Вам бонус- начислено 1 монета за дневную активность. Сейчас у вас 1 монета

Спутниковые антенны. Назначение, Применение антенн спутниковой связи

Лекция



Привет, Вы узнаете о том , что такое назначение спутниковых антенн, Разберем основные их виды и особенности использования. Еще будет много подробных примеров и описаний. Для того чтобы лучше понимать что такое назначение спутниковых антенн, применение спутниковых антенн , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Телевидение. Теория. Спутниковое.

Зачем вообше нужна антенна?

Люди несведущие считают, что принять сигнал — значит усилить этот сигнал до уровня, достаточного для восприятия человеком или каким-либо устройством. На самом деле, задача приема любых сигналов — различить слабый сигнал на фоне сильных помех. Действительно, если бы дело было только в усилении, то для приема сколь угодно слабых сигналов можно было бы использовать приемник прямого усиления. Слабый сигнал — ставим усилитель, мало — ставим еще один. Устанавливаем «в каскад» несколько усилителей — и вот уже слышны голоса наших братьев по разуму... Не тут-то было: вместо голосов мы услышим рев и грохот. Нужные нам сигналы в сотни и тысячи раз слабее «ненужных» сигналов многочисленных радио и телевизионных станций, паразитных излучений электрических машин, электромагнитного излучения Солнца и звезд. Усиление не решает задачу приема, усилитель одинаково усиливает и полезный сигнал, и вредные шумы. Приемная система должна осуществлять селекцию сигнала, отделение его от шумов и помех по каким-то определенным признакам. Два основных признака: частота (длина волны) и направление. Селекцию по частоте осуществляет приемник (receiver — ресивер). Практически все современные приемники, от карманного радиоприемника до приемника радиолокационной станции — гетеродинные. В них с помощью перестраиваемого местного генератора (гетеродина) нужный сигнал переносится на некоторую промежуточную частоту. Сигнал на промежуточной частоте пропускается через полосовой фильтр, который выделяет из всего частотного спектра только полосу, занимаемую сигналом. Шумы и ненужные сигналы на других частотах «отрезаются». Однако и в этой полосе мощность шумов может многократно превышать мощность полезного сигнала. В таком случае приемник бессилен, он уже сделал все, что мог. Поможет только селекция по другому признаку — по направлению. Ее обеспечивает направленная антенна. Задача антенны — с максимальной эффективностью принять сигнал, приходящий с одного конкретного направления, и при этом как можно меньше принимать ненужные сигналы и шумы, приходящие со всех других направлений. Приемные свойства направленной антенны концентрируются в небольшом телесном угле вокруг направления на источник сигнала за счет ослабления этих свойств во всех других направлениях. Таким образом, мощность сигнала увеличивается, а мощность шумов уменьшается по сравнению с теми же величинами на выходе ненаправленной антенны.

Спутниковые антенны. Назначение, Применение антенн спутниковой связи

Почему для спутникового телевидения используются специальные антенны?

