Спутниковая связь и проблема геостационарной орбиты (стр. 2 )

где угол между управлением от ЗС на Солнце (Луну) и осью диаграммы направленности (ДН) антенны ЗС (рис. 1.11), Sэф(), —эффективная площадь и усиление антенны для сигнала, приходящего под углом к оси ДН.

Часто для характеристики шумового излучения астрономиче­ского источника используют [2] его эквивалентную яркостную температуру Тя=рш/к, где рш— мощность излучаемого шума на Гц (спектральная плотность шума);

k=1, Вт/(Гц град)-постоянная Больцмана. Т. к. на этой частоте 4ГГц яркостная темпера­тура Солнца . Пользование яркостной темпера­турой удобно, если угловые размеры источника излучения боль­ше угловых размеров глазного лепестка ДН, поскольку при этом Тя просто добавляется к собственной шумовой температуре при­емной установки.

Мешающее действие излучения Солнца и Луны на систему связи определяется тем, насколько существенно ухудшаются при этом шумы (или

вероятность ошибки) в каналах связи. Это ухуд­шение в первую очередь определяется тем, насколько увеличива­ются суммарные шумы земной станции при попадании в луч ан­тенны Солнца или Луны, т. е. величиной

(РшС(л) + Рш)/Рш, (1.5)

где РшС(л) определяется (1.4) и, следовательно, зависит от угла С(л),

Pш =kTm3Cf — собственные тепловые шумы земной станции, приведенные к антенне, определяемые шумовой температурой входного малошумящего усилителя приемного тракта земной стан­ции (обычно Гшзс=50К), собственными шумами антенны и потерями в антенно-фидерном тракте.

Очевидно, что чем больше Ршт, т. е. чем более простые усили­тели применены в системе связи, тем влияние Солнца и Луны бу­дут меньше. И чем острее ДН антенны (т. е. чем больше ее ди­аметр), тем влияние Солнца (Луны) слабее. В некоторой степени влияние Солнца и Луны зависит от имеющегося в линии связи энергетического запаса, т. е. от того, насколько велика может быть добавка шума, определяемого (1.5), без того чтобы (качество ка­налов стало ниже приемлемого.

Из изложенного очевидно, что длительность возникновения по­мех в каналах связи (или даже перерывов связи) зависит от па­раметров системы и не может быть определена однозначно для любых систем. Вредное влияние возникает в периоды, когда 9с(л) мало, находится в пределах основного луча ДН. Для расчета вре­мени недопустимой помехи от Солнца (Луны) для каждой систе­мы связи следует определить предельное значение *С(л) за пределами которого помеха становится достаточно малой.

При расчете * С(л) следует по энергетическому запасу системы по (1.5) определить допустимое увеличение шумов, затем по ДН G(6) антенны ЗС — необходимый угол 9 для ослабления шумово­го потока небесного тела, а затем добавить к нему половину уг­лового размера небесного тела (для Солнца это составит 16').

Для земных станций, расположенных на экваторе, помеха от Солнца (Луны) будет наблюдаться в те периоды времени, когда это светило пересекает плоскость геостационарной орбиты — пло­скость экватора; максимальная продолжительность ухудшения на­блюдается тогда, когда склонение Солнца (Луны) равно нулю, т. е. в периоды равноденствия (для Солнца). Для земных станций, расположенных в северном полушарии, помеха наблюдает­ся тогда, когда Солнце находится южнее экваториальной плоско­сти (склонение отрицательное).

Наибольшая длительность недопустимого ухудшения энерге­тики для наихудшего случая (ЗС на экваторе, склонение небесно­го тела равно нулю) составляет [1]

Тс/ (1.6)

т. е. для реальных для практики значений около 10 период не превысит 10 мин (период обращения геостационарного ИСЗ

Тс24 ч). Для ЗС с антенной 12м на широте Москвы, как показывают расчеты, максимальная продолжи­тельность ухудшения энергетики достигает 5 мин.

Периоды дат появления помех (т. е. периоды, когда склонение ме­шающего небесного тела 6 имеет знак и величину, необходимую для попадания в луч антенны ЗС, рас­положенной |на широте ) можно определить с помощью рис. 1.12 [1] для различных значений допу­стимого угла из рис. 1.12 на­глядно видно, что периоды наступ­ления помех от Солнца составляют тем большую часть времени года, чем больше опасный угол ). Напомним, что склонение Солнца с в течение года меняется в пределах +23°27/ и может быть определено из астрономических справочников.

