ΔΟΡΥΦΟΡΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΕΙΡΑΙΩΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΩΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΚΑΙ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ ΤΜΗΜΑ ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΔΟΡΥΦΟΡΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Διδάσκων: Δρ. Εμμανουήλ Θ. Μιχαηλίδης Διάλεξη #4 Δομή και Βασικά Τμήματα Συστημάτων Δορυφορικών Επικοινωνιών

2 Περιεχόμενα Μαθήματος 2 ΜΕΡΟΣ 1 ο : Εισαγωγή και Ανασκόπηση Βασικών Εννοιών ΜΕΡΟΣ 2 ο : Δορυφορικές Τροχιές ΜΕΡΟΣ 3 ο : Δομή και Βασικά Τμήματα Συστημάτων Δορυφορικών Επικοινωνιών ΜΕΡΟΣ 4 ο : Φαινόμενα και Μηχανισμοί Διάδοσης ΜΕΡΟΣ 5 ο : Ανάλυση και Σχεδίαση Δορυφορικών Ζεύξεων ΜΕΡΟΣ 6 ο : Τεχνικές Μετάδοσης ΜΕΡΟΣ 7 ο : Τεχνικές Πολλαπλής Πρόσβασης

3 Αρχικός Προγραμματισμός Κάλυψης της Ύλης του Μαθήματος 3 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΔΙΑΛΕΞΕΙΣ ΜΕΡΟΣ 1 ο 1 ΜΕΡΟΣ 2 ο 2-3 ΜΕΡΟΣ 3 ο 4-5 ΜΕΡΟΣ 4 ο 6-7 ΜΕΡΟΣ 5 ο 8-9 ΜΕΡΟΣ 6 ο ΜΕΡΟΣ 7 ο 12-13

4 Τηλεπικοινωνιακοί Δορυφόροι (1/2) 4 Σχεδιάζονται συνήθως για να έχουν μια τυπική λειτουργική διάρκεια ζωής ετών. Προκειμένου να υποστηριχθεί το σύστημα επικοινωνιών, ο δορυφόρος πρέπει: Να παρέχει μια σταθερή πλατφόρμα στην οποία να εγκατασταθούν οι κεραίες Να είναι ικανός για διατήρηση θέσης Να παρέχει την απαιτούμενη ηλεκτρική ισχύ για το σύστημα επικοινωνιών Να παρέχει ένα περιβάλλον ελεγχόμενης θερμοκρασίας για τα ηλεκτρονικά όργανα επικοινωνιών.

5 Τηλεπικοινωνιακοί Δορυφόροι (2/2) 5 Ένα δορυφορικό επικοινωνιακό σύστημα απαρτίζεται από δύο βασικά τμήματα, το επίγειο και το δορυφορικό τμήμα, κάθε ένα από τα οποία αποτελεί το ένα από τα δύο επικοινωνιακά άκρα. Το επίγειο τμήμα περιλαμβάνει τους επίγειους σταθμούς, που μπορεί να είναι κινητοί, εγκατεστημένοι σταθερά σε κάποια περιοχή της Γης, εναέριοι ή θαλάσσιοι. Το δορυφορικό τμήμα αποτελείται από τους δορυφόρους, καθώς επίσης και τις επίγειες εγκαταστάσεις που χρειάζονται, για να διατηρούν τις λειτουργίες των δορυφόρων.

6 Επίγειο Τμήμα (1/3) 6 Το επίγειο τμήμα στοχεύει στην επικοινωνία με έναν ή περισσότερους, επανδρωμένους ή μη δορυφορικούς σταθμούς ή και στην επικοινωνία με έναν ή περισσότερους επίγειους σταθμούς μέσω της δορυφορικής ζεύξης. Υπάρχουν και περιπτώσεις όπου το επίγειο τμήμα, όσον αφορά τη λειτουργία, είτε μόνο λαμβάνει είτε μόνο εκπέμπει προς το αντίστοιχο δορυφορικό τμήμα. Η απόσταση μεταξύ επίγειου και δορυφορικού σταθμού ποικίλει ανάλογα με το είδος του δορυφορικού συστήματος.

7 Επίγειο Τμήμα (2/3) 7 Τα κύρια υποσυστήματα ενός επίγειου σταθμού περιλαμβάνουν: Tον πομπό: H πολυπλοκότητα του εξαρτάται από τον αριθμό των συχνοτήτων των φερόντων και τον αριθμό των δορυφόρων που διαχειρίζεται ο επίγειος σταθμός. Τον δέκτη: H πολυπλοκότητα του εξαρτάται από τον αριθμό των συχνοτήτων και των δορυφόρων και το σύστημα της κεραιοδιάταξης. Το τμήμα ιχνηλάτησης (tracking): Εξασφαλίζει ότι η κεραία του επίγειου σταθμού σκοπεύει προς τον δορυφόρο. Το τμήμα παροχής ηλεκτρικής ισχύος: Αποτελεί την πηγή ενέργειας όλων των συστημάτων του επίγειου σταθμού.

8 Επίγειο Τμήμα (3/3) 8 Επίγειος Σταθμός Θερμοπυλών (Εγκαινιάστηκε στις 6/5/1970)

9 Δορυφορικό Τμήμα 9 Το εξωτερικό μέρος του δορυφόρου αποτελείται από το υποσύστημα κεραιών, τα ηλιακά πάνελς και το εξωτερικό περίβλημα του σώματος του δορυφόρου. Τα υποσυστήματα του δορυφορικού τμήματος είναι τα εξής: Υποσύστημα Ελέγχου και Προσανατολισμού Τροχιάς Υποσύστημα Τηλεμετρίας, Ιχνηλάτησης, Εντολών και Ελέγχου (TTC&Μ) για τη διατήρηση της τροχιακής θέσης και της ορθής λειτουργίας του δορυφόρου στο διάστημα. Υποσύστημα Ισχύος Υποσύστημα Επικοινωνιών Δορυφορικές Κεραίες

10 Υποσύστημα Ελέγχου και Προσανατολισμού Τροχιάς (1/9) 10 Περιλαμβάνει τα κυκλώματα του δορυφόρου για τον έλεγχο της λειτουργίας του. Οι έλεγχοι αυτοί αφορούν κυρίως τη θέση του δορυφόρου στην τροχιά και τον προσανατολισμό του. Ο προσανατολισμός και η τροχιά ενός δορυφόρου πρέπει να ελέγχονται, ώστε οι κεραίες του να δείχνουν προς τη γη κι έτσι ο χρήστης να γνωρίζει πού να ψάξει στον ουρανό για τον δορυφόρο. Τον προσανατολισμό και την τροχιά του δορυφόρου τείνουν να αλλάξουν τα βαρυτικά πεδία ήλιου και σελήνης, οι ανωμαλίες στο βαρυτικό πεδίο της γης, η ηλιακή πίεση και οι μεταβολές στο μαγνητικό πεδίο της γης.

11 Υποσύστημα Ελέγχου και Προσανατολισμού Τροχιάς (2/9) 11 Tο σύστημα Ελέγχου και Προσανατολισμού της Τροχιάς (Attitude and Orbital Control Systems AOCS) περιλαμβάνει: Πυραυλοκινητήρες για την επαναφορά του δορυφόρου στη σωστή τροχιά, όταν εξωτερικές δυνάμεις τον αναγκάζουν να διολισθήσει εκτός θέσης Ακροφύσια αερίου ή συσκευές αδρανείας που ελέγχουν τον προσανατολισμό του δορυφόρου. Ariane 5 heavy-lift launch vehicle (HLV) AOCS Thruster Cluster

12 Υποσύστημα Ελέγχου και Προσανατολισμού Τροχιάς (3/9) 12 Ορίζουμε ένα καρτεσιανό σύστημα (X R, Y R, Z R ) με τον δορυφόρο στην αρχή. Εφαρμόζουμε τον κανόνα του δεξιόστροφου κοχλία. Ο άξονας Z R κατευθύνεται προς το κέντρο της γης και βρίσκεται στο επίπεδο της τροχιάς του δορυφόρου. Ευθυγραμμίζεται κατά μήκος της τοπικής κατακορύφου στο SSP. Ο άξονας X R βρίσκεται στο τροχιακό επίπεδο. Ο άξονας Y R είναι κάθετος στο τροχιακό επίπεδο. Η περιστροφή ορίζεται ως roll γύρω από τον άξονα X R, pitch γύρω από τον άξονα Y R, και yaw γύρω από τον άξονα Z R.

13 Υποσύστημα Ελέγχου και Προσανατολισμού Τροχιάς (4/9) 13

14 Υποσύστημα Ελέγχου και Προσανατολισμού Τροχιάς (5/9) 14 Σταθεροποίηση μέσω περιστροφής: Το σώμα του δορυφόρου μπορεί να περιστρέφεται με ρυθμό rpm για να δημιουργεί μια γυροσκοπική δύναμη που παρέχει σταθερότητα του άξονα περιστροφής και που τον διατηρεί να σκοπεύει προς την ίδια κατεύθυνση. Ένας περιστρεφόμενος δορυφόρος (spinner) αποτελείται από ένα κυλινδρικό τύμπανο καλυμμένο με ηλιακά κύτταρα το οποίο περιέχει τα συστήματα ισχύος και τους πυραυλοκινητήρες. Το σύστημα επικοινωνιών τοποθετείται στην κορυφή του τυμπάνου.

15 15 Υποσύστημα Ελέγχου και Προσανατολισμού Τροχιάς (6/9) Σταθεροποίηση σε τρεις άξονες: O δορυφόρος μπορεί να σταθεροποιηθεί με έναν ή περισσότερους τροχούς στροφορμής (momentum wheels). Αυτός ονομάζεται δορυφόρος τριαξονικής σταθεροποίησης (three-axis stabilized satellite). Ο τροχός στροφορμής είναι συνήθως ένας συμπαγής μεταλλικός δίσκος που τίθεται σε κίνηση από έναν ηλεκτροκινητήρα. Αυξάνοντας την ταχύτητα περιστροφής του τροχού ο δορυφόρος μεταπίπτει προς την αντίθετη κατεύθυνση, σύμφωνα με την αρχή διατήρησης της στροφορμής.

16 Υποσύστημα Ελέγχου και Προσανατολισμού Τροχιάς (7/9) 16 Εάν ο δορυφόρος έχει ένα σύστημα σταθεροποίησης τριών αξόνων, το σχήμα του θα είναι ένα ορθογώνιο κουτί με ηλιακούς συλλέκτες, οι οποίοι προεξέχουν από δύο αντίθετες πλευρές.

17 Υποσύστημα Ελέγχου και Προσανατολισμού Τροχιάς (8/9) 17 Έλεγχος τροχιάς: Στην περίπτωση των γεωστατικών δορυφόρων, υπάρχουν διάφορες δυνάμεις που τείνουν να τον επιταχύνουν μακριά από την τροχιά του. Για να αντιμετωπιστεί αυτή η ολίσθηση και να διατηρούνται τα σφάλματα μικρά, προστίθεται στον δορυφόρο μία αντίθετα κατευθυνόμενη συνιστώσα ταχύτητας με τη χρήση προωθητήρων. Οι διορθώσεις αυτές καλούνται ελιγμοί διατήρησης θέσης. Οι ελιγμοί διαχωρίζονται σε ανατολικούς-δυτικούς (E-W) και βόρειους-νότιους (N S), ώστε σε διαστήματα 2 εβδομάδων να γίνονται πρώτα οι E W διορθώσεις και στη συνέχεια μετά από 2 εβδομάδες να γίνονται οι N S.

18 Υποσύστημα Ελέγχου και Προσανατολισμού Τροχιάς (9/9) 18 Παρεκκλίσεις της Τροχιάς των GEO Δορυφόρων

19 Υποσύστημα Τηλεμετρίας, Ιχνηλάτησης, Εντολών και Ελέγχου (1/4) 19 Το υποσύστημα αυτό βρίσκεται εν μέρει στον δορυφόρο και εν μέρει στον επίγειο σταθμό ελέγχου. Αποτελεί τμήμα του έργου της διαχείρισης του δορυφόρου, το οποίο περιλαμβάνει επίσης έναν επίγειο σταθμό, συνήθως αποκλειστικά για αυτό το έργο, και μια ομάδα προσωπικού.

20 Υποσύστημα Τηλεμετρίας, Ιχνηλάτησης, Εντολών και Ελέγχου (2/4) 20 Το σύστημα τηλεμετρίας στέλνει δεδομένα στον επίγειο σταθμό ελέγχου μέσω τηλεμετρικής ζεύξης με διαμόρφωση μετατόπισης φάσης (Phase Shift Keying PSK) και τεχνικές διαίρεσης χρόνου. Τα δεδομένα αυτά προέρχονται από αισθητήρες πάνω στον δορυφόρο που ελέγχουν την κατάσταση του. Το σύστημα ιχνηλάτησης βρίσκεται στον επίγειο σταθμό και παρέχει πληροφορίες για την απόσταση και τις γωνίες ανύψωσης και αζιμουθίου του δορυφόρου. Η επαναλαμβανόμενη μέτρηση αυτών των παραμέτρων δίνει τη δυνατότητα για τον υπολογισμό των τροχιακών στοιχείων και την ανίχνευση αλλαγών στην τροχιά.

21 Υποσύστημα Τηλεμετρίας, Ιχνηλάτησης, Εντολών και Ελέγχου (3/4) 21 Το σύστημα ελέγχου χρησιμοποιείται για τη διόρθωση της θέσης και του προσανατολισμού του δορυφόρου και για τον έλεγχο της σκόπευσης της κεραίας και της ρύθμισης του συστήματος επικοινωνιών, ώστε να υπάρχει προσαρμογή στις τρέχουσες απαιτήσεις της τηλεπικοινωνιακής κίνησης. Αισθητήρες ταχύτητας και επιτάχυνσης επί του δορυφόρου μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη διαπίστωση της αλλαγής στην τροχιά από την τελευταία γνωστή θέση.

22 Υποσύστημα Τηλεμετρίας, Ιχνηλάτησης, Εντολών και Ελέγχου (4/4) 22 Το σύστημα εντολών χρησιμοποιείται για την πραγματοποίηση αλλαγών στον προσανατολισμό και διορθώσεων στην τροχιά και για τον έλεγχο του επικοινωνιακού συστήματος. Κατά τη διάρκεια της εκτόξευσης, χρησιμοποιείται για τον έλεγχο της πυροδότησης του κινητήρα απογείου και για την αρχή περιστροφής ενός περιστρεφόμενου δορυφόρου ή για την επέκταση των ηλιακών ιστίων και των κεραιών ενός δορυφόρου τριαξονικής σταθεροποίησης.

23 Υποσύστημα Ισχύος (1/3) 23 Οι δορυφόροι επικοινωνιών αντλούν την ηλεκτρική ισχύ τους από τα ηλιακά κύτταρα (solar cells). Η ισχύς χρησιμοποιείται από το σύστημα επικοινωνιών, αλλά και από όλα τα άλλα ηλεκτρικά συστήματα στον δορυφόρο.

24 Υποσύστημα Ισχύος (2/3) 24 Στο απόλυτο κενό του απώτερου διαστήματος, σε γεωστατικό ύψος, η ακτινοβολία που πέφτει σε έναν δορυφόρο έχει ένταση 1.39 kw/m 2. Τα ηλιακά κύτταρα δεν μετατρέπουν όλη την προσπίπτουσα ενέργεια σε ηλεκτρική ισχύ. Η απόδοση είναι 20-25% αρχικά, αλλά μειώνεται με το χρόνο λόγω της γήρανσης των κυττάρων και της χάραξης της επιφάνειας από προσκρούσεις μικρομετεωριτών. Για επαρκή ισχύ στο τέλος της διάρκειας ζωής του δορυφόρου, συνήθως παρέχεται 15% πρόσθετη επιφάνεια ηλιακών κυττάρων για την αντιμετώπιση της γήρανσης.

25 Υποσύστημα Ισχύος (3/3) 25 Ο δορυφόρος πρέπει να φέρει μπαταρίες για να τροφοδοτούνται με ενέργεια τα υποσυστήματα κατά τη διάρκεια της εκτόξευσης και κατά τις εκλείψεις. Οι μπαταρίες είναι συνήθως τύπου νικελίου υδρογόνου, δεν εκπέμπουν αέρια κατά τη φόρτιση, έχουν καλή αξιοπιστία και μεγάλη διάρκεια ζωής και μπορούν να αποφορτιστούν ακίνδυνα στο 70% της χωρητικότητάς τους. Οι τυπικές τάσεις μπαταρίας είναι από 20 μέχρι 50 V με χωρητικότητες από 20 μέχρι 100 αμπερώρια.

26 Υποσύστημα Επικοινωνιών (1/23) 26 Ένας δορυφόρος επικοινωνιών παρέχει μια πλατφόρμα για την αναμετάδοση φωνής, βίντεο και δεδομένων. Όλα τα άλλα υποσυστήματα στο δορυφόρο απλά υποστηρίζουν το υποσύστημα επικοινωνιών. Ο επικοινωνιακός εξοπλισμός (ωφέλιμο φορτίο payload) αποτελεί μόνο ένα μικρό μέρος του βάρους, του όγκου και του κόστους όλου του δορυφόρου. Αποτελείται συνήθως από μία ή περισσότερες κεραίες, οι οποίες λαμβάνουν και εκπέμπουν σε μεγάλα εύρη ζώνης στις μικροκυματικές συχνότητες και από ένα σύνολο δεκτών και πομπών που ενισχύουν και αναμεταδίδουν τα εισερχόμενα σήματα.

27 Υποσύστημα Επικοινωνιών (2/23) 27 Ζώνες Ραδιοσυχνοτήτων

28 Υποσύστημα Επικοινωνιών (3/23) 28 Ζώνες Μικροκυματικών Συχνοτήτων

29 Υποσύστημα Επικοινωνιών (4/23) 29 Οι ζώνες συχνοτήτων που χρησιμοποιούνται για την πλειονότητα των υπηρεσιών επικοινωνιών για την άνω/κάτω ζεύξη είναι οι ζώνες: C (6/4 GHz) Ku (14/11 GHz) Ka (30/20 GHz) Η ζώνη C (6/4 GHz) παρέχει εύρος ζώνης (bandwidth) 1000 MHz σε κάθε κατεύθυνση (μετά από το World Administrative Radio Conference (WARC) της International Telecommunication Union (ITU) το 1979). Παρόμοιο εύρος ζώνης διατίθεται στη ζώνη Ku (14/11 GHz).

30 Υποσύστημα Επικοινωνιών (5/23) 30 Περίπου 2 GHz εύρους ζώνης διατίθενται για τα δορυφορικά συστήματα στη ζώνη Ka (30/20 GHz) σε αποκλειστική ή κοινή βάση, το οποίο ισούται με τις συνδυασμένες εκχωρήσεις των ζωνών C και Ku. Τα συστήματα στη ζώνη Ku (14/11 GHz) και τη ζώνη Ka (30/20 GHz) έχουν στενότερες δέσμες κεραίας και καλύτερο έλεγχο των διαγραμμάτων κάλυψης σε σχέση με τη ζώνη C (6/4 GHz). Ωστόσο, η βροχή δυσχεραίνει τη διάδοση σήματος σε συχνότητες άνω των 10GHz.

31 Υποσύστημα Επικοινωνιών (6/23) 31 Οι μονάδες δέκτη πομπού είναι γνωστές ως αναμεταδότες (transponders). Υπάρχουν δύο τύποι αναμεταδότη: Γραμμικός ή bent pipe αναμεταδότης που ενισχύει το λαμβανόμενο σήμα και το αναμεταδίδει σε μια διαφορετική, συνήθως χαμηλότερη, συχνότητα. Αναμεταδότης επεξεργασίας βασικής ζώνης (baseband processing transponder) που χρησιμοποιείται μόνο με τα ψηφιακά σήματα. Ο αναμεταδότης αυτός μετατρέπει το λαμβανόμενο σήμα σε σήμα βασικής ζώνης (το φασματικό του περιεχόμενο συγκεντρώνεται κοντά στη συχνότητα f = 0), το επεξεργάζεται και στη συνέχεια αναμεταδίδει ένα ψηφιακό σήμα.

32 Υποσύστημα Επικοινωνιών (7/23) 32 Οι δορυφορικοί αναμεταδότες έχουν περιορισμένη ισχύ εξόδου και οι επίγειοι σταθμοί είναι τουλάχιστον 36,000 km μακριά από τους γεωστατικούς δορυφόρους. Συνεπώς, η λαμβανόμενη στάθμη ισχύος είναι πολύ μικρή και σπάνια υπερβαίνει τα W. Για ικανοποιητική λειτουργία, η ισχύς του σήματος πρέπει να υπερβαίνει την ισχύ του θορύβου που παράγεται στον δέκτη κατά 5 έως 25 db, ανάλογα με το εύρος ζώνης του μεταδιδόμενου σήματος και του σχήματος διαμόρφωσης που χρησιμοποιείται. Με πομπούς χαμηλής ισχύος πρέπει να χρησιμοποιούνται στενά εύρη ζώνης δέκτη για να διατηρείται το απαιτούμενο signal-to-noise ratio (SNR).

33 Υποσύστημα Επικοινωνιών (8/23) 33 Οι πρώτοι τηλεπικοινωνιακοί δορυφόροι είχαν αναμεταδότες εύρους ζώνης 250 ή 500 MHz, κεραίες χαμηλού κέρδους και πομπούς με ισχύ εξόδου 1 ή 2 W. Ο δέκτης του επίγειου σταθμού δεν μπορούσε να επιτύχει αποδεκτό SNR (με χρήση του πλήρους εύρους ζώνης) με αποτέλεσμα το σύστημα να περιορίζεται ως προς την ισχύ (power limited). Οι επόμενες γενιές των τηλεπικοινωνιακών δορυφόρων είχαν αναμεταδότες με πολύ αυξημένη ισχύ εξόδου (μέχρι 200 W για δορυφόρους direct-broadcast satellite (DBS) TV) και βελτιώθηκε η αποδοτικότητα χρησιμοποίησης του εύρους ζώνης.

34 Υποσύστημα Επικοινωνιών (9/23) 34 Η συνολική χωρητικότητα ενός δορυφόρου που χρησιμοποιεί μια ζώνη εύρους 500 MHz στα 6/4 GHz μπορεί να αυξηθεί μόνο αν το εύρος ζώνης μπορεί να αυξηθεί ή να επαναχρησιμοποιηθεί. Η τάση στους δορυφόρους υψηλής χωρητικότητας ήταν η επαναχρησιμοποίηση των διαθέσιμων ζωνών με τη χρήση πολλών κατευθυντικών δεσμών (directional beams) στην ίδια συχνότητα (χωρική επαναχρησιμοποίηση συχνότητας, spatial frequency reuse) και ορθογωνικών πολώσεων στην ίδια συχνότητα (επαναχρησιμοποίηση συχνότητας πόλωσης, polarization frequency reuse).

35 Υποσύστημα Επικοινωνιών (10/23) 35 Τα σήματα που εκπέμπονται από έναν επίγειο σταθμό λαμβάνονται στον δορυφόρο από μια κεραία είτε δέσμης ζώνης (zone beam) είτε δέσμης σημείων (spot beam). Οι δέσμες ζώνης λαμβάνουν δέσμες σημάτων από οποιοδήποτε πομπό που εκπέμπει στην προκαθορισμένη ζώνη. Στις δέσμες σημείων ο δορυφόρος λαμβάνει φέροντα σήματα δέσμης σε μια συγκεκριμένη περιοχή κάλυψης. Το λαμβανόμενο σήμα συχνά οδηγείται σε δύο ενισχυτές χαμηλού θορύβου (low noise amplifiers LNA) και επανασυνδυάζεται στην έξοδό τους για την παροχή πλεονασμού (redundancy). Πλεονασμός παρέχεται οπουδήποτε η βλάβη ενός στοιχείου θα προκαλέσει την απώλεια ενός σημαντικού μέρους της τηλεπικοινωνιακής χωρητικότητας.

36 Υποσύστημα Επικοινωνιών (11/23) 36 Το εύρος ζώνης των 500 MHz χωρίζεται σε κανάλια, συχνά εύρους 36 MHz, τα οποία στη συνέχεια χειρίζεται ένας χωριστός αναμεταδότης. 500 MHz σε κάθε κατεύθυνση

37 Υποσύστημα Επικοινωνιών (12/23) 37 Ένας αναμεταδότης αποτελείται από: Ένα ζωνοπερατό φίλτρο (band-pass filter) για την επιλογή της ζώνης συχνοτήτων του συγκεκριμένου καναλιού Έναν υποβιβαστή συχνότητας (downconverter) για την αλλαγή της συχνότητας από 6 GHz στην είσοδο σε 4 GHz στην έξοδο και έναν ενισχυτή ισχύος εξόδου. Οι αναμεταδότες τροφοδοτούνται με σήματα από μία ή περισσότερες κεραίες λήψης και στέλνουν τις εξόδους τους σε μια μήτρα μεταγωγής (switch matrix) που κατευθύνει τη ζώνη συχνοτήτων κάθε αναμεταδότη στην κατάλληλη κεραία ή δέσμη κεραίας.

38 38 Υποσύστημα Επικοινωνιών (13/23)

39 Υποσύστημα Επικοινωνιών (14/23) 39 Τυπικά, ένας δορυφόρος υψηλής χωρητικότητας μεταφέρει 12 έως 44 ενεργούς αναμεταδότες. Πολλοί δορυφόροι που λειτουργούν στη ζώνη 6/4 GHz φέρουν 24 αναμεταδότες. Οι κεντρικές συχνότητες των αναμεταδοτών απέχουν 40 MHz, ώστε να υπάρχει δυνατότητα για ζώνες ασφαλείας στις άκρες των φίλτρων 36 MHz. Με 500 MHz διαθέσιμα, ένας δορυφόρος μιας πόλωσης μπορεί να χωρέσει 12 αναμεταδότες στη ζώνη. Όταν έχουμε επαναχρησιμοποίηση συχνοτήτων με ορθογωνικές πολώσεις, 24 αναμεταδότες μπορούν να φιλοξενηθούν στο ίδιο εύρος ζώνης των 500 MHz.

40 Υποσύστημα Επικοινωνιών (15/23) 40 Όταν περισσότερα από ένα σήματα μοιράζονται έναν αναμεταδότη (χρησιμοποιώντας FDMA) ο ενισχυτής ισχύος πρέπει να λειτουργεί κάτω από τη μέγιστη ισχύ εξόδου του προκειμένου να διατηρείται η γραμμικότητα και να μειώνονται τα προϊόντα ενδοδιαμόρφωσης (intermodulation). Ο βαθμός στον οποίο η ισχύς εξόδου του πομπού μειώνεται κάτω από την ανώτατη τιμή εξόδου του είναι γνωστός ως αναδίπλωση ισχύος εξόδου (output backoff). Η μείωση συνεπάγεται μειωμένο SNR στην κάτω ζεύξη.

41 Υποσύστημα Επικοινωνιών (16/23) 41 Ο HPA (High Power Amplifier) είναι συνήθως ένας ενισχυτής ισχύος στερεάς κατάστασης (solid state power amplifier, SSPA) εκτός αν απαιτείται μια πολύ υψηλή ισχύς εξόδου (>50 W), οπότε θα χρησιμοποιούνταν ένας ενισχυτής με λυχνία οδεύοντος κύματος (traveling wave tube amplifier, TWTA). Απλοποιημένος αναμεταδότης μονής μετατροπής (bent pipe) για τη ζώνη 6/4 GHz

42 Υποσύστημα Επικοινωνιών (17/23) 42 Πλεονασμός παρέχεται για τους HPA σε κάθε αναμεταδότη με τη συμπερίληψη μιας εφεδρικής TWT ή ενός SSPA που μπορούν να μεταχθούν στο κύκλωμα αν υποστεί βλάβη ο πρωτεύων HPA. Η διάρκεια ζωής των HPA είναι περιορισμένη και αντιπροσωπεύουν το λιγότερο αξιόπιστο στοιχείο στους περισσότερους αναμεταδότες. Η παροχή ενός εφεδρικού HPA σε κάθε αναμεταδότη αυξάνει πολύ την πιθανότητα να φθάσει ο δορυφόρος στο τέλος του λειτουργικού του χρόνου ζωής με όλους τους αναμεταδότες του να είναι ακόμα λειτουργικοί.

43 Υποσύστημα Επικοινωνιών (18/23) 43 Οι αναμεταδότες για χρήση στις ζώνες 14/11 GHz συνήθως υιοθετούν ένα σχήμα διπλής μετατροπής συχνότητας. Απλοποιημένος αναμεταδότης διπλής μετατροπής (bent pipe) για τη ζώνη 14/11 GHz

44 Υποσύστημα Επικοινωνιών (19/23) 44 Είναι ευκολότερο να κατασκευάσεις φίλτρα, ενισχυτές, και ισοσταθμιστές σε μια ενδιάμεση συχνότητα (IF) όπως 1100 MHz παρά στα 14 ή 11 GHz, κι έτσι το εισερχόμενο 14 GHz φέρον μετατρέπεται σε μια IF περίπου 1 GHz. Η ενίσχυση και το φιλτράρισμα εκτελούνται στο 1 GHz και ένα φέρον σχετικά υψηλής στάθμης μετατρέπεται ξανά στα 11 GHz για ενίσχυση από τον HPA.

45 Υποσύστημα Επικοινωνιών (20/23) 45 Σημαντική αύξηση στη χωρητικότητα ενός δορυφόρου επιτυγχάνεται με το συνδυασμό της επεξεργασίας επί του δορυφόρου με την τεχνολογία μεταγωγής δέσμης. Ένας δορυφόρος μεταγωγής δέσμης (switched beam) παράγει μια στενή δέσμη εκπομπής (και άρα υψηλού κέρδους) για κάθε επίγειο σταθμό με τον οποίο επικοινωνεί, και στη συνέχεια εκπέμπει διαδοχικά προς τον καθένα, χρησιμοποιώντας πολυπλεξία διαίρεσης χρόνου των σημάτων.

46 Υποσύστημα Επικοινωνιών (21/23) 46 Τα συστήματα μεταγωγής δέσμης στους γεωστατικούς δορυφόρους λειτουργούν καλύτερα στη ζώνη Ka όπου το μήκος κύματος είναι αρκετά μικρό ώστε οι περιορισμένες διαστάσεις των κεραιών στον δορυφόρο να εξακολουθούν να δίνουν τη δυνατότητα να παράγονται δέσμες με εύρος δέσμης μικρότερο από 0.4. Αναμεταδότης επεξεργασίας επί του δορυφόρου

47 Υποσύστημα Επικοινωνιών (22/23) 47 Στους δορυφόρους GEO και LEO χρησιμοποιούνται κεραίες πολλαπλών δεσμών με αναμεταδότες επεξεργασίας βασικής ζώνης παρέχοντας υπηρεσία σε κινητά τερματικά και φορητά τηλέφωνα. Το χαμηλό κέρδος της σχεδόν ομοιοκατευθυντικής κεραίας ενός κινητού επίγειου σταθμού πρέπει να αντισταθμίζεται από μια κεραία υψηλού κέρδους στον δορυφόρο, καθιστώντας αναγκαία τη χρήση κεραιών πολλαπλών δεσμών.

48 Υποσύστημα Επικοινωνιών (23/23) 48 Είναι δυνατό να εξοικονομήσουμε εύρος ζώνης στην άνω ζεύξη χρησιμοποιώντας διαφορετικές τεχνικές διαμόρφωσης στην άνω και κάτω ζεύξη και παρέχοντας έναν επεξεργαστή βασικής ζώνης στον δορυφόρο. Μια διαμόρφωση υψηλής στάθμης όπως η 16-QAM με τέσσερα bit ανά σύμβολο μπορεί να χρησιμοποιηθεί στη ζεύξη μεταξύ του δορυφόρου και ενός μεγάλου επίγειου σταθμού για τη βελτίωση της αποδοτικότητας του εύρους ζώνης (Astrolink και Spaceway στα 30/20 GHz).

49 Δορυφορικές Κεραίες (1/24) 49 Στους δορυφόρους χρησιμοποιούνται τέσσερις βασικοί τύποι κεραιών. Αυτοί είναι Κεραίες σύρματος (wire antennas): μονοπολικές και διπολικές. Κεραίες χοάνης (horn antennas).

50 Δορυφορικές Κεραίες (2/24) 50 Κεραίες ανακλαστήρα (reflector antennas). Κεραίες συστοιχίας (array antennas).

51 Δορυφορικές Κεραίες (3/24) 51 Οι κεραίες σύρματος χρησιμοποιούνται κυρίως στις περιοχές VHF (30 MHz to 300 MHz) και UHF (300 MHz to 3000 MHz) για να παρέχουν επικοινωνίες για τα υποσυστήματα τηλεμετρίας, ιχνηλάτησης, εντολών και ελέγχου. Τοποθετούνται με μεγάλη προσοχή στο σώμα του δορυφόρου σε μια προσπάθεια παροχής ομοιοκατευθυντικής κάλυψης. Οι περισσότεροι δορυφόροι είναι σε μέγεθος μόνο λίγα μήκη κύματος στις συχνότητες VHF, κάτι που καθιστά δύσκολη τη λειτουργία με τα απαιτούμενα διαγράμματα ακτινοβολίας της κεραίας.

52 Δορυφορικές Κεραίες (4/24) 52 Διάγραμμα ακτινοβολίας κεραίας (antenna pattern) είναι ένα σχέδιο της έντασης πεδίου στο μακρινό πεδίο της κεραίας όταν η κεραία διεγείρεται από έναν πομπό. Μετριέται συνήθως σε decibels (db) κάτω από τη μέγιστη ένταση πεδίου. Το κέρδος (gain) μιας κεραίας είναι ένα μέτρο της δυνατότητας της κεραίας να κατευθύνει ενέργεια προς μία κατεύθυνση, παρά ολόγυρα. Αμοιβαιότητα (reciprocity) σημαίνει ότι μια κεραία έχει το ίδιο κέρδος και το ίδιο διάγραμμα ακτινοβολίας σε οποιαδήποτε δεδομένη συχνότητα είτε εκπέμπει είτε λαμβάνει.

53 Δορυφορικές Κεραίες (5/24) 53 Τυπικά διαγράμματα ακτινοβολίας και ζώνες κάλυψης των δορυφορικών κεραιών

54 Δορυφορικές Κεραίες (6/24) 54 Κατά τον υπολογισμό της ισχύος σήματος που εκπέμπεται από το δορυφόρο και λαμβάνεται από έναν επίγειο σταθμό, είναι σημαντικό να γνωρίζουμε πού βρίσκεται ο σταθμός σε σχέση με το περίγραμμα της κεραίας εκπομπής του δορυφόρου, ώστε να μπορεί να υπολογιστεί η ακριβής ενεργός ισοτροπικά ακτινοβολούμενη ισχύς (equivalent isotropically radiated power EIRP). Αν το διάγραμμα δεν είναι γνωστό, μπορεί να είναι δυνατό να υπολογιστεί το κέρδος κεραίας σε μια δεδομένη κατεύθυνση αν γνωρίζουμε την κατεύθυνση σκόπευσης (boresight) ή του άξονα δέσμης (beam axis) της κεραίας και το εύρος δέσμης της.

55 Δορυφορικές Κεραίες (7/24) 55 Περίγραμμα της δέσμης σημείων του δορυφόρου OTS του ESA που προβάλλεται πάνω στη Γη (σε βήματα 1 db κανονικοποιημένα σε 0 db στο κέντρο της δέσμης)

56 Δορυφορικές Κεραίες (8/24) 56 Οι κεραίες χοάνης χρησιμοποιούνται στις μικροκυματικές συχνότητες όταν απαιτούνται σχετικά ευρείες δέσμες, όπως για παράδειγμα στην παγκόσμια κάλυψη. Οι χοάνες χρησιμοποιούνται επίσης ως συστήματα τροφοδοσίας για τους ανακλαστήρες, είτε μεμονωμένα είτε σε ομάδες. Οι χοάνες και οι ανακλαστήρες είναι παραδείγματα κεραιών ανοίγματος (aperture antennas) που εκτοξεύουν ένα κύμα στον ελεύθερο χώρο από έναν κυματοδηγό. Είναι δύσκολο να λάβουμε κέρδη πολύ μεγαλύτερα από 23 db ή εύρη δέσμης στενότερα από 10 περίπου με τις κεραίες χοάνης.

57 Δορυφορικές Κεραίες (9/24) 57 Οι κεραίες ανακλαστήρα συνήθως φωτίζονται από μία ή περισσότερες χοάνες και παρέχουν ένα μεγαλύτερο άνοιγμα από αυτό που μπορεί να επιτευχθεί με μια χοάνη μόνο. Για μέγιστο κέρδος, είναι απαραίτητο να δημιουργηθεί ένα επίπεδο κύμα στο άνοιγμα (επιφάνεια) του ανακλαστήρα. Αυτό επιτυγχάνεται με ίσα μήκη διαδρομής από τον σηματο-τροφοδότη μέχρι το άνοιγμα, ώστε όλη η ενέργεια που ακτινοβολείται από την τροφοδοσία και που ανακλάται από τον ανακλαστήρα να φθάνει στο άνοιγμα με την ίδια γωνία φάσης.

58 Δορυφορικές Κεραίες (10/24) 58 Μια μορφή ανακλαστήρα που επιτυγχάνει επίπεδο κύμα στο άνοιγμα, με μια σημειακή πηγή ακτινοβολίας είναι η παραβολοειδής, με έναν σηματο-τροφοδότη τοποθετημένο στην εστία του. Η παραβολοειδής είναι η βασική μορφή για τις περισσότερες κεραίες ανακλαστήρα, και συνήθως χρησιμοποιείται για κεραίες στους επίγειους σταθμούς. Οι δορυφορικές κεραίες συχνά χρησιμοποιούν προφίλ τροποποιημένου παραβολικού ανακλαστήρα για την προσαρμογή του διαγράμματος δέσμης σε μια συγκεκριμένη ζώνη κάλυψης.

59 Δορυφορικές Κεραίες (11/24) 59 Οι στοιχειοκεραίες σε φάση (phased arrays) χρησιμοποιούνται επίσης σε δορυφόρους για να δημιουργηθούν πολλαπλές δέσμες από ένα μεμονωμένο άνοιγμα, και έχουν χρησιμοποιηθεί από τα συστήματα Iridium και Globalstar για την παραγωγή μέχρι 16 δεσμών από ένα μεμονωμένο άνοιγμα για τα LEO συστήματά τους κινητής τηλεφωνίας.

60 Δορυφορικές Κεραίες (12/24) 60 Μια κεραία ανοίγματος έχει μέγιστο κέρδος 4 4 Gmax A 2 e na 2 A όπου A είναι η γεωμετρική επιφάνεια του ανοίγματος της κεραίας σε m 2, λ είναι το μήκος κύματος λειτουργίας, και η A είναι η απόδοση ανοίγματος (aperture efficiency) ή διαφορετικά η συλλεκτική ικανότητα της κεραίας.

61 Δορυφορικές Κεραίες (13/24) 61 Η απόδοση ανοίγματος η A δεν υπολογίζεται εύκολα, αλλά συνήθως είναι στην περιοχή από 55% μέχρι 68% για τις κεραίες ανακλαστήρα με μονούς σηματο-τροφοδότες και πιο μικρή για τις κεραίες με μορφοποιημένες δέσμες. Οι κεραίες χοάνης τείνουν να έχουν υψηλότερες αποδόσεις, τυπικά στην περιοχή από 65% έως 80%. Αν το άνοιγμα είναι κυκλικό ισχύει ότι: D Gmax n 2 A r n 2 A 4 n A 2 2 D Df n A c όπου D είναι η διάμετρος του κυκλικού ανοίγματος (σε m).

62 Δορυφορικές Κεραίες (14/24) 62 Διπλασιάζοντας τη διάμετρο τετραπλασιάζουμε το κέρδος (+6dB). Για δεδομένο κέρδος και συχνότητα μπορούμε να υπολογίσουμε τη διάμετρο. Η απόδοση ανοίγματος μιας κεραίας είναι το γινόμενο πολλών συντελεστών ως εξής: na ninsnf nz... όπου n i είναι ο συντελεστής απόδοσης πρόσπτωσης της ακτινοβολίας, για καταπίεση πλευρικών λοβών ( 90%), n s είναι ο συντελεστής απόδοσης διάχυσης ( 80%), n f είναι ο συντελεστής απόδοσης επιφάνειας ( 85%) και n z είναι ο συντελεστής απόδοσης λόγω ωμικών απωλειών και λόγω κακής προσαρμογής.

63 Δορυφορικές Κεραίες (15/24) 63 Το εύρος δέσμης (beamwidth) μιας κεραίας σχετίζεται με τη διάσταση ανοίγματος στο επίπεδο στο οποίο μετριέται το διάγραμμα ακτινοβολίας. Συγκεκριμένα, το εύρος δέσμης είναι η γωνία που περιλαμβάνει την κατεύθυνση μεγίστου και η οποία οριοθετείται από τις κατευθύνσεις, στις οποίες η ένταση ακτινοβολίας έχει τη μισή τιμή της μέγιστης, είναι δηλαδή3 db μικρότερη από τη μέγιστη. Μια χρήσιμη εμπειροτεχνική μέθοδος για τον υπολογισμό του εύρους δέσμης ημίσειας ισχύος του διαγράμματος ακτινοβολίας της κεραίας είναι η εξής: c 3dB 75 ή ή 70 degrees D Df

64 Δορυφορικές Κεραίες (16/24) 64 Εύρος δέσμης ημίσειας ισχύος

65 Δορυφορικές Κεραίες (17/24) 65 Σε μια οποιαδήποτε μικρή γωνία θ ως προς την κατεύθυνση μέγιστου κέρδους, δηλαδή γωνία για την οποία ισχύει: 0 3dB 2 το κέρδος προσεγγιστικά είναι ίσο με: G dbi G G Απώλειες Σκόπευσης max, dbi dbi Gmax, dbi 12 3dB 2

66 Σημείωση: Αν η δέσμη έχει διαφορετικά εύρη δέσμης σε ορθογώνια επίπεδα, τότε στον τύπο θα πρέπει να χρησιμοποιηθεί το γινόμενο των δύο ευρών δέσμης. Δορυφορικές Κεραίες (18/24) 66 Από τις προηγούμενες εξισώσεις προκύπτει μια έκφραση του μέγιστου κέρδους συναρτήσει της γωνίας θ 3dB, ανεξάρτητη φαινομενικά από τη συχνότητα: Για n A = 60%, ισχύει ότι: 2 Df 75 Gmax n A n A c 3dB 33,000 G και G log10 max 2 max, dbi 3 db 3dB degrees 2

67 Δορυφορικές Κεραίες (19/24) 67 na 0.6

68 Δορυφορικές Κεραίες (20/24) 68 Σε έναν ιδανικό δορυφόρο θα υπήρχε μία δέσμη κεραίας για κάθε επίγειο σταθμό, εντελώς απομονωμένη από όλες τις άλλες δέσμες, για εκπομπή και λήψη. Αν δύο επίγειοι σταθμοί απέχουν μεταξύ τους 300 km στην επιφάνεια της γης και ο δορυφόρος είναι σε γεωστατική τροχιά, η γωνιακή απόστασή τους στον δορυφόρο είναι 0.5. Αν θ 3dB = 0.5, τότε D/λ = 150, άρα απαιτείται μια διάμετρο ανοίγματος 11.3 m στα 4 GHz.

69 Δορυφορικές Κεραίες (21/24) 69 Κεραίες αυτού του μεγέθους έχουν πετάξει με δορυφόρους (για παράδειγμα, ο ATS-6 ανέπτυξε μια κεραία διαμέτρου 10 m στα 2.5 GHz) και μεγάλες αναδιπλούμενες κεραίες χρησιμοποιούνται για να δημιουργηθούν πολλαπλές δέσμες σημείου από δορυφόρους GEO που εξυπηρετούν κινητούς χρήστες. Ωστόσο, στα 20 GHz, μια κεραία με D/λ = 150 έχει πλάτος μόνο 1.5 m και μπορεί εύκολα να πετάξει με έναν δορυφόρο.

70 Δορυφορικές Κεραίες (22/24) 70 Τυπικά διαγράμματα κάλυψης για τους δορυφόρους Intelsat πάνω από τον Ατλαντικό Ωκεανό

71 Δορυφορικές Κεραίες (23/24) 71 Ο μεγαλύτερος ανακλαστήρας εκπέμπει στα 4 GHz και παράγει τις δέσμες μορφής peanut για τις δέσμες ζώνης (Βόρεια Αμερική και η Δυτική Ευρώπη) όπου παράγεται μεγάλη τηλεπικοινωνιακή κίνηση. Οι μικρότερες κεραίες χρησιμοποιούνται για την παροχή δεσμών εκπομπής και λήψης ημισφαιρίου, και των δεσμών σημείου 14/11 GHz. Επιπλέον, υπάρχουν κεραίες χοάνης που παρέχουν παγκόσμια κάλυψη.

72 Δορυφορικές Κεραίες (24/24) 72 Ακολουθία ανάπτυξης κεραίας 10 m του δορυφόρου ATS-6

73 Παράδειγμα 1 73 Ένας γεωστατικός δορυφόρος παρέχει υπηρεσία σε μια περιοχή που μπορεί να καλυφθεί από τη δέσμη μιας κεραίας στο δορυφόρο με εύρος δέσμης 1.8. Ο δορυφόρος μεταφέρει αναμεταδότες για τη ζώνη Ku και τη ζώνη Ka, με χωριστές κεραίες για εκπομπή και λήψη. Για τις κεντρικές συχνότητες 14.0/11.5 GHz και 30.0/20.0 GHz: α. Βρείτε τις διαμέτρους των δύο κεραιών εκπομπής. Προσδιορίστε τη διάμετρο και υπολογίστε το κέρδος σε κάθε συχνότητα. β. Βρείτε τις διαμέτρους των δύο κεραιών λήψης. Προσδιορίστε τη διάμετρο και υπολογίστε το κέρδος σε κάθε συχνότητα.

74 Παράδειγμα 1 74 Λύση: α) Ισχύει ότι: 3dB 75 D75 D41.67 D 3dB Οι κεραίες εκπομπής στον δορυφόρο λειτουργούν στη χαμηλότερη συχνότητα στην κάτω ζεύξη για κάθε ζώνη. Άρα, για τα 11.5 GHz (λ = m) ισχύει ότι: D / m Ομοίως, για τα 20 GHz (λ = m) ισχύει ότι: D / m Tο κέρδος είναι ίσο με: 2 2 max 3dB max max G 33,000 / G 33,000 / 1.8 G 10, ή 40.1 db

75 Παράδειγμα 1 75 Λύση: β) Οι κεραίες λήψης στον δορυφόρο λειτουργούν στην υψηλότερη συχνότητα στην άνω ζεύξη ζεύξη για κάθε ζώνη. Οπότε, για τα 14 GHz (λ = m) ισχύει ότι: D / m Ομοίως, για τα 30 GHz (λ = 0.01 m) ισχύει ότι: D / m Το εύρος δέσμης για κάθε κεραία είναι ίδιο. Συνεπώς, τα κέρδη είναι ίδια, δηλαδή G = 40.1 db.

76 Παράδειγμα 2 76 Ένας γεωστατικός δορυφόρος παρέχει επικοινωνίες εντός των Ηνωμένων Πολιτειών στη ζώνη Ku. Οι κεραίες στο δορυφόρο έχουν εύρη δέσμης 6 στην κατεύθυνση από ανατολή προς δύση (E W) και 3 στην κατεύθυνση από βορρά προς νότο (N S). Μια χωριστή κεραία χρησιμοποιείται για εκπομπή στη ζώνη 11 GHz και για λήψη στη ζώνη 14 GHz. α. Βρείτε τις διαστάσεις και υπολογίστε το κέρδος της κεραίας εκπομπής στις κατευθύνσεις N S και E W. β. Βρείτε τις διαστάσεις και υπολογίστε το κέρδος της κεραίας λήψης στις κατευθύνσεις N S και E W.

77 Παράδειγμα 2 77 Λύση: α) Η κεραία εκπομπής λειτουργεί στα 11.0 GHz, όπου το μήκος κύματος είναι ίσο με λ = m. Για την κατεύθυνση E-W ισχύει ότι: D EW DEW m 6 3dB Για την κατεύθυνση N-S ισχύει ότι: D D m 3 NS NS 3dB

78 Παράδειγμα 2 78 β) Η κεραία λήψης λειτουργεί στα 14.0 GHz, όπου το μήκος κύματος είναι ίσο με λ = m. Για την κατεύθυνση E-W ισχύει ότι: D EW DEW m 6 3dB Για την κατεύθυνση N-S ισχύει ότι: D D m 3 NS NS 3dB

79 Παράδειγμα 3 79 Η πολιτεία της Πενσιλβάνια έχει περίπου 1 εύρος (E W) επί 0.5 ύψος (N S), όταν παρατηρείται από τη γεωστατική τροχιά σε γεωγραφικό μήκος 75 W. Υπολογίστε: α. Τις διαστάσεις μιας κεραίας κάτω ζεύξης στη ζώνη Ku σε ένα γεωστατικό δορυφόρο με εύρη δέσμης 3 db που είναι ίσα με το πλάτος και το ύψος της Πενσιλβάνια. Χρησιμοποιήστε μια συχνότητα 11.0 GHz. Προσδιορίστε τις διαστάσεις ωςe W και N S. β. Τις διαστάσεις μιας κεραίας άνω ζεύξης στη ζώνη Ka σε ένα γεωστατικό δορυφόρο με εύρη δέσμης 3 db που είναι ίσα με το πλάτος και το ύψος της Πενσιλβάνια. Χρησιμοποιήστε μια συχνότητα 30.0 GHz. Προσδιορίστε τις διαστάσεις ωςe W και N S.

80 Παράδειγμα 3 80 Λύση: α) Το μήκος κύματος για τα 11.0 GHz είναι λ = m. Άρα, οι διαστάσεις της κεραίας είναι: D EW DEW m 1.0 3dB D D m 0.5 NS EW 3dB Tο κέρδος είναι ίσο με: G 33,000 / max 3 db, EW 3 db, NS G max G max 33,000 / ,000 ή 48.2 db

81 Παράδειγμα 3 81 β) Το μήκος κύματος για τα 30.0 GHz είναι λ = 0.01 m. Άρα, οι διαστάσεις της κεραίας είναι: D EW DEW m 1.0 3dB D D m 0.5 NS EW 3dB Τα εύρη δέσμης είναι ίδια και στις δύο συχνότητες. Συνεπώς, το κέρδος παραμένει ίδιο, δηλαδή G = 48.2 db.

82 Ευχαριστώ για την προσοχή σας!