Антенные системы

Антенна - необходимый атрибут любой земной спутниковой станции. Антенная система ЗССС включает следующие компоненты:

1. Зеркальную систему (основной рефлектор, вспомогательный рефлектор с элементами крепления для двухзеркальных антенн);

2. Систему облучателя с элементами крепления;

3. Антенно-фидерный тракт (комбайнер/диплексор, режекторные фильтры, кабели и волноводы);

4. Основание антенны (опора);

5. Дегидратор (как опция);

6. Систему наведения и слежения (как опция);

7. Систему антиобледенения и обогрева основного и вспомогательного рефлекторов, облучателя (как опция).

Антенны малых земных и VSAT (V ery S mall A perture T erminal - Малые спутниковые наземные станции) станций имеют небольшие размеры (диаметром до 3,8 метров). Антенны центральных (HUB) станций имеют диаметры от 4,5 метров. При создании ЗССС возникает вопрос выбора антенны. Можно рекомендовать следующую последовательность действий:

1. Произвести энергетический расчет спутниковой линии на основе реальных параметров планируемого к использованию транспондера и, задав требуемое отношение сигнал/шум на входе приемника (демодулятора) определить, какой должна быть добротность приемной антенны при работе на прием и ЭИИМ (Э квивалентная И зотропно И злучаемая М ощность) несущей при работе на передачу.

2. Подобрать такую антенну, у которой коэффициент усиления, температура шума и потери в фидере позволяют получить требуемую добротность при выбранной температуре шума LNA или LNB для заданного угла места. В этой связи важными критериями качества антенны, наряду с коэффициентом усиления, являются температура шума антенны и потери в фидере.

3. Зная коэффициент усиления на передачу для выбранной антенны, потери в тракте, требуемый запас и необходимое отступление от насыщения, определить мощность передатчика ЗССС.

4. На основании полученных данных провести оптимизацию параметров оборудования. Например, увеличение диаметра антенны позволит уменьшить требуемую мощность передатчика.

Особенно внимательно следует подходить к выбору антенны при необходимости работы с низкими углами места. Это углы менее 5° для C-диапазона и 10° для Ku-диапазона. При таких углах места существенное влияние оказывают потери сигнала в атмосфере, явление рефракции и увеличение шумовой температуры антенны за счет попадания поверхности земли в ближние боковые лепестки диаграммы направленности. Для указанных мест необходимы антенны с минимальным уровнем боковых лепестков диаграммы.

В зависимости от расположения и применения предлагаются различные варианты исполнения оснований (опор) антенн. Основания антенн могут быть для фиксированного наведения с установкой на бетонной площадке, на металлоконструкции, на крыше или стене здания и т.п. или моторизованные, с возможностью перенацеливания и слежения за спутником. Критерием выбора фиксированного или моторизованного основания является требование к антенной системе ЗССС обеспечить изменение уровня передаваемого сигнала за счет неточности наведения не более 0,5 - 1,0 дБ. При необходимости используется система наведения и слежения антенны. В спутниковой системе с поляризационным уплотнением к антенной системе предъявляются повышенные требования по кроссполяризационной развязке (для линейной поляризации) и коэффициенту эллиптичности (для круговой поляризации). Эти требования касаются качества изготовления поверхности зеркала и качеству фидера. При установке усилителя в помещении и наличии длинного волновода между усилителем и диплексором антенны, в системе необходим дегидратор, осушающий воздух в передающем волноводе и предотвращающий электрический пробой в волноводе, и выход из строя передатчика. Основными параметрами антенн являются диапазон рабочих частот, коэффициент усиления на передачу и прием, ширина диаграммы направленности, поляризационная развязка, шумовая температура и потери в фидере. Характеристики антенн могут оказывать существенное влияние на эффективность применения и состав оборудования земной станции.

5.12.3 Усилители мощности, преобразователи и трансиверы

Усилитель мощности является обязательным компонентом земной станции спутниковой связи (ЗССС). Существуют два класса усиливающих устройств - ламповые и твердотельные (полупроводниковые). Полупроводниковые усилители обладают целым рядом преимуществ перед ламповыми, но проигрывают ламповым по максимальной мощности. Причем граница такого разделения не постоянна. Максимальная мощность полупроводниковых усилителей с каждым годом становятся все больше. На сегодняшний момент она составляет 250 Вт в Ku-диапазоне и 1000 Вт в С - диапазоне. Можно добиться более высоких мощностей за счет применения схем сложения. Такие мощности перекрывают практически любые потребности ЗССС, за исключением очень крупных телепортов, перед которыми стоит задача работы со всеми транспондерами спутника через один усилитель.