1.4. ЗАПАЗДЫВАНИЕ РАДИОСИГНАЛОВ И ЭФФЕКТ

ДОПЛЕРА

Поскольку высота геостационарной орбиты — около 36 тыс. км, то время распространения радиосигналов по всей линии ЗС — ИСЗ — ЗС при известной скорости распространения радиоволн (с=300000 км/с) достигает примерно 240 мс, а с учетом назем­ных участков приближается к 300 мс.

При передаче большинства однонаправленных сообщений, та­ких, как телевизионное, звуковое вещание, это запаздывание не имеет никакого практического значения (лишь для некоторых цир­кулярных сигналов — сигналов точного времени, изображений га­зетных полос — запаздывание следует учитывать, и его непосто­янство вызывает искажения информации). На линиях дуплексной связи запаздывание ответа собеседника достигает 500...600мс, что ощущается абонентом и является непривычным. Более ощутимо запаздывание эхо-сигналов — сигналов, отраженных от противоположного конца линии связи, из-за неидеального согласования в точках стыка (через так называемую дифсистему) четырехпроходной магистральной линии с двухпроводной абонен­тской линией. Когда время распространения сигналов вдоль ли­нии невелико, эхо-сигналы воспринимаются говорящим абонентом как несколько увеличенное послезвучание (реверберация), субъ­ективно— как повышенная гулкость помещения, и не создают по­мех разговору. При большом запаздывании, как в данном слу­чае— 500 мс и более, эхо-сигналы воспринимаются отдельно от речи говорящего, мешают ему и говорить, и понимать собеседни­ка. Поэтому в каждом канале линий спутниковой связи с геостационарным ИСЗ (как и на очень длин­ных наземных линиях) обязательно при­меняют эхо-заградители, «забирающие» обратный канал и подавляющие тем са­мым помеху, либо, что гораздо лучше, адаптивные эхо-компенсаторы, формиру­ющие из речи говорящего абонента сиг­нал с соответствующим запаздыванием и искажениями, компенсирующий эхо.

В случае двухскачковой спутнико­вой линии (ЗС—ИСЗ— ИСЗ — ЗС) разговор становится затруднительным даже при наличии эхо-заградителей, вследствие чего применение двухскачковых линий должно быть ограничено (хо­тя и допускается в отдельных случаях).

Нежелательность двухскачковых линий накладывает определен­ные ограничения на применение спутниковых линий в автомати­зированных сетях связки с большим числом промежуточных узлов коммутации, где без применения специальных мер при свободном выборе любого свободного канала, в линии связи могло бы ока­заться несколько спутниковых участков.

Запаздывание сигналов предъявляет определенные требования и к системе сигнализации, применяемой в сети автоматизирован­ной коммутируемой телефонной или телеграфной связи. Система сигнализации (т. е. набора номера, подтверждения о соединении, сигнал занятия канала и т. д.) должна сохранять работоспособ­ность при запаздывании, возникающем в односкачковой и двухскачковой линии с геостационарным ИСЗ.

При движении ИСЗ по орбите возникает также известный эф­фект Доплера — изменение частоты принимаемых сигналов из-за взаимного перемещения передатчика и приемника. Если передат­чик движется относительно приемника со скоростью v под углом v к направлению линии связи (рис. 1.13), то в системе отсчета, связанной с приемником (т. е. земной станцией на рис. 1.13, при­нимающей сигнал от движущегося ИСЗ) длина волны изменится на величину, равную изменению расстояния (между передатчиком и приемником) за время T=1/fQ одного периода излучаемого ко­лебания с частотой f0:

= -vcos/f0. (1.7)

Соответствующее изменение частоты f/fo=(v/c)cos. Изме­нение частоты из-за эффекта Доплера максимально (с тем или иным знаком) при движении передатчика (или приемника) вдоль линии, их соединяющей, т. е. если = 0 или =. При этом f/fо = ±v/c.

При расчете эффекта Доплера в спутниковой связи следует учитывать сложное взаимное движение ИСЗ и ЗС и возникающие при этом геометрические соотношения [1] на участках линии —вверх (ЗС— ИСЗ) и вниз (ИСЗ —ЗС), причем на этих участках доплеровский сдвиг может быть различным по величине и даже по знаку. Наибольший суммарный сдвиг создается на линии связи между относительно близко расположенными ЗС, поскольку в этом случае сдвиг на обоих участках примерно одинаков и на ли­нии связи удваивается.

