منبع مقاله با موضوع سنجش از دور

ن ندارد، وظیفه اصلی ماهواره‌های مخابراتی جابجا کردن اطلاعات از یک نقطه به نقطه‌ای دیگر است. سرویس‌های ویدئو و تلویزیونی، مخابرات بین شهرها، مخابرات داده و مخابرات شخصی و موبایل جزو این دسته از ماهوارهها قرار میگیرند. از طرفی به علت اینکه در مدار زمین آهنگ فاصله بین فرستنده و گیرنده زیاد است، نمی‌توان از آنتن‌های موبایل شخصی برای دریافت اطلاعات از ماهواره استفاده کرد؛ و نیاز به دیش‌های متوسط میباشد.
یک مجموعه مخابرات ماهواره‌ای از دو بخش فضایی و زمینی تشکیل شده است. بخش زمینی شامل ایستگاه زمینی برای دریافت داده‌های مأموریتی و ایستگاه کنترل برای کنترل عملکرد ماهواره است. بخش فضایی نیز از دو زیرمجموعه مخابرات داده‌های مأموریتی ماهواره و تله متری و فرمان ماهواره تشکیل میشود.
برای ایجاد ارتباط بین ایستگاه زمینی و بخش فضایی به توضیح و تشریح پارامترهای مهم و اساسی در این راستا می‌پردازیم. این پارامترها عبارتند از:
آنتن
مدولاسیون
فرستنده و گیرنده
ترانسپوندر
لامپ TWT
لینک بالا رو، لینک پایین رو
آنتن[16]
مقدمه و تعریف
آنتن، بخشی از هر سامانه فرستنده یا گیرنده الکترونیکی است. آنتن عبارت است از بخشی از یک سامانه رادیویی که یک سیگنال رادیویی را قادر به ارسال به محیط اطراف یا دریافت از محیط می‌کند. به عبارت دیگر، آنتن را می‌توان رابط بین سامانه الکترونیکی و فضای بیرون دانست. یک آنتن فرستنده، جریان‌های الکتریکی را به سطوح لایه‌ای رسانا القا می‌کند که در نتیجه امواج الکترومغناطیسی تولید شده و در فضا پخش می‌شوند. همین امواج الکترومغناطیسی بر روی سطوح مشخصی از آنتن‌های گیرنده، جریان‌های الکتریکی را القا می‌کنند [11] .آنتن جزء لاینفک سامانه کلیه ماهواره‌های فعال، کاوشگرها، فضاپیماها و ایستگاه‌های زمینی ارسال و دریافت داده و کنترل فضایی است. درشکل ‏41 یک نمونه آنتن زمینی را مشاهده مینمایید.

شکل ‏41: یک نمونه آنتن زمینی [11]
آنتن‌های فضایی را می‌توان به جهات گوناگون دسته‌بندی کرد. یکی از عمومی‌ترین دسته‌بندی‌ها در این حوزه، تقسیم آنتن‌ها به دو دسته فضایی (آنتن‌های مستقر در فضا) و زمینی (آنتن‌های مستقر در ایستگاه‌های زمینی) است. باید توجه داشت آنتن یک گیرنده جیبی جی‌پی‌اس هم می‌تواند یک آنتن زمینی باشد. آنتن‌های بشقابی تلویزیون‌های ماهواره‌ای هم نوعی آنتن زمینی هستند. آنتن‌های بشقابی عظیم چندین متری نیز که با فضا در ارتباطند، از همین رده به حساب می‌آیند. هر دو دسته آنتن‌های زمینی و فضایی از اصول و مبانی یکسانی برخوردار هستند. تنها تفاوت اساسی آن‌ها در نوع سازه و شرایط محیطی متفاوتشان است. آنتن‌هایی که در محیط فضا به‌کار گرفته می‌شوند، باید به لحاظ سازه‌ای تحمل شرایط فضا (اختلاف دما، برخورد انواع ذرات، بارهای دینامیکی و …) را داشته باشند. همچنین آنتن‌های فضایی حتماً باید به صورت تاشو و حتی‌الامکان با کمترین وزن و حجم ممکن طراحی شوند تا مشکلات مربوط به پرتاب و هزینه، در آن‌ها به حداقل برسد. عوامل مربوط به طراحی آنتن معمولاً بیشترین تأثیر را بر روی جرم ماهواره و در نتیجه، هزینه پرتاب دارند [12] .
انواع آنتن
تقسیم بندی آنتن‌ها از لحاظ نحوه پوشش:
1- تمام جهته84
2-نیم جهته85 (شکل ‏45)
3-یک جهته86 (شکل ‏46)

