книги / Сверхвысокие частоты. Основы и применения техники СВЧ

б) Пассивные спутники связи

В принципе пассивные спутники, как уже отмечалось, представляют собой отражающие тела. В простейшем случае такой спутник является сферическим баллоном,

спутника, находящегося на высоте 4800 км. В случае применения при модуляции широкополосного преобра­ зования можно перейти от канала связи с общей поло­ сой 4 Мгц к высокочастотной полосе 24 Мгц; при этом можно ожидать понижения уровня шумов примерно на 40 дб. Такая передающая система предполагает исполь­ зование на наземной станции передатчика мощностью 3000 кет. Если же принять частоту передатчика равной 8 Г’гц, то при сохранении той же напряженности поля в

132

точках приема необходимую мощность передатчика можно уменьшить до 188 кет. Здесь предполагается, ко­ нечно, сохранение равной эффективности антенн и пре­ небрежение затуханием волн в атмосфере. Наблюдения по приему сигналов с помощью пассивного спутника связи «Эхо-1» показали, что он только условно может считаться пригодным для многоканальных широкопо­ лосных телефонных или телевизионных передач. Кроме того, что затухание на трассе передачи оказывается значительным, наблюдается еще и искажение сигналов при многоканальной связи; полоса частот к тому же по порядку величины обратно пропорциональна разности времен распространения сигналов, отражающихся от разных участков спутника, которая соответствует диа­ метру баллона.

Вместо одного или нескольких больших спутников можно запустить на траектории с высотой от 3000 до 5000 км над Землей очень большое количество частотноизбирательных вибраторов в виде металлических иго­ лочек (проект «West Ford»). Эта система, распреде­ ленная в космосе по множеству траекторий, представляет собой диффузный отражатель, с помощью которого можно было бы осуществлять радиосвязь между двумя или многими наземными станциями. Но такая система представляет, однако, лишь принципиальный интерес, поскольку ей свойственны недостатки, исключающие воз­ можность практического применения. Из-за довольно хаотического распределения отражателей в космическом пространстве и движения каждого из них с различными скоростями этой системе, даже, при очень узкополосном сигнале, присущи искажения и шумы. Кроме того, ма­ ленькие иголочки отражают не только радиоволны, но и световое излучение, приходящее из космоса; это затра­ гивает уже интересы радиоастрономии и визуальной астрономии.

в) Активные спутники связи

Намного перспективнее пассивных спутников связи активные спутники. Сигнал, посылаемый наземной стан­ цией, воспринимается приемо-передающим устройством спутника, усиливается и излучается повторно. Поскольку неусиленный сигнал проходит только путь от наземной

133

станции до спутника и не должен возвращаться, зату­ хание на трассе распространения здесь много меньше, чем в системе передачи с пассивным спутником.

Достигаемое при передаче с наземной станции на спутник отношение «сигнал/шум» много больше, чем при передаче со спутника на наземную станцию. Эта раз­ ница существует потому, что, с одной стороны, мощность передатчика наземной станции на много порядков боль­ ше достижимой мощности ретраисляторного передат­ чика на спутнике и, с другой стороны, передающая антенна наземной станции много больших размеров и имеет, соответственно, больший выигрыш, чем это мо­ жет быть обеспечено на спутнике. В качестве примера активной системы передачи рассмотрим спутник связи «Телестар» [14], который был запущен на свою орбиту вокруг Земли 10 июля 1962 г. Наиболее удаленная точка

этой траектории — 5600 км, самая близкая — 950 км.

Данные ретранслятора на спутнике

134

С учетом этих данных можно для трассы передачи Земля — Спутник протяженностью 9270 км получить сле­ дующие соотношения.

По формуле (90) вычисляется затухание в свободном пространстве (основное затухание при передаче):

При этом затухание передачи (92) будет равно

LB= L0 + L , - G , - G 3 = 188+ 1 - 6 0 - 0 = 129 дб. (99)

Мощность несущей ВЧ на входе приемника спутника

Мощность шумов приемника на спутнике при ширине ВЧ-полосы 25 Мгц

PR= nkT0B = 20 • 1,38 • 10" 23 ■300 • 25 • 106 «

« 2,05 • 10" 12 вт~ - 8 7 дб. (101)

Отношение ВЧ-мощности сигнала к мощности шума (от­ ношение «сигнал/шум»), являющееся мерой качества передачи, с учетом определенных выше величин равно

Это значение на 9 дб превышает рекомендованный порог 12 дб, ниже которого не должно быть отношение «сиг-

иал/шум» при частотной модуляции.

При расчете соотношений, характеризующих пере­ дачу со спутника на наземную станцию, необходимо учесть, что спутник излучает на частоте, отличной от частоты наземного передатчика; поэтому здесь полу­ чится другое значение затухания в свободном простран­ стве, так же как и другой выигрыш антенны.

Вычисленное по формуле (92) затухание передачи равно

La= L0— G2 + Lz = 184 — 57,5 + 1 = 127,5 дб. (103)

Мощность несущей ВЧ на входе приемника наземной станции составляет

РЕ= Р2 - Lu= 33 -127,5 = - 94,5 дбм. (104)

135

Мощность шумов приемника при ВЧ-полосе 25 Мгц равна

Для отношения «сигнал/шум» при этом имеем значение

передачу. В принципе отношение «сигнал/шум» можно улучшить путем уменьшения размаха качания частоты в приемнике (применением обратной связи по частоте, ОСЧ). Однако этого улучшения легче достигнуть повы­ шением мощности передатчика и выигрыша антенны, а также применением приемников с особо низким уровнем собственных шумов (молекулярный усилитель, напри­ мер).

На. практике, если это выполнимо, стремятся исполь­ зовать одновременно все четыре возможности (повыше­ ние мощности передатчика, увеличение выигрыша антен­ ны, применение по возможности малошумящих прием­ ников, ОСЧ).

На рис. 78 показана конструкция спутника связи «Телестар»; он имеет форму шара, диаметром 86 см и весом 78 кг. Его эллиптическая орбита наклонена к экватору под углом 45°. Перигей орбиты около 930 км, апогей — примерно 5600 км. Приемо-передающие антен­ ны расположены в форме двух колец по экватору спут­ ника. Благодаря кольцеобразному расположению излу­ чателей достигается известная направленность и отсюда следует необходимость стабилизировать положение спут­ ника в пространстве таким образом, чтобы центр Земли Лежал в плоскости, проходящей через экватор спутника. Это достигается тем, что спутнику придается вращение вокруг собственной оси и с помощью телеуправления, связанного с магнитным полем Земли, проводится, в ограниченных пределах, корректировка положения спут­ ника. Используемые для телеуправления антенны можно видеть на рис. 78: это спирали, выступающие из спут-

136

стара», составляет примерно 4000 Мгц. Антенна устрой­ ства телеуправления выполнена в виде кольца. Элиптическая орбита спутника наклонена к экватору под углом 50°. Точка перигея удалена примерно на 1500 км от

Земли, апогей — на 5500 км. Так же как у «Телестара», мощность передатчика спутника «Релей» определяется мощностью солнечных батарей.

г) Наземные станции связи

Блок-схема наземной станции связи со спутниками показана на рис. 80. Применение переходного устройства позволяет и передатчику, и приемнику работать с одной

138

Спутнин

Рис. 80. Блок-схема наземной станции радиосвязи со спутниками.