На быстро движущихся ИСЗ доплеровский сдвиг частоты мо­жет достигать больших значений (до (1...2) *10-3 на отдельных участках орбиты ИСЗ «Молния»).

На линии связи через идеально геостационарный спутник до­плеровский сдвиг частоты не возникает, что является несомнен­ным преимуществом таких ИСЗ. Однако, как уже было сказано, реальный ИСЗ, выведенный на геостационарную орбиту, не оста­ется неподвижным относительно Земли, а описывает сложные фи­гуры около заданной точки (см., например, рис. 1.6), тем больше­го размаха, чем больше не идеальность параметров орбиты и чем реже осуществляется их коррекция. Расчет эффекта Доплера при этом требует довольно громоздких вычислений, хотя принципи­ально несложен, если траектория ИСЗ известна.

Анализ реальных геостационарных ИСЗ показывает, что доп­леровский сдвиг частоты составляет обычно не более 10-8. Чтобы судить о том, приемлемо ли это значение, следует рассмотреть, как сказывается сдвиг частоты на работе линий связи. Доплеров­ский сдвиг проявляется прежде всего как дополнительная частот­ная нестабильность несущей частоты ретранслированных спутни­ком колебаний, добавляющаяся к частотной нестабильности ап­паратуры ИСЗ и ЗС. Для большинства передаваемых по спутни­ковым линиям сообщений—программ телевидения, сигналов те­лефонии и др. — такая дополнительная нестабильность не имеет практического значения, и может сказаться лишь при передаче особо узкополосных сигналов.

Доплеровский эффект вызывает различный сдвиг по частоте составляющих спектра модулированного колебания — пропорци­онально их частоте, в соответствии с (1.7), и поэтому весь спектр такого колебания соответственно деформируется — растягивается или сжимается. Соответственно изменяется частота модулирующе­го колебания, выделяемого после детектирования, приобретая вме­сто прежнего значения F значение F[1 +()cos)]. Это искаже­ние модулирующего процесса имеет практическое значение и ог­раничивается нормами, однако для геостационарных ИСЗ все нормы как правило выполняются. Особую сложность представля­ет, по-видимому, лишь один случай — передача дискретных сигна­лов в синхронных сетях, в которых, во избежание потерь пропуск­ной способности при асинхронном вводе в линию связи сигналов от различных источников, прибегают к установлению высоких тре­бований к стабильности частоты передаваемых дискретных сиг­налов— нестабильность порядка 10-11. В таких сетях линия свя­зи через реальный геостационарный ИСЗ окажется источником недопустимо большой нестабильности. С помощью специальных буферных устройств на передающем и (или) приемном конце спут­никовой линии можно, осуществляя запись (запоминание) и счи­тывание сигналов, добиться выдачи в сеть сигналов с необходимой стабильностью (хотя и с дополнительным запаздыванием, что в данном случае обычно не имеет значения).

1.5. ЗОНЫ ОБСЛУЖИВАНИЯ ГЕОСТАЦИОНАРНЫХ ИСЗ

Зоной видимости ИСЗ называют часть «поверхности Земли, с которой ИСЗ виден под углом места больше некоторого мини­мального значения (например, 5°), поскольку при малых углах велика вероятность затенения луча антенны местными предметами или рельефом, внесения ими (и самой Землей) дополнительного вклада в шумы приемной системы.

Зона видимости геостационарного ИСЗ, благодаря его боль­шой высоте, велика (см. рис. 1.4)—около 1/3 всей поверхности Земли. Считают, что трех геостационарных ИСЗ достаточно для создания глобальной сети связи. Более точную информацию об углах места (возвышения) приемной антенны, направленной на геостационарный ИСЗ, дает рис. 1.14, на котором нанесены зави­симости географической широты точки на земной поверхности от разности Ад между долготой этой точки X и долготой ИСЗ () при фиксированном значении угла места . Как мож­но видеть из рис. 1.4 и 1.14, зона видимости геостационарного ИСЗ очень широкая в районе экватора, но сужается к полюсам. При­полярные области видимы лучше всего с геостационарного ИСЗ, расположенного на той же самой долготе, и для обслуживания протяженных полярных территорий геостационарные спутники не очень удобны. Для обслуживания северных районов СССР с гео­стационарной орбиты приходится допускать работу земных стан­ций при малых углах места и использовать несколько геостаци­онарных ИСЗ, хотя для обслуживания более протяженной терри­тории СССР на средних широтах можно было бы обойтись одним — двумя ИСЗ. Именно поэтому СССР начал развитие спутниковой связи с запуска ИСЗ «Молния»-1» на высокой наклонной эллип­тической орбите (синхронной 12-часовой) и продолжает исполь­зовать такую орбиту до сих пор. Однако указанные ранее боль­шие преимущества геостационарных ИСЗ заставляют мириться с этим их недостатком — сокращением зоны видимости в высоких широтах.