شکل ‏42: یک نمونه آنتن تمام جهته [10]
آنتن‌های گروه اول دارای انتشار 360 درجه هستند. (شکل ‏44 وشکل ‏42)

شکل ‏43: پترن تشعشعی آنتن تمام جهته [10]
همان طور که در شکل ‏43مشاهده مینمایید پترن تشعشعی این نوع آنتن به طوری است که تمامی جهات اطراف خود را پوشش میدهد. این نوع آنتن زمانی استفاده میشود که لازم است که اگر ماهواره در هر حالتی بود توانایی برقراری ارتباط با ایستگاه زمینی را داشته باشد، چون در مدار LEO مدت دید ایستگاه کم است و نیاز است از هر زمانی برای برقراری ارتباط استفاده نماییم. در شکل ‏44چند نوع از این آنتن را با نام آن‌ها می‌بینید.

شکل ‏44: چند نمونه آنتن تمام جهته [11]
آنتن‌های گروه دوم دارای زاویه انتشار کمتر و در جهت خاص با برد بیشتری نسبت گروه اول میباشند؛ و
در ارتباط نقطه به نقطه87 بین دو نقطه کاربرد دارند که در شکل ‏45 نمایش داده شده است.

شکل ‏45: پترن تشعشعی آننن نیم جهته [10]

آنتن‌های گروه سوم هم در انتشار امواج با زاویه خاص باند کمتر و برد بالاتر تا 40000 کیلومتر استفاده میشوند. در ارتباط نقطه به نقطه در مسافت طولانی که درشکل ‏46 نمایان است.

شکل ‏46: پترن تشعشعی آنتن یک جهته [15]

شکل ‏47: نمونه‌ای از آنتن‌های یک جهته [13]
همان‌گونه که ذکر شد، آنتن‌ها را می‌توان از منظرهای گوناگونی دسته‌بندی کرد. اما معمول‌ترین دسته‌بندی برای آنتن‌های به کار گرفته شده در ارتباطات فضایی (چه در فضا و چه بر روی زمین) به قرار زیر است.

آنتن‌های سیمی
این آنتن‌ها از ساختاری سیمی شکل تشکیل شده‌اند. فرم‌های مارپیچی،‌ مخروطی یا (دی‌پُل) ساده آن‌ها معمولاً در باندهای فرکانسی UHF,VHF کار می‌کنند. فرم‌های دیگر معمولاً در باند فرکانسی (مایکرو ویو) بالای 1 گیگاهرتز عمل‌ می‌کنند [13].
آنتن‌های شیپوری
آنتن‌هایی هستند که به شکل مخروط بوده و معمولاً بر روی ماهواره نصب می‌شوند. این آنتن‌ها برای ایجاد پوشش وسیع بر روی زمین به کار گرفته می‌شوند.
این نوع آنتن اگرچه کارایی بالایی دارد، اما سنگین وزن و پرهزینه است. از این آنتن بیشتر در اوایل عصر فضا برای ارتباطات فضایی استفاده می‌شد و امروزه کاربرد چندانی ندارد [4].
آنتن‌های آرایه فازی
آنتن‌هایی هستند که از المان‌های آنتن‌های کوچک پراکنده بر روی یک صفحه تشکیل شده‌اند. این نوع آنتن پرتوهای چندگانه‌ای ایجاد می‌کند که قابلیت سمت‌گیری الکترونیکی یک پرتو را به خوبی فراهم می‌آورد. مزیت این نوع آنتن هنگامی است که پرتو تشعشع حرکت ثابتی داشته باشد. همچنین این نوع آنتن به دلیل اینکه از چندین جزء موازی تشکیل شده است، قابلیت اطمینان بسیار بالایی دارد. (با از کار افتادن چند المان، کل آنتن کارایی خود را از دست نمی‌دهد) بازده بالایی دارد اما تلفات در سیستم تغذیه آن نسبتاً بالاست [2] . فناوری نسبتاً دشوار، وزن بالا و هزینه بالای آن، ‌استفاده از آن را محدود می‌کند [4] [18].
آنتن‌های لنزی
نوعی از آنتن که امواج را به شیوه یک عدسی اپتیکی بر روی حساسه‌های مختلف متمرکز می‌کند [1] . عمده مزیت این نوع آنتن بازده بالای آن است. البته نامتناسب بودن سطح لنز در این نوع آنتن باعث بروز تلفات زیادی می‌شود. این نوع آنتن بیشتر برای فرکانس‌های خیلی بالا کاربرد دارد زیرا برای فرکانس‌های پایین به وزن آن اضافه خواهد شد. چنین آنتنی برای فرکانس حدود 15 گیگاهرتز در حدود 50 سانتی‌متر قطر دارد[2].