В телевидении в единицу времени требуется передать в сотни раз больше информации, чем требуется для передачи, например, звука. Поэтому при одинаковых методах передачи сигнал телевидения занимает значительно более широкую полосу частот, чем сигнал радио. Полоса телевизионного сигнала в российском стандарте D — 8 МГц, в то время как полоса сигнала AM радиостанции — примерно 0,01 МГц. Для телевидения оказались непригодными длинные, средние и короткие волны: в диапазонах ДВ (30-300 кГц) и СВ (0,3-3 МГц) просто невозможно разместить даже один телевизионный канал, а во всем диапазоне KB (3-30 МГц) поместились бы лишь три телевизионных программы. Для наземного телевидения используются диапазоны метровых.(30-300 МГц) и дециметровых (300 — 3000МГц) волн. Чем выше частота, тем больше свойства радиоволн приближаются к свойствам света. Метровые и дециметровые волны «не умеют» огибать круглую поверхность Земли, они распространяются только прямолинейно, на расстояние прямой видимости. По этой причине антенны наземных телецентров поднимаются на высокие башни, чем больше высота телебашни, тем больше дальность действия телевизионного передатчика. Однако даже телебашни больших городов обеспечивают прием на удалении не более 100-200 км. В современном мире телевизионные программы необходимо транслировать на целые страны и континенты. Эту задачу и решает спутниковое телевидение. Если разместить телевизионный передатчик и антенну на огромной высоте над Землей, в ее прямой видимости будет находиться чуть ли не половина земной поверхности. Вот тут возникает ряд проблем. Чтобы этот передатчик работал, ему нужна электроэнергия. Провода с Земли к спутнику не протянешь, подвозить к нему топливо будет непомерно дорого, от ядерного реактора нечем отводить тепло. Поэтому вся аппаратура спутников питается от солнечных батарей, и мощность спутниковых телевизионных передатчиков невелика, как правило, 100-150 Вт. Для сравнения: наземные телевизионные передатчики в больших городах могут иметь мощность от 1 до 25 кВт. Другая проблема: если спутник вращается вокруг Земли, рано или поздно он оказывается с ее обратной стороны, заходит за горизонт — как Луна, например. Это недопустимо, ведь телевизионные программы необходимы круглосуточно. Поэтому спутники, используемые для телевидения, запускаются на так называемую геостационарную орбиту, которая расположена точно в плоскости экватора на удалении 35786 км от поверхности Земли. Об этом говорит сайт https://intellect.icu . На этом расстоянии сила земного притяжения такова, что спутник может двигаться по орбите с угловой скоростью, точно равной угловой скорости Земли. Поэтому геостационарный спутник вращается вместе с Землей, оставаясь неподвижным относительно ее поверхности, как будто его насадили на спицу, проходящую через центр Земли. 35768 км — огромное расстояние, оно почти втрое больше диаметра нашей планеты! Таким образом, передатчик малой мощности располагается очень далеко от приемника, поэтому сигналы спутникового телевидения очень слабые. Чтобы обеспечить прием, используется ряд технических решений. В аналоговом спутниковом телевидении вместо обычной амплитудной модуляции используется частотная, что позволило снизить необходимое для приема отношение сигнал/шум более чем в 100 раз. Расплатой за выигрыш стало увеличение занимаемой полосы частот: для сигнала с ЧМ вместо 8 МГц потребовалось 36 МГц. Даже дециметровый диапазон для таких сигналов стал тесен, поэтому в спутниковом телевидении используется диапазон сантиметровых волн (3-30 ГГц), а точнее, два его поддиапазона, так называемые C-Band («си бэнд», 3400-4200 МГц) и Ku-Band («кей-ю бэнд», 10700-12750 МГц).

Другое решение — использование остронаправленных антенн, как на самом спутнике, так и в приемной системе. Передающая антенна спутника усиливает сигнал передатчика, сосредотачивая мощность на нужном направлении. Однако сделать усиление передающей антенны слишком большим нельзя — тогда вся мощность будет сконцентрирована на слишком маленьком участке земной поверхности. Чем большую территорию нужно обеспечить вещанием, тем меньше делается усиление передающей антенны. Мощность спутникового передатчика распределяется по некоторой площади. Распределение это неравномерно. В той точке зоны обслуживания, которая находится на оси передающей антенны, создается максимальная сила сигнала. Эта точка называется точкой прицеливания. В общем случае, чем дальше от точки прицеливания, тем сигнал слабее. Для оценки силы сигнала для каждого спутника в разных географических точках используются специальные карты, называемые footprint (отпечаток, след) или coverage zone («зона покрытия»). По-русски такие карты иногда именуются более благозвучно: «зона обслуживания». На них изолиниями соединяются точки земной поверхности, которым соответствует одинаковая ЭИИМ, эквивалентная изотропно излучаемая мощность (Equivalent Isotropic Radiated Power, EIRP). Это мощность, которую должен был бы иметь передатчик спутника, если бы он работал на ненаправленную (изотропную) антенну, чтобы создать в данной точке земной поверхности сигнал такой же силы, которую создает реальный передатчик с направленной антенной. Другими словами, ЭИИМ — величина, учитывающая мощность спутникового передатчика и направленные свойства антенны для конкретного направления. ЭИИМ современных спутников в центре зоны обслуживания может составлять несколько сотен киловатт. Многие спутники имеют не одну, а несколько передающих антенн для вещания на разные страны, например, на Европу и Южную Африку. В этом случае для каждого «луча» (beam) составляется отдельная карта.