Системы связи с геостационарным ИСЗ могут охватывать как всю видимую с ИСЗ территорию Земли (так называемую гло­бальную зону), так и ее часть. В связи с этим вводится понятие [2] зоны покрытия как части зоны видимости, в пределах которой обеспечивается плотность потока энергии, излучаемой ИСЗ, не­обходимая для приема на ЗС с заданным качеством, а также при­ем с заданным качеством космической станцией сигналов от ЗС. Если зона покрытия рассчитана с учетом только геометрии по­верхности Земли и формы ДН передающей и приемной антенн

ИСЗ, то кривые равного ослабления, нанесенные на карту, назы­ваются заявочной характеристикой антенны. Если же учтены раз­личная наклонная дальность от ИСЗ до различных точек зоны, дополнительное затухание в атмосфере (зависящее от угла ме­ста в точке приема, диапазона частот и т. п.), а также нестабиль­ность положения ИСЗ и нестабильность ориентации его антенны (причем построена внутренняя огибающая мгновенных зон покры­тия, определенных для различных возможных положений ИСЗ и его антенны), то получают гарантированную зону покрытия (пли зону гарантированного уровня сигнала [5]).

По мере развития космической техники сейчас реализуются си­стемы спутниковой связи с зонами покрытия, состоящими из ряда отдельных пятен, покрывающих только районы размещения ЗС. Для этого на ИСЗ располагают многолучевые узконаправленные антенны; расчет зоны покрытия нужно выполнять теми же мето­дами для каждого отдельного луча.

Согласно Регламенту радиосвязи [6] часть поверхности Зем­ли, на которой расположены или могут быть расположены ЗС данной сети, называют зоной обслуживания. В пределах зоны об­служивания необходимо выполнять не только все условия, опреде­ляющие гарантированную зону покрытия, но и соблюдать необ­ходимые защитные отношения по отношению к помехам от дру­гих систем. Таким образом, все расчеты взаимных помех при ко­ординации систем спутниковой связи в процессе их регистрации в Международном комитете по радиочастотам могут проводиться для любой точки зон обслуживания. Регламент радиосвязи ре­комендует, чтобы зона покрытия была как можно ближе к зоне обслуживания во избежание излишних помех другим наземным и спутниковым системам.

Следует указать, что зона помех, создаваемых некоторой сис­темой для другой системы связи, отличается от зоны покрытия, потому что ограничивается некоторым другим значением плотности потока мощности у поверхности Земли, определяемым не ус­ловиями приема рабочего сигнала на ЗС данной системы, а допу­стимым уровнем помех земным станциям другой системы или на­земным линиям связи. Кроме того, при определении зоны помех должен быть выявлен наихудший случай, поэтому при учете вли­яния нестабильности положения ИСЗ и ориентации его антенны следует определять не внутреннюю, а внешнюю огибающую мгно­венных зон помех; по этой же причине при расчете зоны помех дополнительное затухание сигналов в атмосфере не должно учи­тываться.

Качественные показатели канала связи обычно задаются ста­тистически, т. е. определенное значение показателя должно вы­полняться в определенную долю времени. Поэтому расчет зоны покрытия следовало бы вести с учетом вероятности некоторого со­четания параметров, определяющих нестабильность положения ИСЗ и его антенны, и затухания в атмосфере. Однако соответст­вующие методы не разработаны. Поэтому гарантированная зона покрытия, рассчитанная на худший случай, оказывается меньше реальной зоны, а расчетная зона помех — больше действительной зоны, в которой создаются недопустимые помехи.