آنتن‌های انعکاسی
این نوع آنتن‌ها از یک صفحه بشقابی سَهمَویِ متمرکز کننده امواج و همچنین یک «تغذیه» تشکیل شده‌اند. در آنتن‌های گیرنده، صفحه بشقابی مورد اشاره امواج را جمع‌آوری و متمرکز می‌کند و تغذیه، که در نقطه‌ای در روبروی صفحه نصب شده است، این امواج را دریافت می‌کند. در مورد آنتن‌های فرستنده این فرایند برعکس است و تغذیه امواج را جهت پخش در فضا به روی بشقاب می‌فرستد. در انواعی از این آنتن‌ها از یک صفحه منعکس‌کننده هذلولَویِ محدب (نوع کاساگرین) یا بیضوی مقعرِ (نوع گرگورین) ثانویه نیز، به صورت ترکیبی با بشقاب سهموی استفاده می‌شود. البته ممکن است در مجموع از ترکیب چند منعکس‌کننده نیز استفاده شود [1] . این نوع پرکاربردترین آنتن در مخابرات فضایی (چه در فضا و چه بر روی زمین) است. سادگی طراحی، انعطاف‌پذیری در طراحی (چید مانی متفاوت تغذیه و صفحات بشقابی و ثانویه)، وزن نسبتاً کم و هزینه کمتر از مزیت‌‌های این نوع در مقایسه با سایر انواع آنتن می‌باشد [5].
آنتن‌های انعکاسی متقارن
آنتن‌های انعکاسی هستند که به لحاظ هندسی متقارن می‌باشند. یعنی مرکز سهمی بشقابی، تغذیه و مرکز انعکاس دهنده ثانویه همگی بر روی یک خط راست قرار دارند. ضعف عمده این نوع آنتن‌ها در آن است که نگه‌دارنده‌های تغذیه و خود تغذیه روی دهانه تشعشعی اثر ماسک گذاری دارند. این اثر باعث می‌شود تاسطح گلبرگ‌های جانبی الگوی تشعشعی آنتن بیشتر شود که این خود به کاهش بازده آنتن می‌انجامد. علاوه بر این، در نوع ساده این آنتن (غیر کاساگرین یا گرگورین که فقط از یک بشقاب و یک تغذیه تشکیل شده است) ، تغذیه به سمت زمین قرار می‌گیرد و آن بخش از الگوی تشعشعی تغذیه که به بشقاب سهموی منعکس‌کننده برخورد نمی‌کند به آسانی تشعشعی را که از زمین منعکس می‌شود جذب می‌کند که این باعث افزایش بسیار زیاد دمای نویز آنتن می‌شود. برای غلبه بر چنین مشکلی باید در نوع تغذیه و فاصله کانونی آن تغییراتی داده شود که این هم باعث بزرگ شدن حجم آنتن و همچنین عدم سازگاری با مدارات مایکرو ویو پشت تغذیه می‌شود [18].
آنتن‌های غیر متقارن
در این نوع آنتن‌ها لزوماً مراکز و کانون‌های سه المانِ بشقاب سهومی، تغذیه و منعکس‌کننده ثانویه در یک خط مستقیم قرار ندارند. این تنظیم (یا نصب) غیر متقارن به افزایش بازده و کاهش حجم آنتن می‌انجامد. زیرا با این کار می‌توان به نوعی اثرات ماسک گذاری و همچنین پهن شدن گلبرگ‌های جانبی الگوی تشعشعی آنتن را کنترل کرد و در نتیجه دمای نویز آنتن را پایین آورد [15] . این قدرت مانور در نصب اجزای مختلف آنتن، یکی از مزایای آنتن‌های انعکاسی است. نصب غیر متقارن انسداد را کاهش داده و از وسعت گلبرگ‌های جانبی الگوی تشعشعی آنتن نیز می‌کاهد.
آنتنهای مو جبر88

