Расчет энергетического потенциала

Энергетическим потенциалом радиолинии называется отношение средней мощности сигнала к спектральной плотности шума, пересчитанное ко входу приемника.

В задании курсового проектирования задана линия с расстоянием между приемником и передатчиком 200 км. Зададимся, что это линия Земля - управляемый объект. Линия связи подобного типа предназначена для передачи различных команд с пункта управления на борт беспилотного летательного аппарата. Достоверность приема таких команд должна быть весьма высокой, а допустимая вероятность ошибки принятой команды составляет 10^-5-10^-6 и менее.

Данные, необходимые для расчета:

Расстояние между приемником и излучателем r = 200 км.

Длина волны l = 3 см.

Частота f = C / l = 10 ГГц

Наземная передающая антенна параболического типа диаметром 1м.

Бортовая антенна: площадь 0,18 м²; антенна всенаправленная (D = 1)

пороговое отношение С/Ш = hо² = - Ln (10*10^-6) = 11,5 (см. П 2.2)

длительность элементарного символа: t = 0.18мкс (см. П 2.3)

Эквивалентная шумовая температура бортового приемника: Тэ = 1000 К; Л: [3] Расчет взят из Л: [3]

В соответствии с известным уравнением дальности связи мощность сигнала на входе приемника определяется выражением:

Рс вх = Ризл * gЕ * G * Sэ / 4pr² (2.3)

где Ризл - средняя мощность, излучаемая передатчиком

G - КНД антенны передатчика

Sэ - эффективная площадь приемной антенны

r - расстояние между передатчиком и приемником

gЕ - коэффициент, учитывающий потери энергии сигнала в среде за счет поглощения:

gЕ = exp ( - 0.23ar); для l = 3 см. a = 0.15 dB/км

Т.о. Рс вх = Ризл * G * Sэ / (4pr²) * exp ( - 0.23ar) (2.4)

Если основными помехами в линии связи являются внутренние флуктационные шумы и другие случайные помехи шумового типа, то пересчитав эти помехи ко входу приемника, можно получить результирующую спектральную плотность помех на входе в виде:

 (2.5)

где Noi - спектральная плотность случайной помехи i - го вида, пересчитанная ко входу приемника

Мощность всех помех на входе приемника, определяемая в полосе частот Dfэ занимаемой спектром сигнала, равна

 (2.6)

где fо - частота несущей

Выражение (2.6) можно представить в виде

 (2.7)

В простейшем случае, когда основной помехой являются только внутренние флюктуационные шумы приемника с равномерной спектральной плотностью No, мощность помехи на входе (при согласованном входе) равна

Рш вх = No Dfэ = к Тэ Dfэ (2.8)

где к = 1,38*10^-23 Дж/К - постоянная Больцмана

Тэ - эквивалентная шумовая температура входа.

С учетом выражений (2.4) и (2.7) отношение средней мощности сигнала к средней мощности шума на входе приемника определяется формулой:

 (2.9)

Это выражение определяет фактическое отношение С/Ш на входе приемника при известных параметрах линии связи. Пусть для того, чтобы обеспечить требуемую вероятность ошибки при передаче одной двоичной еденицы информации, необходимо иметь энергетическое отношение С/Ш:

h0² = Е0/N0S = (Рс/Рш) вх * t * Dfэ (2.10)

Тогда требуемое отношение С/Ш на входе приемника:

(Рс/Рш) тр = U h0 ^2/t Dfэ (2.11)

U - коэффициент запаса, выбирается от 2 до 10

зададимся U = 10

Для того чтобы линия связи обеспечивала передачу информации с помехоустойчивостью не ниже заданной, необходимо выполнить условие:

(Рс/Рш) вх ³ (Рс/Рш) тр (2.12)

Приняв во внимание (2.9), (2.11) и (2.12), имеем:

 (2.13)

Определим требуемую мощность передатчика:

Sэ = Sпр = 0.18 м^{2 -} эффективная площадь приемной антенны (D = 1)

КНД передающей антенны

G=h_a (pDп/l) ², где

Dп=1м - диаметр передающей антенны

h_a - КИП (коэффициент использования площади) - коэффициент учитывающий эффективность использования площади раскрыва антенны (0,55 для параболической)

G=0,55 (3,14*1/0.03) ² = 6025; G = 38 дБ.

Мощность передатчика:

Рпер * 3.911 * 10⁴ ³ 1.15 * 10⁶

Рпер ³ 1.15 Вт, Возьмем Рпер = 5 Вт.