proiect satelit

7/22/2019 proiect satelit

1/22

Temperatura de zgomot a receptorului

satelitului, a statiei de sol de receptie si

ansamblului


2/22

INTRODUCERE

Este usor de imaginat ca tehnicile de transmisie care vor utiliza echipamentele unuiviitor nu prea indapartat vor oferi o serie de avantaje dintre care mentionam:

Instalare facila;

Reglaj initial minimal;

Eforturi reduse pentru intretinere;

Functionare cu comanda la distanta.

Se apreciaza ca sistemele de transmitere vor folosii in perspectiva doua procedeeintrebuintate cu rezultate bune si in present: multiplexarea prin repartitia in

frecventa si multiplexarea prin repartitia in timp . Desigur ca tehnicile numericevor detine o pondere din ce in ce mai mare in structura retelelor informationale. Inaceasta privinta se are in vedere faptul ca tehnica numericafolosita deja insistemele cu modulatie a impulsurilor in codare numeroase avantaje: calitate mai

buna a transmisiei, absenta zgomotului in timpul conversatiei, fiabilitate crescutasi, adesea, posibilitatea de a dispune de o linie numerica care nu depinde de felulserviciului de asigurat, ci numai de viteza de transmisie.

Factorul care v-a modifica definitive structura echipamentelor de transmisie

este tehnologia circuitelor integrate. Asocierea transmisiei numerice cu circuiteleintegrate constituie adevaratul punct de pornire pentru evolutia telecomunicatiilor.In present se desfasoara studii si experimentari intense in doua domenii considerate

prioritare pentru cresterea eficacitatii procesului informational: folosirea ghiseelorde unda milimetrice si, respective a fibrelor optice.

In primul caz, trebuie mentionat faptul ca in present se utilizeaza ghidul deunda rectangulare pentru alimentarea antenelor cu fscicule hertziene de mare

frecventa.Cercetarile actuale permit sa se considere ca se va putea transmite la mare

distanta cu ajutorul ghidurilor de unda cu sectiune circulara (diametru 5-6 cm),dispozitive care au inlocuit deja ghidurile cu sectiune rectangulara (avand ininterior forma unei elice). In aceste circumstante se produce urmatorul fenomen:pemasura ce frecventa creste, atenuarea undelor electromagnetice se diminueaza.


3/22

Totusi, in practica necesitatea de a transmite o banda larga de frecvente cu atenuareredusa este inca departe de a fi realizata.

Cele mai importante probleme ce se cer solutionate in domeniul realizarii

ghidurilor de unda se refera la constructie si instalare, date fiind extrema exactitatesi corectitudinea executiei necesare pentru producerea unor asemenea dispozitive.

In al doilea caz, se cunoaste ca deceniul VII al secolului nostru au adusprimele progrese ale sistemelor de comunicatie realizate pe baza de fibra optica. Carezultat al activitatii de cercetare au fost inventate fibrele cu pierderi scazute, sursesi detectoare de lumina cu putere mare. Au fost obtinute progrese insemnate si inceea ce priveste scaderea atenuarii fibrelor optice. Daca acest important parametruavea valori de mii de dB in anii 60 el a scazut substantial pana in 1970, ajungand la

aproximativ 20 dB/Km. Pentru

Scurt istoric

n anii 1950-60, oamenii au ncercat s comunice cu ajutorul semnalelorreflectate de ctre baloanele meteorologice metalizate insa, aceste semnaleerau prea slabe ca s fiefolositoare practic. Marina S.U.A a construit, pe

baza reflectrii semnalelor de ctre Lun, unsistem de comunicare intrenav si rm.

Dezvoltarea in acest domeniu a inceput cand a fost lansat primul satelit decomunicaii,n 1962. Diferen ntre un satelit artificial i unul natural este

posibilitatea celui artificial de a amplifica semnalele receptionate inainte dea le retrimite.

