Абсолютный новичок: связь для лунохода, первый подход

[avmich]

Мда, похоже, EME-калькулятор всё же для людей, хорошо владеющих специческими знаниями относящимися к EME. Не получается его использовать .

[Sergi]

Ресивер бэндвиз - полоса пропускания приемника. Расчет, как я понимаю, делается для однотонового (телеграфного) сигнала при полосе пропускания 120Гц, т.е. там считают с/ш в узкой полосе...

[avmich]

То есть, полезный сигнал занимает полосу пропускания 120 Гц, в случае установок по умолчанию EME-калькулятора. А мне, видимо, надо ставить 500 кГц?.. Как это значение можно поставить в этой программе? Там нельзя просто набрать число.

[Sergi]

Почитай хелп (если есть) или напиши автору. В любом случае эта программа пока бесполезна из-за того, что считает путь к Луне и обратно , принимая Луну как ПАССИВНЫЙ отражатель.

Для начала, думаю, стОит найти формулу расчета потерь сигнала в космосе, расстояние до Луны известно. Это даст грубый расчет энегретики, потом нужно будет учесть потери в атмосфере и т.п.

[avmich]

Хорошо, давайте попробуем от азов.

Как мне кажется, относящаяся к делу формула - Шеннона-Хартли (http://en.wikipedia.org/wiki/Shannon%E2%80%93Hartley_theorem):

C = B log_2 (1 + S/N)

здесь C - пропускная способность канала в битах в секунду, B - ширина полосы пропускания канала в Гц, S - полная мощность сигнала на всей полосе пропускания, в Вт, N - мощность сигнала на всей полосе, в Вт.

Если я считаю, что мне нужна пропускная способность - C - 256 000 бит/с, а полоса - B - 500 000 Гц, и полезная мощность моего сигнала - 10 Вт, то получается, что шумы на моём канале не должны превышать S / (2^(C/B) - 1) = 10 / (2^0,5 - 1) = 24,1 Вт.

Теперь надо найти оценку шумов на пути Луна-Земля. Вот здесь - http://en.wikipedia.org/wiki/Path_loss - есть такое замечание:

"In free space the path loss increases with 20 dB per decade (one decade is when the distance between the transmitter and the receiver increases ten times) or 6 dB per octave (one octave is when the distance between the transmitter and the receiver doubles). This can be used as a very rough first-order approximation for SHF (microwave) communication links;"

Насколько я понимаю, это значит, что шумы можно оценивать по степени расходимости пучка, в первом приближении. Так?

[RD3ACM]

Считать надо мощности сигнала и шума на входе приемника.

Простенький пример расчета - в прикрепленном файле. Учитывается только усиление антенн, расстояние, чисто тепловые шумы самого приемника. Реально нужно учитывать затухание сигнала в атмосфере, реальные шумы приемника, шум луны (а возможно и некоторых звезд), шум атмосферы. Нужен запас по соотношению сигнал/шум. Ну в общем для оценки должно быть нормально (реально нужно будет увеличивать мощность передатчика раза в 3, а лучше в 4).

Рабочую полосу частот можно выбирать любую. Но под широкополосный сигнал сложнее получить разрешение (а его, по моему, получить просто нереально). И аппаратура сложнее.

Диапазон 10 ГГц очень непростой. Передатчик мощностью 10 Ватт обойдется довольно дорого. Кстати, есть ли транзистор способный отдавать 10 Вт на 10 ГГЦ? Диапазон 2.4 ГГц заметно проще, но купить детали в розницу тоже непросто.

В целом, думаю ни у кого из местных форумчан приемлемой для таких целей аппаратуры нет. Нужна приемная антенна диаметром более 6 метров (для частоты 2.4 ГГц). Для связей через луну это перебор.

[Sergi]

Давайте еще проще, я сам часто путаюсь в этих децибельных отношения к разным величинам...

http://www.comsearch.com/satellite/tools_fsl.jsp
http://referencedesigner.com/rfcal/cal_06.php
http://banzinet.co.za/freespacecalc.htm

Этими онлайн калькуляторами можно посчитать приблизительную потерю сигнала на определенной частоте и расстоянии до Луны в ~380000км.

Потом нужно прикинуть энергетику с учетом чувствительности приемников, мощности передатчиков и усиления антенн, посторонних шумов...

[RD3ACM]

То, что находится по этим ссылкам я не понимаю. Почему потери в вакууме зависят от частоты? Возможно, дело в том, что чем выше чатота, тем меньше размер антенны одной и той же конструкции. И тем с меньшей площади антенна собирает излучение...

[avmich]

Похоже, приложенный экселевский файл - то, что сейчас надо .

Из трёх листов сначала глянем на второй - расчёт диаметра параболической антенны. Согласно этому листу, получается, что при диаметре D=0,6 м, частоте F=2,4е9 Гц и коэффициенте использования a=0,5 (что это за коэффициент? Общие потери?..) усиление K, в dBi, получается

K = 10 * log_10 (4 * pi^2 * (D/2)^2 / (lam^2) * a) = 20,6 dBi

здесь lam = длина волны, равная c/F = 0,12 м, pi = 3,14159..., c - скорость света, 2,99е8 м/с.

Это, как я понимаю, коэффициент усиления антенны в максимуме диаграммы направленности. Ширина главного лепестка диаграммы - w - равна, в радианах

w = lam / D = 0,21 рад или 11,9 градусов

Просьба подтвердить, что этот расчёт я понял правильно

[avmich]

Почему потери в вакууме зависят от частоты?

Я тоже не понимаю, по какой модели эти калькуляторы считают free path loss. Для 10 ГГц и расстояния 406000 км - это максимальное расстояние до Луны - они выдают 224,57 dB потерь. Для 2,4 ГГц - 212,17 dB. А почему - не говорят.

[Sergi]

А VK3UM калькулятор что говорил по потерям при одинаковом усилении антенн и разных диапазонах? (у меня он не стоит сейчас, подскажите те, у кого он под руками)

[RD3ACM]

VK3UM калькулятор говорит, что при уменьшении длины волны в двое, Path Loss увеличивается на 6db.
Только я бы не называл это потерями. Просто с уменьшением длины волны приемная антенна становиться меньше (при одном и том же коэффициенте усиления). Соответственно, она собирает энергию излучения с меньшей площади.

Не совсем сходятся расчеты пораболической антенны в этом калькуляторе с моими.
Частота 2.4 ГГц, диаметр антенны 0.6 м, КПД(КИП) 0.5

	Мои расчеты	VK3UM
K, dBi	20.6	19.5
Beam width (3dB), degree	12	16.4

По какой формуле считает VK3UM?

[RD3ACM]

Используемые мною формулы для расчета коэффициента усиления параболической антенны и ширины главного лепестка диаграммы направленности - приближенные. В них предполагается, что размер параболы много больше длины волны.

Если расчитывать антенну диаметром 10м (для 2.4 ГГц), коэффициент усиления по использованным мною формулам практически совпадает с калькулятором VK3UM.

А вот ширина главного лепестка все равно отличается приблиительно в 1.22 раза. Похоже у VK3UM ошибка. Ширина главного лепестка у него считается по нулю (минус бесконечность в dB) диаграммы направленности, а не по -3dB, как заявляется.

Всетаки, кто-нибудь может быть подскажет более точную методику расчета? Врочем и той что есть можно пользоваться при диаметре зеркала более чем в 10 раз большей длины волны.

Для avmich-а.
a=0.5 - Да. Можно считать что это общий КПД антенны. Я встречал утверждение, что для реальных антенн 4.5<a<6 .

[valevy]

Подозреваю что программа считающая путь туда-обратно в данном случае непременима вообще, Луна-же не является направленным рефлектором,что она там отражает, и куда отражает известно одному Богу, что-то мне подсказывает что 10вт посланные с Луны направленной антеной в результате дадут много большее чем многокилловатное EME.
Геостационар(satcom) висящий в 40000 км ловится портативкой(FT-60) на резинку вообще не расчитанной на работу в этих диапазонах (255МГц),Луна конечно в 10 раз дальше, но ведь это 10 раз открытого космоса не так-то и много по потерям,да и никто-же в конце-концов не собирается принимать этот сигнал на портативку.

Прошу не судить строго если в чём-то заблуждаюсь,я всего-лишь высказываю свои предположения... RN3AVW

[avmich]

Почитал спецификации WiFi. Один из диапазонов - 5,8 ГГц; из оборудования для такой частоты есть вот такой усилитель, вроде бы выдаёт 5 Вт в антенну при КПД не меньше 25% и весе 250 г:

http://www.bhphotovideo.com/c/product/505694-REG/RF_Video_AMP_7000_X_AMP_7000_X_High_Power_5_Watt.html#specifications