İletişim Uydu iletişimi ve frekans bandı seçimi ilkesi
Lise öğretmeninin bu bilgi noktasını söylediğini hala hatırlıyorum:
FM FM yayınının frekansı 88 ~ 108MHz'dir ve kapsama alanı yüzlerce kilometreden binlerce kilometreye kadardır
Kablosuz iletişim hücresel ağının frekansı, birkaç kilometreden düzinelerce kilometreye kadar bir aralığı kapsayan 400MHz ~ 3GHz'dir
WIFI ağının iletişim frekansı 2.4 ~ 2.5GHz ve 5.2 ~ 5.8GHz'dir, kapsama aralığı birkaç metreden birkaç yüz metreye kadardır
Uydunun iletişim frekansı 5GHz ~ 40GHz ve iletişim mesafesi 36.000 kilometredir
Yukarıdaki resimlerden anlayabilirsiniz, Elektromanyetik dalgaların frekansı ne kadar düşükse, havada o kadar özgürce hareket edebilirler.
Öyleyse neden uydu yerden bu kadar uzakta, ancak düşük frekanslı iletişim değil?
Neden iletişim frekansı 5GHz ~ 40GHz kadar yüksek olabilir ama bu kadar uzun bir mesafeyi (36.000 kilometre) iletebilir?
Bu soruyu açıklamak için, Bilginin beş yönünü anlamamız gerekiyor.
1. Dünyanın atmosferi iyonosfer
İyonosfer (İyonosfer), dünya atmosferinin iyonize bir bölgesidir. İyonosfer, yerin yaklaşık 50 kilometre yukarısından dünyanın üst atmosferine kadar yaklaşık 1.000 kilometre yükseklikte uzanır.Radyo dalgalarının yayılma hızını değiştirmesine, kırılmasına, yansımasına ve saçılmasına ve polarizasyon üretmesine neden olabilecek oldukça fazla serbest elektron ve iyon vardır. Yüzeyin dönüşü değişen derecelerde absorbe edilir.
Uzun dalga (B) ve orta dalga (C), iyonosfer tarafından doğrudan emilir ve yalnızca yer dalgaları aracılığıyla yayılabilir;
Kısa dalga (D) iyonosfer tarafından yansıtılabilir ve yalnızca iyonosferin altındaki atmosferde yayılabilir;
Mikrodalga (A) iyonosferden etkilenmez ve doğrudan iyonosfere nüfuz edebilir.
Bu nedenle, uydu iletişimi, uydudan yere iletişimi sağlamak için mikrodalga frekans bandının üzerinde frekanslara sahip sinyaller kullanmalıdır.
2. Elektromanyetik dalgaların boş alan zayıflaması
Elektromanyetik dalgalar, herhangi bir ortama girdiklerinde kayıp yaşayacaklar, bu nedenle elektromanyetik dalgalar atmosferde yayıldığında, kayıp olacaktır.
Atmosferin boş uzayındaki elektromanyetik dalgaların iletim kaybı, elektromanyetik dalgaların frekansı ve iletim mesafesi ile orantılıdır.Formül aşağıdaki gibidir
Bunu görünce, sanırım şunu düşünüyor olmalısın:
Bakın, frekans ne kadar yüksekse, alan kaybı o kadar büyük olur Anlayışım doğru, ama uydular iletişim için neden 5GHz'in üzerindeki frekansları kullanıyor?
Merak etmeyin, okumaya devam edelim, üçüncü bilgi noktası şüphelerinize cevap verecektir.
3. Kablosuz iletişim alıcı güç bağlantısının hesaplanması
Hepimiz, eksiksiz bir kablosuz iletişim sisteminin şunları içerdiğini biliyoruz: Verici, verici anten, yayılma ortamı, alıcı anten, alıcı . Daha sonra, alıcının nihayet alabileceği yararlı sinyallerin sayısı önceki Dört birim .
Kablosuz iletişim alınan güç için bağlantı hesaplama formülü aşağıda listelenmiştir:
Bunu görünce aklınızda bir cevap olabilir, evet, Anten kazancı arttığı sürece boş alan kaybını telafi etmek mümkündür.
Ama nasıl başarılır?
4. Yüksek kazançlı anten
Anten bilgisi ile ilgili olarak burada çok fazla açıklama yapmayacağım, antenden nasıl yüksek kazanç elde edileceğine odaklanacağız.
Hepimiz yayın ve televizyonun bire çok iletişim yapması gerektiğini biliyoruz ve antenler genellikle daha fazla kullanıcıyı kapsamak için dağlara veya yüksek binalara inşa edilir.
Dolayısıyla bu antenlerin hepsi çok yönlü antenlerdir, her yöne elektromanyetik dalgalar yayarlar.Elektromanyetik dalgalar ne kadar geniş dağılırsa enerji tüketimi o kadar hızlı olur.
Peki ya bu saçılmış elektromanyetik dalgalar yoğunlaşır ve tek bir yönde fırlatılırsa?
Evet, anten yalnızca bir yönde iletilebiliyorsa, anten kazancı büyük ölçüde geliştirilecektir. Bu, yönlü yüksek kazançlı antenin kökenidir.
