Указания к выполнению контрольной работы

Изучение дисциплины сопровождается выполнением контрольной работы. Номера вопросов и параметров вводимых данных в задачи определяются последними двумя цифрами номера зачетной книжки (Табл.4). Например, № 873162, согласно табл. 4 определяет вопросы № 12 и 37.

Ход решения задачи следует кратко обосновать. Необходимо делать ссылки на источники, откуда заимствованы расчетные формулы или числовые данные, указывая наименование и страницы. При расчетах нужно пользоваться правилами приближенных вычислений. Получаемые величины округляйте с учетом количества значащих цифр, содержащихся в исходных данных, и нужд практики. Ответы на основные вопросы задания следует выделить. В тексте, в таблицах и на графиках обязательно указывайте единицы измерения и размерности величин.

Пронумеруйте страницы работы и рисунки. Список литературы оформите аналогично списку литературы, имеющемуся в конце настоящего пособия.

Неаккуратное выполнение задания и нарушение правил оформления повлекут за собой возвращение работы для исправления.

Получив проверенную работу, студент обязан исправить ее в соответствии с замечаниями преподавателя. Проверенная и зачтённая работа сохраняется студентом до зачета, так как без предъявления контрольной работы студент к зачету не допускается. В ходе зачёта студент должен объяснить физические процессы, рассматриваемые в контрольной работе, и ход расчета. Разрешается сдача устного зачета по содержанию контрольной работы.

Задача 1. Расчет допустимых энергетических характеристик передатчиков радиорелейных систем (РРС) и спутниковых систем (СС)

Исходные данные Таблица 1.1

Последняя цифра зачетной книжки	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
fррс, ГГц	3,4	4,2	4,5	5,8	7,3	8,2	10,7	11,5	12,5	14
fзс, ГГц	2,7	5,7	6	7	8	8,4	10,7	11,5	12,5	14
A	1,1	1,5	2	3	6	10	15	20	40	60
fсс, ГГц	3,4	10,7	12,5	4,5	11	12,2	7,5	11,5	12,6	4

Исходные данные Таблица. 1.2

Предпоследняя цифра зачетной книжки	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
β^о, град	0	0,3	0.7	1	1,5	2	2,5	3	4	5

с индексами обозначены взимные мешающие излучения передатчиков РРС и СС на приемники соответственно СС и РРС. Использование одинаковых частот приводит необходимости предусматривать ряд ограничений на допустимую мощность сигналов, используемых в передатчиках упомянутых систем, рассмотренных в [1].

Схема образования помех между радиорелейными системами (РРС) и спутниковыми (СС) приведена на рис. 1.1, где буквой П

Рис 1.1

1. Для РРС по рекомендациям международного союза электросвязи (МСЭ) таким ограничением является максимально допустимая мощность передатчика РРС:

≤ 13, f_ррс ≤ 10 ГГц

Р[дБВт] = (1.1)

≤ 10, f_ррс > 10 ГГц

В озьмем для РРС 6 ГГц. Тогда из (1.1) Р[дБВт] = 13 (20 Вт)

и величина эквивалентно изотропно излучаемой мощности (ЭИИМ):

ЭИИМ = РG (1.2)

или

ЭИИМ[дБВт] = 10lg(Р[Вт]G), (1.3)

где G – коэффициент усиления передающей антенны.

Для передатчиков РРС должно выполняться условие:

ЭИИМ[дБВт] ≤ 55.

Задавшись максимально допустимой мощностью передатчика РРС согласно (1.1) и данными Табл. 1.1 найти максимально допустимую площадь раскрыва передающей антенны.

Для этого нужно рассчитать максимально допустимую величину коэффициента усиления передающей антенны:

G[дБ] = ЭИИМ[дБВт] – Р[дБВт] = 55 - 13 = 42 (1.4)

Далее выполнить расчет коэффициента усиления антенны

G = 10^0,1G[дБ] = 10^{0,1 42} = 10 ^4,2 = 15, 8 10³ (1.5)

Площадь раскрыва антенны передатчика РРС при использовании максимально допустимой мощности передатчика

Подставляем в м)

S = Gλ² / 4 π = 15,8 10³ ( 5 10^-2)²/ 4 3,14 (1.6)

где λ – длина волны для частоты РРС f_ррс (Табл 1.1).