Un satelit de comunicaie coninemai multe dispozitive de recepie-transmisie automat(transporder), fiecare ascultand oanumita poriune dinspectru, amplific semnalul i apoi l redifuzeaz pe o alt frecven. Unda

descendent este difuzat, acoperind o parte importanta din suprafaaPmntului sau poate ficoncentrat pe o zon mai mica(sute de km.), modde functionare cunoscut i sub numele deeav ndoit.


4/22

Reprezentarea unui sistem de comunicatii spatiale

Sistemele de comunicaii spaiale, prin satelii, (CS) sunt sisteme

dirijate, lucrnd n domeniile UIF i FIF, formate din staii finale i o

singur staie intermediar.

Reprezentare schematic a unui sistem de comunicaii spaiale.

SIstaii intermediare; SS staii de sol; Tr A, Tr D traiect

ascendent i descendent.

STATIA DE SOL

O statie de sol este alcatuita din doua parti:

Un terminal RF care consta intr-un upconvertor, undownconverter, un amplificatory de mare putere, un amplificatory de

zgomot redus si o antenna.

Un terminal in banda de baza care consta intr-un echipament inbanda de baza, un codor si un decodor, un modulator si undemodulator.


5/22

Terminalul RF si terminalul in banda de baza pot fi amplasate la ooarecare distanta si conectate apoi prin linii IF corespunzatoare. In

acest capitol se vor discuta terminalele RF.

1 Antena statiei de sol.

Antena este un subsistem important al terminalului RF. Ea ofera caleade transmitere a semnalului la emitator si capteaza semnalele de RFmodulate la receptor.

Figura 1. Principiul de functionare al antenei.


6/22

Antenele trebuie sa indeplineasca urmatoarele cerinte:

a. sa aiba un castig directiv cat mai mare; de aceea ea trebuie safocalizeze energia radiata intr-o raza ingusta, Caracteristica de

directivitate trebuie sa aiba lobii laterali foarte mici pentru a minimizainterferenta altor surse radiative .

b. sa aiba temperatura de zgomot mica. Temperatura de zgomot lapartea de receptie a statiei de sol, care este proportionala cutemperatura antnei, trebuie sa fie mica pentru a reduce putereazgomotului. De asemenea, pierderile ohmice ale amntenei, carecontribuie direct la temperatura de zgomot trecuie minimizate.

Aceasta include pierderile ohmice ale ghidului de unda care leagaamplificatorul de zgomot redus la alimentatorul antenei.

c. Sa poata fi usor directionate.

1.1 Antena parabolica

Antena parabolica consta intr-un reflector cu suprasfata formata dintr-o parabola rotita in jurul propriei axe si un alimentator care este plasatin focarul paraboloidului . Alimentatorul este conectat la unamplificatory de putere si la un amplificatory de zgomot redus printr-

un OMT (Orthogonal Mode Transducer) care un triport. IzolareaOMT trebuie sa fie mai buna de 40 dB. La partea de emisie , energiasemnalului de la iesirea amplificatorului de mare putere este radiatacatre punctual focal; ea v-a lumina refelectorul care reflecta sifocalizeaza energia semnalului intr-o raza ingusta . La partea de


7/22

receptie, energia semnalului capturata de reflector converge inpunctual focal si este receptionata de feed-hom, apoi trimisa laintrarea amplifiacatorului de zgomot redus.

Avantaje: aceste tip de antenna este usor de directionat, iar eficientacastigului este de 50 pana la 60%.

Dezavantaj:in cazul satelitilor cu unghi de elevatie mare, radiatia caretrece de marginea reflectorului va ilumina Pamantul, a caruitemperatura de zgomot poate ajunge pana la 2900K; astfel va rezultaun zgomot mare al antenei.

Figura 2. Antena parabolica


8/22

1.2 Antena Casegrain

Antena Casegrain este o antenna cu reflector dual. Ea este alcatuiatadin trei elemente: un reflector principal de forma parabolica, unsubreflector hiperboloid si un feed-hom plasat in punctual focal realal subreflectorului.