Теперь, когда мы знаем, что мощность спутникового сигнала распределяется по площади, легко понять назначение спутниковой приемной антенны. Ее задача — «собрать» эту мощность с некоторой площади и сконцентрировать в одной точке, где она будет преобразована в электрический сигнал. Понятно, что чем больше площадь антенны, тем больше будет мощность полезного сигнала на ее выходе. Отсюда следует очень важный вывод: усилительные свойства антенны зависят только от ее размеров, и практически не зависят от конструкции, формы, материала и т.п. На практике большое значение имеет также качество антенны — «кривая», механически поврежденная или просто сделанная грубо, будет работать хуже.

Применение антенн спутниковой связи

В земных станциях спутниковой связи, в зависимости от назначения системы, применяются антенны различных типов. Выбор конкретного типа определяется диапазоном частот , в котором организуется связь, требуемым усилением антенной системы, а также ценовыми и эксплуатационными ограничениями (по размеру, весу, трудоемкости установки и использования) .

Наиболее известная область применения спутниковых антенн — прием программ спутникового ТВ. По оценкам, к ним подключено более половины всех телевизоров . Для приема широкополосных сигналов ТВ-вещания требуется достаточно высокое усиление антенны, поэтому применяются направленные зеркальные антенны, в просторечии именуемые «спутниковыми тарелками» . В 1970—1980-е годы для приема и передачи телевизионных сигналов в С-диапазоне использовались зеркальные антенны размером в метры и десятки метров, устанавливаемые на специальных станциях космической связи . Приемные станции советской системы «Экран», осуществлявшей с конца 1970-х до середины 2000-х годов непосредственное аналоговое ТВ-вещание в диапазоне дециметровых волн, оснащались сборками антенн типа волновой канал, также достаточно громоздкими и позволяли принимать только одну программу . К 1990-м, благодаря переходу в более высокочастотный Ku-диапазон и росту энергетики спутников, стало возможным использовать для приема спутникового вещания недорогие антенны небольшого размера, около 1 метра, а впоследствии и менее, и начался бурный рост домашних установок спутникового приема . Головные станции кабельных сетей также оснащаются спутниковыми антеннами, обычно бо́льшего, чем для домашнего приема, размера, чтобы обеспечить запас по усилению, а значит и надежности приема, в неблагоприятных условиях . Узлы распределительных cпутниковых сетей, доставляющие сигнал в региональные телецентры, продолжают использовать С-диапазон, как более устойчивый к погодным условиям, и оборудованы антеннами размером в метры .

Еще одна область, где широко используются спутниковые тарелки — VSAT-станции (или малые земные станции спутниковой связи) систем широкополосной передачи данных, таких, как спутниковый интернет и ведомственные сети связи. Такие станции как принимают, так и передают радиосигналы и должны соответствовать требованиям регламента радиосвязи[10]. Требования к их антеннам гораздо выше, чем к телевизионным «тарелкам», как по точности изготовления, так и по прочности конструкции и точности наведения. Антенны VSAT должны удерживать на себе не только приемный конвертер, но и передающий блок, не создавать при передаче помех окружающим и другим спутниковым станциям и сохранять свое положение даже при сильной ветровой нагрузке . Станции VSAT не настолько распространены, как антенны спутникового ТВ, но применяются довольно широко и незаменимы во многих областях человеческой деятельности[11][12]. Антенны первых станций VSAT, работавших в C-диапазоне, имели размер 2.5 метра. Современные малые станции диапазонов Ku и Ka оснащаются антеннами с типичными размерами от десятков сантиметров до полутора метров[13].