2. Для земных передающих станций ограничение мощности определяется углом возвышения антенны β^о к горизонту. Согласно рекомендациям МСЭ предельно допустимая мощность передатчика . Для β^о = 3^о

Р_зс [дБВт] = (40 + 3 β^о), 0⁰ ≤ β^о ≤ 5⁰ . (1.7)

Р_зс [дБВт] = (40 + 3 3) = 49

Рассчитать максимально допустимую мощность передатчика земной станции в кВт (табл. 1.2) для частоты f_зс (табл. 1.1).

Р_зс = 10^{0,1 49} = 7,9 10⁴ Вт = 79 кВт

3. Для бортовых передатчиков СС основным является предельно допустимая величина плотности мощности сигнала в полосе частот 4 кГц (в частности, мощность несущей ), создающей существенные помехи для РРС. Требуется рассчитать предельно допустимую ЭИИМ передатчика спутника в зависимости от вышеупомянутого параметра для спутника, находящегося на геостационарной орбите на расстоянии r = 37000 км.

Мощность передатчика спутника

Р [Вт] = АР_дс, (1.8)

где Р_дс – мощность сигнала в полосе частот 4 кГц,

А≥ 1 – коэффициент, приведенный в табл 1.1 согласно варианту расчета. А=1, если модуляция сигнала отсутствует. Методы подавления несущих в СС рассмотрены в [4].

Максимально допустимая ЭИИМ передатчика спутника

PG = 4πr²p_допА , (1.9)

где p_доп - предельно допустимая величина плотности потока мощности сигнала на Земле, которая для углов β^о ≤ 5⁰ приведена в табл. 1.3

Таблица 1.3

рдоп, дВВт/ м^2, для полос частот fсс, ГГц
3,4……7,55	10,7……11,7	12,5……12,75
–152	–150	–148

Величина ЭИИМ должна быть рассчитана в дБВт. Пусть А = 10. Из (1.9) получим

P G [дБВт] = 10 log (4 π 10) + 20 log (37 10³ 10³) – 152 = 20 (100Вт)

Задача 2. Расчет уровней излучений передатчиков на гармониках и субгармониках

Исходные данные Таблица 2.1

Последняя цифра номера зачетной книжки	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
№ гармоники и субгармоники n	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11

Исходные данные Таблица 2.2

Предпоследняя цифра номера зачетной книжки	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Частота основного излучения, МГц	15	150	1500	20	200	2000	9	90	900	500
Мощность основного излучения, дБмВт	50	60	70	45	55	65	67	47	37	43

Расчет выполняется по материалам [1, с. 68-70].

1. Частоты гармоники и субгармоники в соответствии с вариантом задания согласно табл. 2.1 и табл. 2.2.

2. Уровень средней мощности излучения на гармониках и субгармониках, пользуясь аппроксимирующей функцией:

Р_ги(f_n) = Р_ои(f_от) + V_ги lg n + A _ги, (2.3)

где Р_ги(f_n) – мощность излучения на частоте f_n = n f_от; Р_ои(f_от) – мощность основного излучения (табл. 2.2); V_ги – коэффициент, характеризующий скорость убывания спектра гармоник; A _ги – постоянный коэффициент (табл. 2.3). Возьмем № =4, Ризл = 70дБм, Полоса частот > 300 МГц

Р_ги(f_n) = 70 + -60 log4 – 40 = - 6 дБм

Уровень излучения должен быть пересчитан в мВт. 10^{0,1 Рги(fn) [дБм]} = 10^0,6 = 0,25 мВт

3. П ределы изменения уровней излучений гармоник и субгармоник, определяемые среднеквадратичной величиной отклонения σ (табл 2.3). Для нормального распределения это гарантирует пределы изменения в 84% случаев. Рассчитать пределы изменений уровней излучений гармоник в мВт относительно расчетного.

Таблица 2.3

Полоса частот, МГц	Коэффициенты и σ
	ГИ (fn = nfот)			СИ (fn = fот /n)
	Vги, дБ/дек	А, дБ	σ, дБ	Vги, дБ/дек	А, дБ	σ, дБ
<30	–70	–20	10	20	–80	10
30…..300	–80	–30	15	20	–80	10
>300	– 60	–40	20	20	–80	10

Примечание. ГИ и СИ – излучения соответственно на гармониках и субгармониках

Пределы изменений уровней излучений гармоник в дБм относительно расчетного

Р _ги + σ и Р_ги - σ или Р_ги + 20 и Р_ги - 20 или -6 + 20 и -6 – 20 или 14 и -26.