La partea de emise, energia semnalului de la iesirea amplificatoruluide mare putere este radiata de catre feed-hom la focarul real. Eailumineaza suprafata convexa a subreflectorului, care reflecta inapoi

energia semnalului ca si cand ar fi incidenta de la feed-hom. Energiaeste din nou reflectata de reflectorul principal pentru a focalizaenergia intr-o raza ingusta. La partea de receptie energia semnaluluicapturata de reflectorul principal este directionata catre focarulacestuia. Subreflectorul reflecta energia semnalului inapoi la focarulreal. Feed-hom-ul receptioneaza energia ce soseste si o dirijeaza catreintrarea amplificatorului de zgomot redus prin OMT.

Antena Cassegrain este mai scumpa decat antenna parabolica.

Avantaje:temperatura de zgomot redusa, acuratete a orientarii,flexibilitatea proiectarii feed-hom-ului. Radiatia ce trece dincolo dereflector va fi directionata catre cer, a carui temperatura este mai micade 300C; deci contributia la temperatura de zgomot a antenei estemica in comparatie cu cea de la antenna parabolica. AntenaCassegrain are o sensibilitate mecanica mai mare, ceea ce duce la o

acuratete mai buna a orientarii.

Pentru minimizarea pierderilor in linii de transmisie ce conecteazaamplificatorul de mare putere si cel de zgomot redus la feed-hom sefoloseste un system de alimentare cu raze (unde focalizate) cu ghid de


9/22

unda. Aceasta consta in patru oglinzi plasata prcis fata desubreflector, feed, axa de elevatie si azimut. Aceasta configuratie deoglinzi se comporta ca o palnie de energie RF intre feed si

subreflector. Oglinzile A, B, C, si D se misca deodata cand platformade azimut se roteste. Oglinda D, plasata pe axa de elevatie se rotestesi cand reflectorul principal este directionat in timpul elevatiei. Astfel,energia de la si catre sistemul de ghifduri de unda a fascicolului estedirectionata prin deschiderea plasata in focarul reflectorului principal.

Figura 3. Antena Cassegrain


10/22

2.1.3 Antena Gregorian

Antena Gregorian: Un alt tip de antenna utilizata la comunicatiile prinsatelit este antenna Gregorian care are structura fizica in figura

Acest tip de antenna se foloseste deseori pentru polarizarea duala,permitandu-se astfel transportul a doua purtatoare in aceeasi banda defrecventa. Astfel are loc o realocare a frecventei si se dubleazacapacitatea de comnuicatie a satelitului.

Figura 4. Antena Gregorian


11/22

Zgomotul termic. Temperatura de zgomot

Zgomotele, semnale perturbatoare aleatoare, sunt prezente in toatesistemele, au surse si manifestari foarte variate. Un tip de zgomot

omniprezent in sistemele electroniceeste zgomotul termic, care apare intotdeauna in conductoarele si

rezistoarele parcurse de curent. Cauzaacestui zgomot o constituie miscarea

haotica a particulelor cu sarcina manifestata in exterior prinfluctuatii,mici variatii aleatoare, ale curentului. Densitatea spectrala de

putere a zgomotului termic (Sn(f))

furnizat de o rezistenta Rn independenta de frecventa si puterea intr-obanda f sunt:

Tensiunea eficace la bornele Rn generatoare de zgomot i independent

de frecven, iputerea de zgomot debitat pe o sarcin RL ntr-o band de interes f=f2f1 sunt:

Generarea zgomotului termic poate fi modelat cu o surs de

t.e.m. cu valoarea eficace Vnef n serie cu o rezisten Rn frzgomotfig. a, sau cu o surs de current cu Inef = Vnef/Rn nparalel cu o conductanfr zgomot Gn = 1/Rn fig. b.

