CC BY
103
ББК 32.841
А.Ф. Чипига
канд. техн. наук, профессор, кафедра информационной безопасности
автоматизированных систем, директор института информационных технологий и телекоммуникаций, ФГАОУ ВПО «Северо-Кавказский федеральный университет»
Д.П. Киселев
студент, кафедра информационной безопасности автоматизированных систем, ФГАОУ ВПО «Северо-Кавказский федеральный университет»
В.В. Меденец
студент, кафедра информационной безопасности автоматизированных систем, ФГАОУ ВПО «Северо-Кавказский федеральный университет»
М.В. Песков
студент, кафедра информационной безопасности автоматизированных систем, ФГАОУ ВПО «Северо-Кавказский федеральный университет»
МОЩНОСТЬ ШУМА НА ВХОДЕ ПРИЕМНИКА СПУТНИКОВОЙ СВЯЗИ, ИСПОЛЬЗУЮЩЕГО ПОНИЖЕННУЮ НЕСУЩУЮ ЧАСТОТУ
Аннотация. Получено выражение для расчета эффективной шумовой температуры приемника системы спутниковой связи, работающей на пониженных частотах (f0 = 30...100 МГц). Сделан вывод о том, что мощность шумов на входе приемника и эквивалентная шумовая температура в основном определяется космическими проблемами.
Ключевые слова: спутниковые системы связи, пониженная несущая частота, мощность шума, эффективная шумовая температура антенны, коэффициент полезного действия антенно-фидерного устройства, яркостная температура внешних шумов.
A. Chipiga, North-Caucasus federal university
D. Kiselev, North-Caucasus federal university
V. Medenets, North-Caucasus federal university
M. Peskov, North-Caucasus federal university
POWER OF NOISE AT THE SATELLITE RECIEVER INPUT, USING LOW-FREQUENCY
CARRIER
Abstract. Expression for computing of effective underfrequency receiver noise temperature is derived. Space based problems dependence of noise input intensity and equivalent noise temperature is concluded.
Keywords: satellite communications systems, low-frequency carrier, power of noise, effective antenna noise temperature, antenna-feeder device efficiency, brightness temperature of external noise.
Известна общая методика расчета мощности шума на ходе приемника (ПРМ) в системах радиосвязи [1]. Ее основу составляет выражение для определения зависимости мощности шумов на входе приемника (т.е. выходе антенны) от эффективной
шумовой температуры (ТЭ) приемной системы, включающей антенну и сам приемник:
Р0 = Рш = кБТэ AFC = кБ(ТА + Tnpm)aFc, (1)
где кБ = 1,38 • 10"23Вт/(Гц • K) - постоянная Больцмана; AFC полоса пропускания ПРМ; ТПРМ и ТА - эффективные шумовые температуры ПРМ и антенны.
Эффективная шумовая температура антенны, приведенная ко входу согласованного ПРМ, состоит из двух составляющих: вклада за счет всех внешних источников шумов ТАЕ и вклада самого приемного антенно-фидерного устройства (АФУ):
ТА = ТАЕ + ТАФУ = ГТЯ + T0(1 " ^ (2)
где ri2 = ГаГ - КПД антенно-фидерного устройства (АФУ); T0 = 290 К°; ТЯ - яркостная
температура внешних шумов (помех). Последняя определяется суммой всех внешних шумов и помех:
ТЯ = Т + Tu + Тат + Tc + Таг + £р(Тз + Таз ) + То6, (3)
где Т - шумовые температуры: космического пространства (Т), индустриальных помех (Tu), атмосферных (грозовых) помех (Тат), станционных помех (Тс), шумов излучения атмосферы с учетом гидрометеоров (Таг), шумов излучения Земли (Тз), шумов излучения атмосферы, отраженных от Земли (Таз), шумов, обусловленных водяным слоем на обтекателе антенны (Тоб); £р - коэффициент учета энергии боковых лепестков (обычно £р = 0,06...0,6).
Известны выражения для расчета ТЯ в диапазонах КВ (f0 -3...30МГц) и систем спутниковой связи (ССС), использующих традиционные частоты f0 = 1...10 ГГц :
1) ТЯ « Тат + Ти + Тс ;
2) Тя - Тк + Т + + Таз ).