Все описанные зоны рассчитывают с помощью ЭВМ по доволь­но громоздким программам [1, 6]. Для приближенного постро­ения зоны покрытия и выбора ориентировочных характеристик ДН бортовых антенн геостационарного ИСЗ удобно воспользо­ваться широко применяемым сейчас изображением поверхности Земли такой, какой она видна с геостационарного ИСЗ [1]. Для этого «водится сферическая система координат (рис. 1.15), начало которой совмещено с точкой 5 расположения ИСЗ. На рисунке О — центр Земли, Р—северный полюс. Положение точки n зем­ной поверхности в этой системе координат определяется только значениями двух углов и , NSA (в плоскости эква­тора); =NSA (в плоское NSA, перпендикулярной плоскости экватора); NA — перпендикуляр к плоскости экватора, опущен­ный из точки N. Углы и равны соответственно [1]

= arc sin [(R cos sin ]; 2 = arc tg (R sin /i); (1.8)

где l= — длина линии SA; — географическая широта точки N; — разница долготы точки N и долготы стояния ИСЗ (подспутниковой точки); R— радиус Земли (ON); r —радиус геостационарной орбиты (S0);

d= — наклонная дальность для точки N(SN).

На рис. 1.16 показано, какой вид принимают в координатах piP2 меридианы (В) и параллели (Б). На той же координатной сетке (линии Г и Д для углов и 2 соответственно) нанесены линии А равных наклонных дальностей и равных углов места у. На рис. 1.17 изображена в такой же системе координат террито­рия СССР, видимая с геостационарного ИСЗ, расположенного в точке 100° в. д. Располагая подобным чертежом (построенным

для долготы именно той точки 5 на ГО, где должен находиться ИСЗ), можно приближенно выбрать ориентацию луча антенны спутника и угловую ширину этого луча непосредственно по угло­вым координатам и 2 границ зоны обслуживания, с учетом запаса на нестабильность ориентации антенн.

Запуск и вывод ИСЗ на геостационарную орбиту при соблюде­нии с высокой точностью всех ее параметров, управление ИСЗ в процессе эксплуатации требует высокого развития космической техники и средств управления. Вывод геостационарного ИСЗ обыч­но осуществляется мощной многоступенчатой ракетой через пе­реходную орбиту (рис. 1.18, [7]), затем в точке апогея этой ор-

биты включается двигатель, переводящий ИСЗ на геостационар­ную орбиту, после чего спутник перемещают по ГО до нужной по­зиции и останавливают в ней, осуществляя затем развертывание антенн и их ориентацию на нужную точку Земли, ориентацию солнечных батарей на Солнце, ввод бортового ретранслятора в рабочий режим.

2. ОСНОВНЫЕ РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СИСТЕМ СВЯЗИ С ГЕОСТАЦИОНАРНЫМИ ИСЗ

2.1. СЛУЖБЫ РАДИОСВЯЗИ, ИСПОЛЬЗУЮЩИЕ СПУТНИКИ НА ГЕОСТАЦИОНАРНОЙ ОРБИТЕ

В соответствии с Регламентом радиосвязи [6] в зависимости от типа раз­мещения земных станций и назначения системы связи различают несколько ви­дов служб спутниковой радиосвязи, для каждой из которых используют геоста­ционарные ИСЗ.

Фиксированная спутниковая служба (ФСС) — служба радиосвязи через космическую станцию (КС) на ИСЗ между земными станциями (ЗС), распо­ложенными в определенных (фиксированных) пунктах.

Подвижная спутниковая служба (Т1СС) — служба радиосвязи между под­вижными ЗС через одну или несколько КС

В зависимости от того, где расположены ЗС подвижной службы, различа­ют морскую подвижную, воздушную подвижную, сухопутную подвижную спут­никовые службы. Разумеется, в системы связи подвижной службы обычно вхо­дят одна или несколько стационарных ЗС, выполняющих роль узла коммутации для взаимодействия с сетями фиксированной службы, а также роль центра управления.

Радиовещательная спутниковая служба (ВСС) — служба радиосвязи, в ко­торой сигналы космических станций предназначены для непосредственного при­ема населением. Непосредственным считается как индивидуальный, так и кол­лективный прием сигналов от ИСЗ. При коллективном приеме программа ве­щания доставляется абонентам с помощью той или иной наземной системы распределения, кабельной или эфирной, с передатчиком малой мощности. От­мстим, что термин «радиовещание» включает в себя как телевизионное, так и звуковое вещание.

Системы обмена телевизионными или звуковыми программами вещания между странами, например в международной системе «Интерспутник», или меж­ду телецентрами, как в советской системе «Орбита», относят к фиксированной спутниковой службе.