شکل ‏48: آنتن مو جبر [7]
این نوع آنتن توسط ایجاد میدانی مغناطیسی امواج را هدایت مینماید. موارد کاربرد این نوع آنتن در مخابرات ماهوارهای میباشد. این نوع آنتن اکثراً در باندهای فرکانسی S,C,L,X استفاده میشود و در باندهای دیگر نیز قابلیت استفاده دارد ولی بهینهگی خود را از دست میدهد. در جدول ‏41مشخصات استفاده از این آنتن در باندهای مختلف آمده است. (شکل ‏48)
لازم بذکر است داده های آماری ارائه شده می تواند در طراحی آماری آنتن موجبر رهگشا باشد که از موضوع این پایان نامه خارج است .

جدول ‏41: مشخصات فنی انواع آنتن موجبر [7]

آنتنهای ترن استایل89

شکل ‏49: آنتن ترن استایل [7]
این نوع آنتن از بهم پیوستن دو آنتن دیاپل90 تشکیل میشود و معمولاً در ماهواره‌ها در باند S,L مورد استفاده قرار میگیرد. (شکل ‏49)
آنتنهای ایزوفلوکس91 :
بهینه‌ترین آنتن برای ماهوارههای سنجش از دور ارتفاع LEO میباشد که پترن تشعشعی بسیار مناسبی دارد. آنتن ایزوفلوکس معمولاً در باند X استفاده میشود که در شکل ‏410نمایش داده شده است. این نوع آنتن امروزه در اکثر ماهوارهها جدید و در دست ساخت ناسا
که سنجش از دور هستند و در مدار LEO میباشند استفاده میشود. [18]

شکل ‏410: آنتن ایزو فلوکس [8]

مدولاسیون
در این بخش از پروژه به توضیح انواع مدولاسیونها خواهیم پرداخت. روش کار هر یک و مزایا و معایبشان مشخص میشود تا بتوانیم به درستی مدولاسیون مورد نظر برای ماهواره را انتخاب نماییم.
اگر کانال مخابراتی شامل فضای آزاد باشد در این صورت برای انتشار و دریافت سیگنال آنتن‌هایی مورد نیاز است طول این آنتن‌ها متناسب با طول موج سیگنال فرستاده شده است. بسیاری از سیگنال‌های صوتی دارای مؤلفه فرکانسی ۱۰۰ هرتز یا پایین تر هستند. برای ارسال این سیگنال‌ها اگر سیگنال مستقیماً انتشار یابد به آنتن‌هایی با طول حدود ۳۰۰ کیلومتر نیاز است. اما اگر از مدولاسیون برای سوار کردن سیگنال بر روی یک فرکانس حامل مثلاً ۱۰۰ مگا هرتز استفاده کنیم در این صورت طول آنتن‌ها حدود یک متر خواهد بود.
تقسیم بندی انواع مدولاسیون از لحاظ ماهیت:
• مدولاسیون دامنه (AM)
• مدولاسیون فرکانس (FM)
• مدولاسیون فاز (PM)

شکل ‏411: مدولاسیون Pm مدولاسیون Am مدولاسیون fm[4]

علاوه برمدولاسیون‌های آمده در شکل ‏411 همگی آنالوگ

دیدگاهتان را بنویسید