Федеральное 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