При использовании систем ФСС для распределения радиовещательных прог­рамм различают прямое распределение, при котором программа подается от станции ФСС непосредственно на наземную радиовещательную станцию, и кос­венное, когда между земными станциями ФСС и наземными радиовещательными станциями имеются ступени распределения программ (Рекомендация 566-1 VKKP Г81) Заметим, что в отдельных случаях, по мере создания систем фиксированной службы с более простыми ЗС, грань между фиксированной и ве­щательной службой становится менее четкой, хотя различие необходимо сох­ранять, поскольку этим службам выделены различные полосы частот.

Межспутниковая служба, назначение которой очевидно из названия, в ос­новном будет использоваться для соединения сетей спутниковой связи, работаю­щих через различные ИСЗ, без дополнительного скачка через транзитную ЗС.

Метеорологическая спутниковая служба использует ИСЗ (в том числе гео­стационарные) для получения изображений земной поверхности, сбора и рас­пределения метеорологических, гидрологических и других данных.

Служба космических исследований использует ГО для размещения исследо­вательских космических аппаратов: с нею связано использование линий связи через геостационарные ИСЗ для передачи результатов научных исследований, что, собственно говоря, относится к ФСС.

Наибольшая насыщенность ГО создается сейчас ИСЗ, относящимися к ФОС и отчасти ВСС; проблема тесноты на ГО относится сейчас только к этим служ­бам, и в дальнейшем изложении, как правило, будут иметься в виду парамет­ры ЗС и КС, относящиеся к этим двум службам, хотя большинство излагаемых общих положений относится к геостационарным ИСЗ любой службы радиосвя­зи. Если ВСС предназначена для передачи программ телевидения и звукового вещания, то ФСС предназначена как для этих же сообщений, так и ряда дру­гих. Основной вид сообщений для ФСС — дуплексная телефонная связь; но, как известно, каналы тональной частоты и группы каналов (12-канальная — так называемая первичная группа,. 60-канальная — вторичная группа и т. д.) во всех сетях связи используют для передач других видов информации: телеграфа, данных (например, от ЭВМ), изображений газетных полос и др. Как предпо­лагают многие эксперты, большое развитие в ближайшие годы должно получить проведение видеоконференций (с передачей изображений в замедленном темпе, в дискретной форме), передачи по видеотелефону, создание специализированных сетей для передачи деловой информации (обычно то же в цифровой форме, между сравнительно небольшими ЗС) (см., например, [9]).

Для каждой из перечисленных служб Регламентом радиосвязи [2.1] вы­делены полосы частот (как правило, совмещенные с другими службами радио­связи). Полосы частот, выделенные той или иной службе, различны для направ­лений Космос — Земля и Земля — Космос; они также различны для различных районов земного шара. Регламент различает три района — Район 1 (Европа, Африка, а также вся азиатская часть СССР и МНР), Район 2 (Америка), Район 3 — (Азия — без СССР, Австралия, Океания).

Для ФСС основными, наиболее используемыми сейчас, полосами следует считать:

Космос — Земля: 3МГц, 4МГц, 7МГц, 10,7... 11,7 ГГц, 17,7 ...21,2 ГГц — для всех районов; 11,7... 12,3 ГГц (Район 2); 12,2 ...12,5 ГГц (Район 3); 12,5... 12,75 ГГц (Районы 1 и 3); 2500МГц (Район 2); 2ГГц (Район 3);

Земля — Космос: 5725МГц (Район 1): 5850МГц (Районы 2 и 3); 7900МГц, 14,0... 14,5 ГГц, 27,5 ...31,1 ГГц, 14,5 ... 14,8 ГГц (только для линий подачи программ на спутники ВСС, работающие в полосе 12 ГГц, вне Европы); 17,3... 18,1 ГГц (только для линий подачи программ на спутники ВСС, работающие в полосе 12 ГГи).

Для ВСС наиболее важно указать полосы (для направления Космос — Зем­ля): 620МГц (только для телевидения), 2500МГц (для коллек­тивного приема), 11,7... 12,5 ГГц (Район 1), 111,7... 12,2 ГГц (Район 3), 12,1,7 ГГц (Район 2).