Sursa echivalent de zgomot debiteaz putere (de zgomot)n exterior. Aceastputere este maxim cnd sarcina este o

V n ef = 4kTRnf (V), Pn f = Vn2ef R L = 4k ( Rn R S )Tf (W)V n ef = 4kTRnf (V),

V n ef = 4kTRnf (V),

Pn f = Vn2ef R L = 4k ( Rn R S )Tf (W)


12/22

rezisten egal cu rezistena sursei Rn i senumete puteredisponibila de zgomot:

In sistemele electronice, n afara zgomotului termic exist numeroase

alte tipuri de zgomote,generate de variate surse, cu variate distribuiispectrale, dar care, cel puin ntr-o band de frecvenede interes,genereaz la ieirea sistemului sau circuitului, un zgomot alb sau

aproximabil ca alb. In aceste cazuri, se poate considera c din punct devedere al zgomotului sistemul se comport ca ungenerator (echivalent)de zgomot termic ca cele din fig. 6.5, cu o rezisten intern Rn, cu o

surs det.e.m. de zgomot Vnef sau de curent de zgomot Inef, capabile sfurnizeze o putere disponibil dezgomot Pn0, toate dependente de otemperatur echivalent de zgomot Te:

Evident, Te este n general diferit de temperatura mediului. Deexemplu, temperatura de zgomot a unui amplificator este deordinul 103K iar a unui filtru cu cuar de cteva K.


13/22

Raportul castig/temperatura de zgomot al antenei

Raportul castig/temperatura de zgomot al antenei este o valoare

folosita pentru a indica comportarea antenei statiei de sol si aamplificatorului de zgomot redus in functie de senzitivitatea inreceptionarea purtatoarei downlink (de la satelit).

Parametrul G reperzinta castigul unei antene de receptie si semasoara la intrarea in amplificatorului de zgomot redus. Daca intrefeed-horm-ul unei antene si amplificatorul de intrare avem intercalatun ghid de unda, atunci pierderile introduse de acesta se scad dincastigul de intrare al antenei.

Parametrul T reperezinta temperatura de zgomot a statiei de sol sise masoara tot la intrarea amplificatorului de zgomot redus.

In urma studiilor facute in sistemele de comunicatie, s-a stabilityca toate aceste sisteme sunt afectate de asa numitul zgomot alb, acarui densitate spectrala de putere este N0/2; ea este distribuitauniform intr-o gama larga de frecvente. Acest zgomot este

caracterizat ca un process aleator gaussin cu media 0 si care includezgomotul termic produs de miscarea aleatoare a electronilor inmediilor conducatoare, zgomotul solar si zgomotul cosmic. Zgomotulalb afecteaza semnalul receptionat in mod aditiv; de aceea mai estenumit si zgomot gaussian aditiv alb.


14/22

Desnsitatea spectrala de putere a

Zgomotului alb

Frecventa

Densitatea spectrala de putere a zgomotului alb

Densitatea spectrala de putere a zgomotului alb livratpe o sarcina adaptive de la o sursa de zgomot este:

22

0 sTKN [W/Hz] (14)

Unde : K-constanta lui Boltzman (1,3810-23J/K= -228,6

dBW/kHz)Ts-temperatura de zgomot sursei de zgomot (Kelvin)


15/22

Presupunand ca sursa de zgomot este conectata la intrarea unuifiltru trece banda ideal, cu banda B masurata in Hz, a carui impedanta deintrare este adaptata la impedanta de iesire a sursei de zgomot, la iesire

puterea zgomotului va fi:

N = N0B = KTsB (15)

Fiecare element, activ sau pasiv, produce zgomot propriu si trebuietinut cont de acesta. Fie un diport cu castigul (amplificarea) G si o sursa

de zgomot cu temperatura Ts. Puterea zgomotului de la iesirea diportuluiin banda B va fi:

Pn= KTSBG+Nn (16)

Unde : Nn- puterea zgomotului la iesire produs de sursele interne

de zgomot ale diportului

H(j(1))2

-c +c

2B 2B


16/22

Figura 9 Filtru ideal de impedanta de intrare adaptata la impedanta deiesire a surseiK

Se poate scrie:

BKG

NTBKGN

n

s (17)

sau:

es

TTBKGN (18)

unde::

BKG

NT ne

(19)

T=Te+Tstemperatura de zgomot a sistemului

Un alt mod de a caracteriza zgomotul intern al unui driport este dea da valoarea F a zgomotului , definite cu raportul dintre putereazgomotului la iesirea diportului si raportul real raportata la putereazgomotului la iesire in cazul in care diportul ar fi fara zgomot intern; inacest caz se presupune ca sursele de zgomot de la intrare se afla latemperatura mediului ambient, T0.