Выражение для яркостной температуры внешних помех (ТЯ) в ССС, использующих пониженные частоты f0 = 30...100 МГц , неизвестно. Поэтому целью статьи является получение выражения для оценки мощности шумов на входе приемника (т.е. выходе антенны) и эффективной шумовой температуры (ТЭ) приемной системы ССС,
использующей пониженные несущие частоты.
С этой целью проведем сравнительный анализ шумовых температур в ССС, использующих диапазон пониженных частот. Известны экспериментальные данные для составляющих (Т) яркостной шумовой температуры в интересующем диапазоне частот [1] f0 « 30...100МГц:
1) максимальная шумовая температура космического пространства составляет Тк(max) = 105...103K. Кроме того, известна аналитическая формула для расчета этой
температуры:
Тк(max) = 6 • 102(c/g2'4; (4)
2) шумовая температура индустриальных помех занимает широкий диапазон значений: Ти = 107...102K . Однако для малонаселенных районов ее величина относительно невелика: Ти = 103...102K ;
3) шумовые температуры остальных составляющих намного ниже космических и индустриальных помех:
Тат < 102 K; Тс « 0K; Тш < 10K;
Çp(T3 + Та3 ) « 60K; То5 « 0K .
Шумовые температуры АФУ (с учетом типичного значения КПД т]2 = т]Агцфг = 0,7 • 0,5 = 0,35) и приемника в этом диапазоне составляют:
Тафу = То(1 -Ъ) « 190K; ТПрМ < 200K. (5)
Отсюда следует, что яркостная шумовая температура в диапазоне пониженных частот определяется космическими и индустриальными шумами: Тя « Тк + Ти.
Анализ этих температур показывает, что в диапазоне ССС с пониженными частотами (f0 «30...100МГц) яркостная шумовая температура в диапазоне пониженных частот определяется космическими шумами:
Тя « тк (тах) « 6 • 102(с/д24. (6)
С учетом выражения (6) и шумовых температур (5) антенно-фидерного устройства ( ТАФУ) и приемника (ТПРМ) в диапазоне f0 = 30...100 МГц выражение для эффективной шумовой температуры приемной системы сводится к виду
ТЭ = ЪТя + ТАФУ + ТПРМ « ЪТК = 2 • 102(с/д2'4, (7)
где ъ2 « 0,35; Тя « 105...103К; ТАФУ « 190°К; ТПРМ «200°К. Таким образом, можно сделать вывод, что в ССС с пониженными частотами (f0 «30...100МГц) мощность шумов на входе приемника ( P0 ~ТЭ) и эквивалентная шумовая температура приемной системы ТЭ определяются космическими помехами (7) ТЭ « г/2Тк ~ 1/f02,4 и составляют
ТЭ « 5• 104...3• 103 К .
Таким образом, мощность шумов на входе приемника и эквивалентная шумовая температура в основном определяется космическими проблемами.
Список литературы:
1. Мешалкин В.А., Сосунов Б.В., Филиппов В.В. Поля и волны в задачах разведза-щищенности и радиоэлектронной защиты систем связи. - СПб.: ВАС, 1993. - 332 с.
2. Сенокосова А.В., Солчатов М.Э., Стрекалов А.В., Чипига А.Ф. Математическая модель ионосферы для оценки поглощения радиоволн в системах космической связи // Инфокоммуникационные технологии. - 2006. - Т. 4, № 1. - С. 77-82.
3. Чипига А.Ф., Сенокосова А.В. Защита информации в системах космической связи за счёт изменения условий распространения радиоволн // Космические исследования. - 2007. - Т. 45, № 1. - С. 59-66.
List of references:
1. Meshalkin V. A., Sosunov B. V., Filippov V. V. Fields and waves in the tasks of intelligence security and radio electronic protection of communication systems. - SPb, VUS, 1993. - 322 p.
2. Senokosova A.V., Solchatov M.E., Strekalov A.V., Chipiga A.F. Mathematical model of the ionosphere for the estimation of absorption of radiow a yes in systems of space communication. // Infocommu-nication technology 2006. Part 4. № 1. P. 77-82.
3. Chipiga A.F., Senokosova A.V. Information protection in space communication systems using changes in radio wave propagation conditions // Cosmic Research. - 2007. - Т. 45, № 1. - P. 59-66.