  • Спутниковые антенны. Назначение, Применение антенн спутниковой связи

    ЦКС «Дубна». Слева - NEC Mark IV (32 метра), построенная для трансляции Олимпиады-80 в системе Intelsat, справа - ТНА-57 (12 метров), вещавшая в системе «Экран»[14].

  • Спутниковые антенны. Назначение, Применение антенн спутниковой связи

    Антенны для приема спутникового ТВ на жилом доме.

  • Спутниковые антенны. Назначение, Применение антенн спутниковой связи

    Антенны VSAT диапазонов Ku и Ka.

  • Спутниковые антенны. Назначение, Применение антенн спутниковой связи

    Телекоммуникационный центр «Щелково» оператора Газпром космические системы.

Направленные антенны должны быть максимально точно ориентированы в сторону космического аппарата, через который происходит работа. Для работы со спутниками на геостационарной орбите наведение антенны производится при ее установке, для спутников на других орбитах, а также при работе в движении, требуется непрерывное сопровождение спутника антенной[15]. Cистемы непрерывного удержания антенны в направлении спутника существенно усложняют и удорожают ее конструкцию, поэтому большое внимание уделяется внедрению в спутниковую связь технологий фазированных антенных решеток, позволяющих сделать антенны более компактными и реализовать электронное управление наведением, без механического перемещения[16].

Во многих применениях мобильной спутниковой связи, таких как навигация, телефония, низкоскоростная передача данных, используются дешевые слабонаправленные антенны, не требующие постоянного наведения на спутник[17]. Такие антенны, например, входят в состав любого устройства с функциями приема сигналов GPS/ГЛОНАСС[18].

Вау!! 😲 Ты еще не читал? Это зря!

Информация, изложенная в данной статье про назначение спутниковых антенн , подчеркивают роль современных технологий в обеспечении масштабируемости и доступности. Надеюсь, что теперь ты понял что такое назначение спутниковых антенн, применение спутниковых антенн и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то не стесняйся, пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Телевидение. Теория. Спутниковое

создано: 2017-07-13
обновлено: 2021-03-13
132328



Рейтиг 9 of 10. count vote: 2
Вы довольны ?:


Найди готовое или заработай

С нашими удобными сервисами без комиссии*

Как это работает? | Узнать цену?

Найти исполнителя
$0 / весь год.
  • У вас есть задание, но нет времени его делать
  • Вы хотите найти профессионала для выплнения задания
  • Возможно примерение функции гаранта на сделку
  • Приорететная поддержка
  • идеально подходит для студентов, у которых нет времени для решения заданий
Готовое решение
$0 / весь год.
  • Вы можите продать(исполнителем) или купить(заказчиком) готовое решение
  • Вам предоставят готовое решение
  • Будет предоставлено в минимальные сроки т.к. задание уже готовое
  • Вы получите базовую гарантию 8 дней
  • Вы можете заработать на материалах
  • подходит как для студентов так и для преподавателей
Я исполнитель
$0 / весь год.
  • Вы профессионал своего дела
  • У вас есть опыт и желание зарабатывать
  • Вы хотите помочь в решении задач или написании работ
  • Возможно примерение функции гаранта на сделку
  • подходит для опытных студентов так и для преподавателей



Комментарии


Оставить комментарий
Если у вас есть какое-либо предложение, идея, благодарность или комментарий, не стесняйтесь писать. Мы очень ценим отзывы и рады услышать ваше мнение.
To reply

Телевидение. Теория. Спутниковое

Термины: Телевидение. Теория. Спутниковое