Inlocuind Ts = T0 si GKT0B=N cand N0este zero se obtine:

n

en

T

T

BTKG

NBTKGF

1

0

0 (20)

Tatunci:B

Te= (F-1)T0 (21)


17/22

Se considera un system de 2 diporti M1 si M2 conectati incascada, caracterizati de castigurile G1 si G2 si temperaturile dezgomot Te1si Te2.

Figura 10. Sistem de diporti

Puterea totala a zgomotului la iesire va fi:

1

2

121212G

TTTKGGNNN

e

es (22)

iar temperatura echivalenta de zgomot va fi :

1

2

1G

TTT e

ee (23)

Temperatura de zgomot a statiei de sol va fi:KT 5,225

Castigul antenei va fi:

dBG 23,65

G1, Te1 G2, Te2

M1 M2TsN1 N2


18/22

Raportul semnaltemperatur de zgomot

Pentru aprecierea comportrii sistemelor n prezena zgomotelor se

folosete raportul semnalzgomot RSZ = Ps/Pn (ca atare sau n dB).

Avnd n vedere discuia de mai sus, se poate ca, nlocul RSZ, s se foloseasc raportul putere semnal temperatur dezgomot RST = Ps/Te; se va ineseama c se folosete puterea de zgomot diponibil (Pn0), deci Te =

Pn0/kf.In sistemele RR i CS benzile circuitelor selective dinemitoare i

receptoare sunt sunt cam aceleai ntre dou tronsoane ceea ce justificutilizarea temperaturii de zgomot n locul puterii.

Fie un sistem de RR sau CS cu dou tronsoane ca n fig., n caretemperaturile de zgomot i puterile de purttoarerecepionate la ieirilereceptoarelor din C i B (punctele 1 i 2) sunt T1 i PRC respectiv T2 i

PR.

Rapoartele putere de purttoare (recepionat) / temperatur de zgomot

sunt:

Evident, T1 include zgomotele pe tronsonul AC i ale receptorului d

C raportate la intrare iar T2 pe cele de pe tronsonul CB i ale receptorului din raportate la intrare


19/22

Ceea ce intereseaz este raportul dintre puterea recepionat n finalnB (n 2) itemperatura de zgomot echivalent ntregului sistem:

Evident, Tt (Pnt = kfTt) este determinat de puterea de zgomot total

Imprind la PR2 i innd seama c n C i semnalul util esteamplificat tot cu G (ca i zgomotul),adic PR2 = G PR1, rezult:

In sistemele CS se obinuiete a se exprima rapoartelesemnal/temperatur de zgomot n funcie de puterile radiate ictigurile antenelor.Fie sistemul cu 2 tronsoane din fig.. Puterea laintrarea n B, pe tronsonul II,

Pentru staia de pe satelit (C), puterea la intrarea n C isemnal/temperatur de zgomot sunt:


20/22


21/22

Bibliografie

1. Eugeniu Meciu Comunicatii prin satelit. Ed. Cedac Cluj 2000

2. T. Radulescu Telecomunicatii, Ed. Teora 1998

3. E. Sofron, I. Bogdan, P.

Pohoata

Radiocomunicatii speciale, Ed. Militara 1998

4. G. Held Comunicatii de date, Ed. Teora 1998

5. N.Munteanu, S.Barbalau Retele mobile de telecomunicatii, Ed. All

Educational, Bucuresti 1997

6. Constantin Cruceru Tehnica masurarilor in telecomunicatiieditura

Tehnica Bucuresti 1990.

7. Doicaru Elena note de curs.

8. Vladimir Doicaru Transmisii prin fibre opticeeditura Militara

Bucuresti 1994.

9. Petrea Tabarela Tehnologii noi in telecomunicatiieditura Militara

Bucuresti 1989.

10. Traian Jurca Instrumente de masura, structuri si circuite

editura Didactica si Pedagogica Bucuresti 1996.


22/22

proiect satelit

Documents