Parabolik anten olarak da adlandırılan klasik yönlü yüksek kazançlı bir anten olan Cassegrain antenini tanıtın:
Doğrudan ampirik hesaplama formülünü verin:
Bu formülden bir sonuç çıkarılabilir:
Aynı büyüklükteki parabolik anten için, çalışma frekansı iki katına çıktığında, anten kazancı 6Db artacaktır!
İlgilenen hakimler hesaplamaları kendileri yapabilir, doğru mu?
Bunu söyledikten sonra, basit bir hesaplama yapalım:
Önce koşulları verin
Cennet ve yeryüzü arasındaki iletişim mesafesi:
Jeosenkron yörünge = 35786 Km,
Yuvarlama d = 36000km
İletişim frekansı:
3GHz ve 30GHz
Verici ve alıcı antenin boyutu:
Hepsi 10m çapında parabolik antenler olarak ayarlanmıştır
Iletim gücü:
100W = 50dBm
Sonra hesaplamaya başla
01
İlk önce boş alan zayıflamasını hesaplayın
· GHz frekansı nedeniyle
· Formülde yerine koyun
L = 92.4 + 20lg (F) + 20lg (d)
· Uydu ile yer arasındaki mesafeyi ayarlayın d = 36000km;
· 3GHz alan zayıflamasını ayrı ayrı hesaplayın:
L3 = 92,4 + 9,5 + 91,1 = 193
· 30GHz uzamsal zayıflama:
L30 = 92,4 + 29,5 + 91,1 = 213
02
Verici ve alıcı antenin kazancını hesaplayın
Parabolik antenin hesaplama formülü dBi cinsindendir.
· Ayrı olarak hesaplayın:
· 3GHz dalga boyu 0.1m'dir
· Anten kazancı:
Gt3
= Gr3
= 10 lg
= 46.5
· 30GHz dalga boyu 0.01m'dir
· Daha sonra anten kazancı
Gt30
= Gr30
= 10 lg
= 66.54
03
Gerçek bağlantı gücünü hesaplayın
· Alıcının aldığı gerçek güç:
Pr = Pt + Gt-L + Gr formülüne değiştirin,
· Iletim gücü
Pt = 100W = 50dBm
· Ayrı ayrı hesaplanabilir
· 3GHz alıcı tarafından alınan sinyal gücü:
Pr3
= 50dBm + 46,5-193 + 46,5
= -50dBm
· 30GHz alıcı tarafından alınan sinyal gücü
Pr30
= 50dBm + 66.5-213 + 66.5
= -30dBm
Sonuç açık:
Hava faktörlerinden bağımsız olarak (yoğun bulut örtüsü gibi yağmur gibi), frekans ne kadar yüksek olursa, kablosuz bağlantının verimliliği o kadar yüksek olur!
5. Yüksek frekans, geniş bant genişliği, yüksek hız
Uyduların uzayda pillerle çalışması gerekir ve pil enerjisi sınırlıdır. Bu nedenle, iletişim süresinin kısaltılması, pil enerjisinden tasarruf etmenin iyi bir yoludur.
Aktarılacak bilgi miktarının sabit olması şartıyla, iletişim süresini kısaltmak istiyorsanız, aktarım hızını arttırmanız gerekir.
Peki iletim hızı nasıl artırılır?
Büyükbaba Shannon bize net bir yol gösterdi: İletişim bant genişliğini artırmak, bilgi aktarım hızını artırabilir.
Daha fazla bilgi taşımak için geniş bant genişliği
Yeryüzünde, 5G'nin altındaki radyo frekans bantları çeşitli iletişim ekipmanı tarafından işgal edilmiştir ve uydu iletişimi için tam bir geniş bant genişliğini boşaltmanın bir yolu yoktur ve 5G'nin üzerinde nispeten eksiksiz spektrum kaynakları vardır, bu nedenle uydu iletişimi 5G'nin üzerinde seçim yapar. Aynı zamanda veri aktarımını kolaylaştırmak içindir.
sonuç olarak
Peki! Çok uzun, çok baharatlı, anlıyor musun bilmiyorum ...
Kısacası, bundan, uyduların 5 GHz üzerindeki işletim frekanslarını kullanmasının birkaç nedeni olduğu sonucuna varabiliriz:
İyonosferden yansıtılmadan veya absorbe edilmeden sorunsuz bir şekilde geçebilir
Yüksek kazançlı antenlerle desteklenen yüksek frekanslı iletim, çok fazla güç kaybına neden olmaz.
Yüksek frekans, büyük bant genişliği anlamına gelir. Shannonın formülüne göre, bant genişliği ne kadar geniş olursa, bilgi iletim hızı o kadar yüksek olur, bu da güç tasarrufu yapmaya ve uydunun hizmet ömrünü uzatmaya yardımcı olur.
Kolaylıkla müdahale edilemeyen 5G'nin üzerinde nispeten eksiksiz spektrum kaynakları vardır.
Kaynak: Airplane
(Bu makale bir ağ alıntı veya yeniden basımdır, telif hakkı orijinal yazara veya yayın medyasına aittir. Çalışmanın telif hakkıyla ilgiliyseniz, lütfen bizimle iletişime geçin.)