2.2. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГЕОСТАЦИОНАРНЫХ ИСЗ И СИСТЕМ СВЯЗИ НА ИХ ОСНОВЕ

Основные характеристики геостационарных ИСЗ, взаимодей­ствующих с ними земных станций, показатели систем связи в целом определяются назначением системы, возможностями совре­менной космической техники, экономическими соображениями. Рас­положение некоторых геостационарных ИСЗ на орбите показано на рис. 2.1 [2]. Основные показатели некоторых геостационарных ИСЗ и использующих их систем связи приведены в табл. 2.1 (тер­мины, требующие разъяснения, рассматриваются ниже в тексте).

Как видно из таблицы, масса геостационарных спутников свя­зи составляет 500кг, а у нового поколения спутников бу­дет достигать 2кг.

Число стволов на ИСЗ (часто называемое числом ретрансля­торов) колеблется от двух-трех (для ИСЗ телевизионного веща­ния) до 24—48. Мощность каждого ствола, работающего в систе­ме связи, как правило 8 Вт, в системах телевизионного ве­щания— до нескольких сотен ватт. Мощность первичных источни­ков питания ИСЗ — солнечных батарей — составляет 300Вт, а у нового поколения ИСЗ достигает 2... 6 кВт [10].

Размеры антенн на ИСЗ определяют достижимую направлен­ность излучения; диаметр зеркала (или линзы) антенны, как пра­вило, по условиям размещения на средствах вывода, не превыша­ет 1,5 ...2,5 м; больший размер (до 5 м) имеют лишь раз-

вертываемые в космосе антенны сравнительно низкочастотных диапазонов (ИСЗ «Экран», экспериментальный ИСЗ ATS-F). В свя­зи с этим для повышения направленности и усиления антенн при­бегают к использованию более высокочастотных диапазонов ча­стот (до 30/20 ГГц в японской системе связи CS). При этом экви­валентная изотропно-излучаемая мощность (ЭИИМ) одного ство­ла (произведение подводимой к антенне выходной мощности Р на усиление антенны G относительно изотропного излучателя) со­ставляет обычно 20дБВт, достигая в отдельных случаях зна­чений более 45дБВт (Экран, BS-2).

Применение остронаправленных антенн позволяет многократно использовать полосу частот, и тем самым эффективнее использо­вать геостационарную орбиту (см. об этом ниже, в гл. 6). Так, на рис. 2.2 показана схема облучения западного полушария с перспективного ИСЗ «Интелсат-VI» [9], где с помощью пространст­венного и поляризационного разделения достигается шестикрат­ное использование полосы частот 4/6 ГГц (2 полусферических лу­ча и 4 зональных). Применение в системах связи многих узких лучей для обслуживания необходимых районов зоны обслужива­ния вместо одного широкого луча на всю зону позволяет также заметно повысить плотность потока мощности у поверхности Зем­ли и применить на ЗС антенны меньшего размера.

Кроме обычных антенн с параболическим зеркалом и одиноч­ным облучателем или двухзеркальных параболических антенн, для достижения гибкости, формирования лучей специальной формы, уменьшения уровня боковых лепестков на ИСЗ применяют слож­ные и совершенные антенны. Так, применяют антенны Кассегрена с неосесимметричным зеркалом и вынесенным облучателем в

виде многоэлементной решетки; линзовые антенны, возбуждаемые многоэлементной решеткой; рупорно-зеркальные антенны [2, 9]'J Зоны покрытия, показанные на рис. 2.2, сформированы с по. мощью зеркальных антенн много, элементными облучателями. Ан­тенны обеспечивают ослабление; сигнала противоположной поляризации ЗО...35дБ « более, ос­лабление первого бокового лепе­стка до 30 дБ и более, рутой спад прочих боковых лепестков, формирование многолучевой диа­граммы. Принятая на ВАКР-77 для расчета плана ВСС в полосе 12 ГГц ДН бортовой передающей антенны приведена в § 8.1. Полоса пропускания каждого ствола обычноМГц, что определяется условиями передачи телевизионного сообщения с помощью ЧМ «и в ряде случаев соответствует возможности опти­мального использования - как мощности, так и полосы пропуска­ния ствола. При большей ЭИИМ целесообразно увеличивать полосу ствола. Использовались полосы пропускания 72; 108; 225 МГц [10]. Для систем вещания в диапазоне 12 ГГц полоса ствола (27 МГц) определена планом, принятым на ВАКР-77 [И]. Общая полоса частот в одном из диапазонов (например, 4/6 ГГц), используемая всеми стволами одного ИСЗ, достигает 503 МГц, но пока не более, из-за трудностей создания более широкополос­ных антенно-волноводных трактов.