В мВт получим

10^{0,1 14} и 10^{0,1 -26} или 25 мВт и 0,0025 мВт

Излучения на субгармониках – излучение на частотах f_n = f_от / n. Они характерны для передатчиков, излучение которых формируется из низкочастотных колебаний гетеродинов, например, передатчиков РРС КУРС. Расчет проводиться по формуле (2.3)

Р _ги(f_n) = 70 + -80 log4 – 80 = - 22 дБм В мВт Р_ги = 0,006 мВт

Пределы изменений уровней излучений гармоник в дБм относительно расчетного

Р _ги + σ и Р_ги - σ или Р_ги + 10 и Р_ги - 10 Аналогичный перерасчет дает пределы 0,06мВт и 0,0006мВт

Задача 3. Расчет восприимчивости побочных каналов приема (ПКП).

Исходные данные Таблица 3.1

Последняя цифра номера зачетной книжки	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Частота настройки f, ГГц	7	8	11	13	15	18	23	26	29	38
Шумовая полоса Вш, МГц	2	2	2	8	8	8	8	34	34	34

Исходные данные Таблица 3.2

Предпоследняя цифра номера зачетной книжки	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Преобразование сигнала	fпч =fc –fг					fпч =fг –fс
Промежуточная частота fпч, МГц	70	1000	1200	1300	1600	70	1000	1200	1300	1600

Расчет произвести в следующей последовательности Возмем частота настр fc =8ГГц, fпч = 1000Мгц, Вш =10Мгц

1. Рассчитать реальную чувствительность приемника (применительно к приемнику цифровой РРС):

Р_Ар =kT₀B_шN_шh²_c , (3.2)

где k = 1,38 10^–23 Вт/Гц град - постоянная Больцмана, Т₀ = 293 К, В_ш – шумовая полоса, значене которой приведено в табл. 3.1; N_ш – коэффициент шума приемника (для расчетов h²_c = 26 дБ, N_ш = 3).

Р_Ар = 1,23 10^-23 293 10⁷ 3 400 = 46 10^-12 Вт или 46 10^-9мВт

Пусть fпч = fc - fг

2. Используя материалы [1, с. 80-83 1] или иные по дисциплине радиоприемных устройств, рассчитать частоты ПКП для преобразования помехи:

qf_п + pf_г = f _пч ± В_ш /2, (3.3)

где q, p – любые целые числа положительные и отрицательные,

f_п , f_г – частоты помехи и гетеродина.

Для данной задачи:

q = –p = 1, –1, 2, –2, 3, –3, 4, –4. (3.4)

Из (3.1) при условии (3.2) получаем:

qf_п - qf_г = f _пч ± В_ш /2. (3.5)

Из (3.5) получим частоты ПКП:

f_п = f_г + (f _пч ± В_ш /2)/ q. (3.6)

Привести частоты и рисунок панорамы побочных каналов согласно данным задания в табл. 3.1 и 3.2.

f_пч = f_с – f_г Панорама побочных каналов

В_ш В_ш/2 В_ш/3 В_ш/4 В_ш/4 В_ш/3 В_ш/2 В_ш

f_г-f_пч f_г-1/2 f_пч f_г-1/4f_пч f_г f_г+1/4 f_пч f_г+1/2 f_пч f_г+f_пч

f_г-1/3 f_пч f_г+1/3 f_пч

f_з f_с (f_OR)

3. Рассчитать средние значения восприимчивости для значений частот ПКП, вычисленных в п. 2, при использовании аппроксимации:

W_в = Р₀ (f_OR) + V_в lg(f / f_OR) + A_o , (3.7)

Р₀ (f_OR) = Р_Ар – реальная чувствительность приемника на частоте f_OR, , дБмВт; коэффициент, характеризующий скорость убывания восприимчивости по мере удаления ПКП от частоты настройки f_OR, дБ/дек.

В расчетах А₀ = 80 дБ,

–20, f < f_OR ,

V_в[дБ/дек] = . (3.6)

20, f > f_OR .

(значение восприимчивости ПКП определяется видом нелинейности преобразователя частоты и типом преобразователя частоты, которые не учитываются в данной задаче.) Для зеркального канала А₀ = 6 дБ.

Из fпч = fc - fг получим fг = f с- fпч = 8-1 = 7 ГГц

Ро дБмВт = 10 log (46 10⁹) = - 73 Для частот f = fг + 0,5 fпч = 7 + 0,5 = 7,5 ГГц

и f = fг - 0,5 fпч = 7 - 0,5 = 6,5 ГГц

W_в = Р₀ (f_OR) + V_в lg(f / f_OR) + A_o = -73 – 20 log(6,5/8) = 5 дБм. Они мало меняются, т.к. учитывается только входная цепь и не учитываются нелинейности ПРЧ.