Компания SYRUS SYSTEMS ориентируется на поставки полупроводниковых усиливающих устройств фирмы Advantech AMT. В линейку таких устройств входят усилители (SSPA), усилители-преобразователи (SSPB/BUC) и трансиверы. Устройства всех типов являются широкополосными и выпускаются для разных диапазонов:

С - диапазон:

1. 5,850 - 6,425 ГГц (стандартный).

2. 6,425 - 6,725 ГГц (Palapa).

3. 6,725 - 7,025 ГГц (Insat).

4. 5,850 - 6,725 ГГц (расширенный).

Ku - диапазон:

1. 14.0 - 14.5 ГГц (стандартный).

2. 13.75 - 14.5 ГГц (расширенный).

Кроме того, производятся изделия X и DBS (от 11,8 до 12,5 ГГц) - диапазонов, а также заказные изделия с расширенными или смещенными диапазонами по спецификации заказчика. В отличие от усилителей мощности (SSPA), усилители-преобразователи частоты (SSPB) имеют в своем составе встроенный преобразователь частоты (ПЧ) «вверх» L-диапазона (IFL) в С или Ku-диапазон. В остальном оба типа устройств идентичны, имеют одинаковое конструктивное исполнение и выходные мощности. Устройства имеют как стоечное исполнение, для работы внутри помещений, так и наружное (HUB-mount), для установки под открытым небом на антенне или около нее. Во втором случае они снабжены специальным влагозащищенным корпусом и работают в расширенным диапазоне температур (стандартно от -30°С до +50°С, но имеются опции от -40°С и от -50°С).

Трансивер является устройством внешнего исполнения, совмещающим в себе передающую и приемную части. Задачей трансивера является преобразование сигнала ПЧ в радиочастоту С или Ku-диапазонов, усиление и выдачу в антенно-фидерный тракт, прием и преобразование радиочастотных (РЧ) сигналов в сигналы ПЧ. В качестве ПЧ в трансиверах используется L-диапазон, а также ПЧ 70 / 140 МГц.

Первый вариант трансивера - двухблочная конструкция, состоящая из внешнего LNB и блока усилителя-преобразователя частоты «вверх» и «вниз». Примером такого устройства является AWMT-2000K. В этом варианте IFL выход LNB подключается к блоку усилителя, получает от него питание и сигнал опоры. Блок усилителя имеет встроенный преобразователь частоты «вверх» из ПЧ 70/140 МГц в РЧ С или Ku-диапазона и преобразователь частоты «вниз» из IFL в ПЧ 70/140 МГц. Подключение трансивера к каналообразующему оборудованию осуществляется по кабелям ПЧ 70/140 МГц. Внешнее управление трансивером производится по интерфейсу RS232/RS485. Трансивер имеет встроенное микропроцессорное управление и может резервироваться по схеме 1:1. Диапазон выходных мощностей - от 1 до 50 Вт и более.

Второй вариант трансивера - моноблочная конструкция, имеющая в своем составе поляризатор, диплексер (OMT), Rx/Tx фильтры, PLL LNB и BUC. Вход трансивера имеет круглый волноводный фланец и непосредственно подключается к облучателю антенны. Настройка и смена поляризации осуществляется поворотом моноблока вокруг продольной оси. Трансивер работает с ПЧ L-диапазона ( промежуточная частота от 950 до 2150 МГц ). Для работы необходим сигнал опоры 10 МГц. Примером такого трансивера является AWMB-LK имеющий выходную мощность 1 - 4 Вт в Ku-диапазоне. Имеется также вариант моноблочного трансивера AWMB-7K для работы с ПЧ 70 / 140 МГц. Благодаря малым размерам, легкости и простоте установки трансиверы наиболее часто применяются в составе земных станций типа VSAT.

5.12.4 Спутниковые модемы и терминалы.

Спутниковый модем входит в состав земной станции спутниковой связи (ЗССС) и представляет собой устройство для преобразования потока цифровых данных от наземных интерфейсов в радиочастотные сигналы промежуточной частоты, пригодные для дальнейшей передачи через спутниковые ретрансляторы и обратного преобразования. Модем состоит из двух частей - модулятора и демодулятора. Еще недавно модемы подразделялись на низкоскоростные, средне и высокоскоростные. Для каждого диапазона скоростей производились свои модели модемов (например, DMD2401, DMD15). Остальные параметры для каждой модели, как правило, являлись опционными и не зависели от скорости модема. Так для модема любого диапазона скоростей можно было заказать опции кодирования по Риду-Соломону, ПЧ 70/140 МГц или L-диапазона и т.д. В последнее время у разных производителей появились модемы, допускающие конфигурирование под определенный состав параметров с помощью очень ограниченного числа опционных модулей и большого числа программно включаемых опций. Ярким представителем модемов нового поколения является спутниковый модем DMD20 компании Radyne ComStream.

