Odbiór sygnałów satelitarnych w zakresie mikrofal.pdf

P O L I T E C H N I K A W A R S Z A W S K A

Instytut Telekomunikacji

Zakÿad TSO

Michaÿ Rezulski

Ï materiaÿy pomocnicze do Ěwiczenia Ï

WARSZAWA 2006

Rozwj ÿħcznoŰci satelitarnej w drugiej poÿowie ubiegÿego wieku byÿ na tyle intensywny, ƌe do-

prowadziÿ do drastycznej obniƌki cen usÿug dalekosiĶƌnych Űwiadczonych przez Űwiatowe towa-

rzystwa telekomunikacyjne. Na poczħtku lat 90-tych dynamika wzrostu liczby ÿħczy satelitarnych

co prawda mocno osÿabÿa na korzyŰĚ ÿħczy Űwiatÿowodowych, jednak w dalszym ciħgu znaczna

czĶŰĚ ruchu telekomunikacyjnego, zwÿaszcza miĶdzykontynentalnego, kierowana jest drogħ sate-

litarnħ. Zuƌyte satelity telekomunikacyjne sħ regularnie wymieniane na nowe, a iloŰĚ satelitw

bĶdħcych w eksploatacji stale roŰnie.

Oprcz klasycznej ÿħcznoŰci staÿej, radiokomunikacja satelitarna jest obecnie wykorzystywana

takƌe do dwukierunkowej ÿħcznoŰci ruchomej, zarwno morskiej jak teƌ lotniczej i lħdowej. Ist-

niejħ publiczne oraz zamkniĶte systemy ÿħcznoŰci satelitarnej oparte na zasadzie sieci komrko-

wych. Radiokomunikacja satelitarna umoƌliwia rwnieƌ bardzo wygodnħ dystrybucjĶ sygnaÿw

telewizyjnych, nawigacyjnych, telemetrycznych i wielu innych.

W bardzo wielu zastosowaniach radiokomunikacja satelitarna jest w dalszym ciħgu zdecydowanie

najwygodniejszym i najtaśszym systemem przekazu informacji.

NajczĶŰciej wykorzystywanym rodzajem satelity radiokomunikacyjnego jest satelita stacjonarny, to

znaczy taki, ktry obiega ZiemiĶ po orbicie koÿowej, leƌħcej w pÿaszczyƊnie rwnika, o okresie

obiegu rwnym ziemskiej dobie gwiazdowej. Promieś r takiej orbity wynosi:

(1)

gdzie g jest przyspieszeniem ziemskim (~9,807 m/s 2 ),

R jest promieniem rwnikowym Ziemi (~6378 km),

T jest dobħ gwiazdowħ (~23 h 56 m 4 s ).

Po podstawieniu danych otrzymamy:

r Ä 42176 km

W przypadku idealnym wzglĶdny ruch satelity stacjonarnego wzglĶdem Ziemi byÿby zerowy. W

praktyce tak nie jest, poniewaƌ rzeczywiste orbity odbiegajħ od ideaÿu zarwno pod wzglĶdem

okresu jak teƌ ksztaÿtu i nachylenia do pÿaszczyzny rwnika. Perturbacje orbity wywoÿane gÿw-

nie wpÿywem Sÿośca i KsiĶƌyca wymagajħ okresowego korygowania jej parametrw. Realizuje siĶ

to sterujħc zdalnie silnikami korekcyjnymi, co na ogÿ umoƌliwia utrzymanie poÿoƌenia satelity w

granicach °0,1». Zapas paliwa do silnikw korekcyjnych jest obecnie gÿwnym czynnikiem ogra-

niczajħcym okres przydatnoŰci satelity stacjonarnego do ekploatacji.

OdlegÿoŰĚ s satelity S od stacji naziemnej G moƌna w przybliƌeniu obliczyĚ na podstawie uprosz-

czonych zaleƌnoŰci geometrycznych pokazanych na rys. 1. Wynosi ona

(2)

−

cos

OdlegÿoŰĚ s moƌe zmieniaĚ siĶ od ok. 35798 km dla stacji rwnikowej w punkcie podsatelitarnym

do ponad 41 tysiĶcy kilometrw dla stacji w regionach podbiegunowych.

Geometria ÿħcznoŰci z satelitħ stacjonarnym.

S - satelita,

G - stacja naziemna,

h - kierunki horyzontalne w stacji naziemnej,

Ǔ - szerokoŰĚ geograficzna stacji naziemnej,

Ƣǈ - rƌnica dÿugoŰci geograficznych stacji naziemnej i satelity,

ǂ - kħt elewacji anteny w stacji naziemnej,

ƾ - kħt azymutu anteny w stacji naziemnej,

r - promieś orbity,

R - promieś Ziemi.

Kierunek do satelity moƌna dla danej stacji naziemnej okreŰliĚ podajħc kħty elewacji ǂ i azymutu

ƾ. Wynoszħ one odpowiednio:

(3)

arctg

sin

(4)

cos

−

arctg

−

cos

Zamiast rwnaś (3) i (4) do przybliƌonego oszacowania kħta elewacji ǂ i azymutu ƾ satelity o zna-

nym poÿoƌeniu Ƣǈ wzglĶdem stacji naziemnej leƌħcej na szerokoŰci geograficznej Ǔ moƌna uƌyĚ

nomogramu pokazanego na rys. 2.

ZaleƌnoŰĚ kħta elewacji ǂ i azymutu ƾ satelity o znanym poÿoƌeniu Ƣǈ

wzglĶdem stacji naziemnej leƌħcej na szerokoŰci geograficznej Ǔ.

(wg.: Harsany S.C., "Principles of microwave technology", Prentice Hall 1997)

Jak wynika z rwnania (4) widocznoŰĚ danego satelity stacjonarnego z powierzchni Ziemi jest

terytorialnie ograniczona. Z punktw na Ziemi o szerokoŰciach geograficznych przekraczajħcych

okoÿo ± 82 nie widaĚ ƌadnego satelity stacjonarnego ( e < 0). W praktyce stosowanie kħtw

elewacji mniejszych od ok. 5 okazuje siĶ bardzo kÿopotliwe, co jeszcze bardziej poszerza obszary

niedostĶpne dla ÿħcznoŰci z satelitami stacjonarnymi.

Zastosowanie mikrofal jako fal noŰnych w ÿħcznoŰci satelitarnej wynika z dwch podstawowych

zalet tego zakresu fal: stosunkowo duƌej pojemnoŰci modulacyjnej oraz wzglĶdnej ÿatwoŰci

ksztaÿtowania wiħzek promieniowania. Nadajnik mikrofalowy umieszczony w satelicie stacjonar-

nym moƌe, w zaleƌnoŰci od potrzeb, emitowaĚ symetrycznħ wiħzkĶ o rozwartoŰci 17,4 , ktra

obejmuje caÿy widoczny z satelity obszar Ziemi, lub - przy innej konstrukcji anteny - wiħzkĶ

"punktowħ" o rozwartoŰci uÿamka stopnia. Stosuje siĶ rwnieƌ powszechnie niesymetryczne

wiħzki promieniowania, umoƌliwiajħce doŰĚ precyzyjne oŰwietlenie ƌħdanych obszarw zamkniĶ-

tych granicami kontynentw lub nawet poszczeglnych paśstw. Przykÿadem moƌe byĚ, pokazany

na rysunku 3, rozkÿad oŰwietlenia terytorium Stanw Zjednoczonych i Kanady przez satelitĶ Ga-

laxy V nadajħcego w mikrofalowym paŰmie C.

Rozkÿad oŰwietlenia w mikrofalowym paŰmie C terytorium Ameryki Pÿn i

Hawajw przez satelitĶ Galaxy V.

(wg.: Harsany S.C., "Principles of microwave technology", Prentice Hall 1997)

Rozkÿad oŰwietlenia powierzchni Ziemi przez okreŰlony mikrofalowy nadajnik z danego satelity

stacjonarnego opisuje siĶ iloŰciowo podajħc mapĶ powierzchniowej gĶstoŰci mocy PFD lub za-

stĶpczej mocy promieniowania izotropowego EIRP.

Powierzchniowħ gĶstoŰĚ mocy PFD (power flux density) moƌna wyraziĚ wzorem:

(5)

PFD

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: