Principi delle comunicazioni satellitari
UN satellite è un corpo che si muove intorno a un altro corpo in un percorso matematicamente prevedibile chiamato Orbit. Un satellite per comunicazioni non è altro che un ripetitore a microonde nello spazio che è utile nelle telecomunicazioni, radio e televisione insieme alle applicazioni Internet.
UN repeaterè un circuito che aumenta la forza del segnale che riceve e lo ritrasmette. Ma qui questo ripetitore funziona come un filetransponder, che cambia la banda di frequenza del segnale trasmesso da quella ricevuta.
Viene chiamata la frequenza con cui il segnale viene inviato nello spazio Uplink frequency, mentre la frequenza con cui viene inviato dal transponder è Downlink frequency.
La figura seguente illustra chiaramente questo concetto.
Diamo ora uno sguardo ai vantaggi, agli svantaggi e alle applicazioni delle comunicazioni satellitari.
Comunicazione satellitare - Vantaggi
Ci sono molti vantaggi delle comunicazioni satellitari come:
Flexibility
Facilità nell'installazione di nuovi circuiti
Le distanze sono facilmente percorribili e il costo non importa
Possibilità di trasmissione
Ogni angolo della terra è coperto
L'utente può controllare la rete
Comunicazione satellitare - Svantaggi
La comunicazione satellitare presenta i seguenti inconvenienti:
I costi iniziali come i costi di segmento e di lancio sono troppo alti.
Congestione delle frequenze
Interferenza e propagazione
Comunicazione satellitare - Applicazioni
La comunicazione satellitare trova le sue applicazioni nelle seguenti aree:
Nella trasmissione radiofonica.
Nelle trasmissioni TV come DTH.
Nelle applicazioni Internet come la fornitura di una connessione Internet per il trasferimento dei dati, applicazioni GPS, navigazione in Internet, ecc.
Per comunicazioni vocali.
Per il settore ricerca e sviluppo, in molti settori.
Nelle applicazioni e nelle navigazioni militari.
L'orientamento del satellite nella sua orbita dipende dalle tre leggi chiamate leggi di Keplero.
Leggi di Keplero
Johannes Kepler (1571-1630) lo scienziato astronomico, ha dato 3 leggi rivoluzionarie, riguardanti il moto dei satelliti. Il percorso seguito da un satellite attorno al suo primario (la terra) è unellipse. Ellipse ha due fuochi:F1 e F2, la terra è uno di loro.
Se si considera la distanza dal centro dell'oggetto a un punto sul suo percorso ellittico, il punto più lontano di un'ellisse dal centro viene chiamato come apogee e il punto più corto di un'ellisse dal centro è chiamato come perigee.
1 di Keplero st Law
1 di Keplero st legge prevede che “ogni pianeta gira intorno al sole in un'orbita ellittica, con il sole come uno dei suoi fuochi”. In quanto tale, un satellite si muove in un percorso ellittico con la terra come uno dei suoi fuochi.
Il semiasse maggiore dell'ellisse è indicato come 'a'e il semiasse minore è indicato come b. Pertanto, l'eccentricità e di questo sistema può essere scritta come:
$$ e = \ frac {\ sqrt {a ^ {2} -b ^ {2}}} {a} $$
Eccentricity (e) - È il parametro che definisce la differenza nella forma dell'ellisse piuttosto che in quella di un cerchio.
Semi-major axis (a) - È il diametro più lungo tracciato che unisce i due fuochi lungo il centro, che tocca entrambi gli apogei (punti più lontani di un'ellisse dal centro).
Semi-minor axis (b) - È il diametro più corto tracciato per il centro che tocca entrambi i perigei (punti più corti di un'ellisse dal centro).
Questi sono ben descritti nella figura seguente.
Per un percorso ellittico, è sempre desiderabile che l'eccentricità sia compresa tra 0 e 1, cioè 0 <e <1 perché se e diventa zero, il percorso non sarà più di forma ellittica ma verrà convertito in un percorso circolare.
Seconda legge di Keplero
La seconda legge di Keplero afferma che, "Per intervalli di tempo uguali, l'area coperta dal satellite è uguale rispetto al centro della terra".
Si può capire guardando la figura seguente.
Supponiamo che il satellite copra p1 e p2 distanze, nello stesso intervallo di tempo, quindi le aree B1 e B2 coperti rispettivamente in entrambi i casi, sono uguali.
Terza legge di Keplero
La terza legge di Keplero afferma che "Il quadrato del tempo periodico dell'orbita è proporzionale al cubo della distanza media tra i due corpi."
Questo può essere scritto matematicamente come
$$ T ^ {2} \: \ alpha \: \: a ^ {3} $$
Il che implica
$$ T ^ {2} = \ frac {4 \ pi ^ {2}} {GM} a ^ {3} $$
Dove $ \ frac {4 \ pi ^ {2}} {GM} $ è la costante di proporzionalità (secondo la meccanica newtoniana)
$$ T ^ {2} = \ frac {4 \ pi ^ {2}} {\ mu} a ^ {3} $$
Dove μ = costante gravitazionale geocentrica terrestre, ovvero Μ = 3,986005 × 10 14 m 3 / sec 2
$$ 1 = \ left (\ frac {2 \ pi} {T} \ right) ^ {2} \ frac {a ^ {3}} {\ mu} $$
$$ 1 = n ^ {2} \ frac {a ^ {3}} {\ mu} \: \: \: \ Rightarrow \: \: \: a ^ {3} = \ frac {\ mu} {n ^ {2}} $$
Dove n = il movimento medio del satellite in radianti al secondo
Il funzionamento orbitale dei satelliti viene calcolato con l'aiuto di queste leggi di Keplero.
Insieme a questi, c'è una cosa importante che deve essere notata. Un satellite, quando gira intorno alla terra, subisce una forza di trazione dalla terra che è la forza gravitazionale. Inoltre, sperimenta una certa forza di attrazione dal sole e dalla luna. Quindi, ci sono due forze che agiscono su di esso. Sono -
Centripetal force - La forza che tende a trascinare un oggetto che si muove lungo un percorso di traiettoria, verso se stesso è chiamata come centripetal force.
Centrifugal force - La forza che tende a spingere un oggetto che si muove lungo un percorso di traiettoria, lontano dalla sua posizione è chiamata come centrifugal force.
Quindi, un satellite deve bilanciare queste due forze per mantenersi nella sua orbita.
Orbite terrestri
Un satellite quando viene lanciato nello spazio, deve essere posizionato in una certa orbita per fornire un modo particolare per la sua rivoluzione, in modo da mantenere l'accessibilità e servire al suo scopo sia scientifico, militare o commerciale. Tali orbite che sono assegnate ai satelliti, rispetto alla terra sono chiamate comeEarth Orbits. I satelliti in queste orbite sono la TerraOrbit Satellites.
I tipi importanti di orbite terrestri sono:
Geo Synchronous Earth Orbit
Orbita terrestre media
Orbita terrestre bassa
Satelliti geosincroni in orbita terrestre
UN Geo-Synchronous Earth Orbit (GEO)satellite è uno che si trova ad un'altitudine di 22.300 miglia sopra la Terra. Questa orbita è sincronizzata con un fileside real day(cioè 23 ore e 56 minuti). Questa orbita puòhave inclination and eccentricity. Potrebbe non essere circolare. Questa orbita può essere inclinata ai poli della terra. Ma sembra stazionario se osservato dalla Terra.
La stessa orbita geosincrona, se circolare e nel piano dell'equatore, è chiamata come geo-stationary orbit. Questi satelliti sono posizionati a 35.900 km (come geosincrono) sopra l'equatore terrestre e continuano a ruotare rispetto alla direzione terrestre (da ovest a est). Questi satelliti sono considerati stazionari rispetto alla terra e da qui il nome implica.
I satelliti geostazionari in orbita terrestre vengono utilizzati per previsioni meteorologiche, TV satellitare, radio satellitare e altri tipi di comunicazioni globali.
La figura seguente mostra la differenza tra orbite geosincrone e geostazionarie. L'asse di rotazione indica il movimento della Terra.
Note- Ogni orbita geostazionaria è un'orbita geo-sincrona. Ma ogni orbita geosincrona NON è un'orbita geostazionaria.
Satelliti in orbita terrestre media
Medium Earth Orbit (MEO)le reti satellitari orbiteranno a distanze di circa 8000 miglia dalla superficie terrestre. I segnali trasmessi da un satellite MEO percorrono una distanza inferiore. Ciò si traduce in una migliore potenza del segnale all'estremità ricevente. Ciò mostra che terminali riceventi più piccoli e più leggeri possono essere utilizzati all'estremità ricevente.
Poiché il segnale percorre una distanza minore da e verso il satellite, il ritardo di trasmissione è inferiore. Transmission delay può essere definito come il tempo impiegato da un segnale per viaggiare su un satellite e tornare indietro a una stazione ricevente.
Per le comunicazioni in tempo reale, minore è il ritardo di trasmissione, migliore sarà il sistema di comunicazione. Ad esempio, se un satellite GEO richiede 0,25 secondi per un viaggio di andata e ritorno, il satellite MEO richiede meno di 0,1 secondi per completare lo stesso viaggio. MEOs opera nella gamma di frequenza di 2 GHz e superiore.
Satelliti in orbita terrestre bassa
I satelliti Low Earth Orbit (LEO) sono principalmente classificati in tre categorie: piccoli LEO, grandi LEO e Mega-LEO. I LEO orbiteranno a una distanza compresa tra 500 e 1000 miglia sopra la superficie terrestre.
Questa distanza relativamente breve riduce il ritardo di trasmissione a soli 0,05 secondi. Ciò riduce ulteriormente la necessità di apparecchiature di ricezione sensibili e ingombranti. I piccoli LEO opereranno nella gamma di 800 MHz (0,8 GHz). I Big LEO opereranno nella gamma di 2 GHz o superiore, mentre i Mega-LEO opereranno nella gamma di 20-30 GHz.
Le frequenze più alte associate a Mega-LEOs si traduce in una maggiore capacità di trasporto delle informazioni e si traduce nella capacità di uno schema di trasmissione video in tempo reale a basso ritardo.
La figura seguente mostra i percorsi di LEO, MEO e GEO.