Модемы имеют ряд параметров, определяющих возможность их работы с наземным оборудованием и спутниковыми каналами и требующих грамотного выбора. Частота ПЧ модема выбирается в зависимости от того, с каким спутниковым ретранслятором планируется работа. При работе ЗССС на одном ретрансляторе (стволе) с полосой до 36 МГц можно применять ПЧ 70+18 МГц, для ретрансляторов с полосой 72 МГц желательно использовать модемы с ПЧ 140+36 МГц. Для ПЧ 70/140 МГц в состав ЗССС обязательно входят преобразователи частоты, а если работа ведется в нескольких стволах, то преобразователей должно быть несколько. В этом случае, а также для работы в составе VSAT станции, можно рекомендовать использование ПЧ L-диапазона. Это позволяет, при использовании LNB и SSPB/BUC, обойтись без преобразователей частоты и работать во всем спутниковом диапазоне.

Другим параметром является тип модуляции. Это может быть BPSK, QPSK, 8PSK или 16QAM. Наилучшую помехозащищенность имеет модуляция BPSK, в то время как модуляция 16QAM позволяет максимально экономно использовать арендуемую на спутнике полосу частот. На практике, наиболее распространенной является модуляция QPSK. 16QAM может использоваться только на ЗССС с антеннами больших диаметров. Все чаще применяется модуляция 8PSK, хотя это требует тщательного расчета спутниковой линии связи. С целью повышения помехоустойчивости, информация подвергается

кодированию. Последовательный способ кодирования не нашел широкого применения. Наиболее распространенным является сверточное кодирование по Витерби или связка кодирования по Витерби с блочным кодированием по Риду-Соломону. Кодирование позволяет получить существенный выигрыш по помехозащищенности канала. В последнее время на смену кодированию по Витерби и Риду-Соломону пришло турбокодирование (алгоритмы кодирования, использующий для передачи информации не только временное, но и пространственное измерение). Применение турбокодов позволяет еще более повысить помехозащищенность и уменьшить задержки, присущие прежним способам. Турбокодеки могут работать с любым типом модуляции. В зависимости от того, с каким наземным оборудованием работает модем, он должен иметь соответствующий интерфейс. Это может быть RS422/449, RS232, V.35, G.703, DVB ASI, DVB SPI а также такие расширенные возможности, как функция Drop&Insert (режим выделения-вставки данных) и функция служебного канала (overhead - дополнительный).

Необходимо отметить способы управления модемом. Это может быть традиционное управление с передней панели, консольное управление по интерфейсу RS232 и дистанционное управление по интерфейсу RS485. В модемах последнего поколения появились Ethernet порты управления, а модемы поддерживают SNMP протокол. Существуют модемы, которые могут поставляться без передних панелей и управляются через систему управления сетью. Это, например, модем ST2048 компании Advantech AMT. Для дистанционного и локального управления модемами может применяться система управления AMFICOM-SAT. При заказе спутникового модема необходимо указывать номинал ПЧ, скорость и тип интерфейса пользовательских данных, вид помехоустойчивого кодирования и требуемый способ модуляции.

Модемы являются основной частью для построения информационных платформ на закрепленных каналах и в гибридных сетях спутниковой связи. Для построения ассиметричных высокоскоростных спутниковых каналов применяются модуляторы и демодуляторы. Раздельное применение этого оборудования позволяет строить экономичные спутниковые сети. Наибольшее применение модуляторы и демодуляторы находят при построении станций спутникового вещания и передачи данных в стандарте DVB. Для этой цели могут применяться устройства DM240 и DD240.

Для повышения надежности спутниковых каналов ЗССС применяется резервирование. Резервирование осуществляется с помощью переключателей резервирования модемов, переключающих интерфейсную и радио части неисправных модемов на резервный модем. Резервирование возможно по схеме 1:1 (переключатель RCS11) или M:N (переключатель RCS20). С помощью этих же устройств резервируются модуляторы и демодуляторы.

Спутниковый терминал, дополненный приемо-передающей антенной, представляет собой законченный комплект оборудования для построения одноканальных ЗССС. В состав спутникового терминала входит спутниковый модем с дополнительными функциями подачи питания и опорного сигнала на радиочастотный модуль (RFT) и сам радиочастотный модуль наружного использования, состоящий из трансивера или SSPB/BUC и LNB. Наращивание выходной мощности терминала обеспечивается подключением дополнительного твердотельного усилителя мощности (booster). Спутниковый терминал используется совместно с антеннами малых земных и VSAT станций. К основным преимуществам терминала следует отнести небольшие размеры, простоту установки и подключения. Он может быть использован в каналах точка-точка для сбора и распределения данных, сельской связи, выделенных сетях, аварийной связи с быстрым откликом, системах с пунктами продаж, вещательной связи и традиционного речевого трафика.

Поиск по сайту: