС кроме собственных флуктуационных шумов воздействуют разного рода помехи в виде излучения Космоса, Солнца и планет. В этих условиях правильный и точный учет влиянии всех факторов позволяет осуществить оптимальное проектирование системы, обеспечить ее уверенную работу и в то же время исключить излишние энергетические запасы, приводящие к неоправданному увеличению сложности земной и бортовой аппаратуры.
В таблице 1 показан анализ канала связи для спутника непосредственного вещания, предложенный Федеральной комиссии по средствам связи (FCС) США корпорацией Satellite Television.
Системный расчет и техническое предложение
Согласно постановлению правительства РФ от 18 сентября 2019 года №1203-47 «об утверждении Таблицы распределения радиочастот…» был выбран диапазон частот 2025-2100 МГц (служба космической эксплуатации земля-космос). Под службой космической эксплуатации понимается служба радиосвязи, предназначенная исключительно для эксплуатации космических
аппаратов, в частности для целей космического слежения,
космической телеметрии и космического телеуправления. Эти функции
обеспечиваются обычно в рамках службы, в которой работает космическая
станция.
Потребуется фильтр, настроенный на центральную частоту и полосой . Фильтр спроектируем самостоятельно. Оценочные потери на фильтре 2 дБ.
Для усиления выходной мощности с передатчика используется зеркальная антенна диаметром 3,1 м, что дает усиление
Теперь мы можем определить эффективную излученную мощность относительно изотропного излучателя как произведение переданной мощности и коэффициента направленного действия передающей антенны :
Затем для нахождения принятой мощности сигнала , если принимающая антенна не является изотропной
Здесь – КНД принимающей антенны. Величина называется потерями в тракте и определяется как
Спектральная плотность отношения принятого сигнала к шуму находится как
где – эффективная шумовая температура приемника
Тогда принятое
Что дает вероятность битовой ошибки для модуляции типа BPSK
Для получения вероятности битовой ошибки требуемое отношение составит
Разность принятого и требуемого дает окончательный энергетический резерв
По результатам системного расчета было выявлено, что мощность передатчика в 1 Вт недостаточно для обеспечения необходимого бюджета канала при заданной битовой ошибке. В связи с чем было принято решение увеличить мощность передатчика до 10 Вт.
В представленном расчете учитывалось расстояние до геостационарной орбиты в 35786 км.
Таблица 1. Характеристики системы
Выходная мощность передатчика, Вт |
10 |
Усиление передающей антенны, дБ (антенна 3,1 м) |
35,2 |
EIRP, дБВт |
45,2 |
Потери в свободном пространстве, дБВт |
191,1 |
Предполагаемые потери вследствие дождя, дбВт |
12 |
Бюджет, дБ |
5,4 |
G/T, дБ/К |
-19,6 |
Битовая ошибка |
2e-12 |
Битовая скорость, кбит/с |
2,4 |
Как видно из представленных данных спроектированная система удовлетворяет заданным техническим требованиям.
Обзор возможной ЭРИ
Модуляторы
Наименование |
Тип модуляции |
RF Частота GHz |
Напряжение, V |
Вносимая потеря, dB |
Амплитудный баланс, dB |
Ток mA |
Размер |
Тип корпуса |
Полное сопротивление Ohms |
BPM-2G18G-180-SFF-MB |
BPSK |
2 до 18 |
-12 to 5 |
5.5 |
+/- 2 |
30 to 70 |
57.15 x 40.64 x 15.24 мм |
Модуль с разъемами |
50 |
BMT0218HC10MD
|
DSB, BPSK |
2 до 18
|
5 |
4 |
±0.5 до 0.75 |
8 to 75 |
1.5 x 1.5 x 0.5
|
Модуль с разъемами |
50 |
BMA0208LW2MD |
DSB, BPSK |
2 до 8
|
5 |
3 |
0.2 до 0.5 |
- |
- |
Модуль с разъемами |
50 |
SBBM-85 |
BPSK, QPSK, PSK, QAM, APSK |
950 до 2150 MHz |
24 до 48 Vdc |
- |
- |
4 A |
4.4 cm (1.75"), Width: 43.2 cm (17"), Depth: 55.8 cm (22") |
Монтаж в стойку |
50 |
Усилитель
Наименование |
Частота GHz |
Усиление dB |
Напряжение питанияV |
Потребляемый ток mA |
Выходная мощность dBm |
QPA1003P |
1 до 8 |
30 |
28 |
650 |
39.7-40.7 |
QPA2966D
|
2 до 20 |
27 |
−1.3 до 0 |
5.0 5.0 6.6 |
44 |
TGA2962 |
2 до 20 |
13 |
22
|
1680 |
40 |
SFDN020180-P40-2 |
2 до 20 |
15 |
1.8 до 28 |
2200 |
40 |
Антенна
Наименование |
Частота GHz |
Вид |
Цена р |
Patriot 3.1 Meter |
3.7-4.2 |
Пораболическая |
62400 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Модулятор BPM-2G18G-180-SFF-MB обеспечивает нам модуляцию BPSK.
Усилитель QPA1003P обладает точкой однодецибельной компрессии 40 dbm.
Антенна Patriot 3.1 Meter обладает устраивающим нам усилением и габаритами
Список использованной литературы
Москва 2022