Диапазон K u ( / ˌ k eɪ ˈ j uː / ) — это часть электромагнитного спектра в микроволновом диапазоне частот от 12 до 18 гигагерц (ГГц). Символ является сокращением от «K-under» (первоначально немецкий : Kurz-unten ), потому что это нижняя часть оригинальной полосы НАТО K , которая была разделена на три полосы (K u , K и K a ) из-за наличие пика резонанса водяного пара в атмосфере на частоте 22,24 ГГц (1,35 см), что делало центр непригодным для передачи на большие расстояния. В радиолокационных приложениях она находится в диапазоне от 12 до 18 ГГц в соответствии с формальным определением номенклатуры полос частот радара в стандарте IEEE 521–2002. [1] [2]
Диапазон K u в основном используется для спутниковой связи , в первую очередь для нисходящей линии связи, используемой спутниками прямого вещания для трансляции спутникового телевидения , а также для конкретных приложений, таких как спутник НАСА слежения за ретрансляцией данных , используемый для связи Международной космической станции (ISS) и спутники SpaceX Starlink. . [3] Спутники K u- диапазона также используются для транзитной связи , особенно для передачи спутниковых сигналов из отдаленных мест обратно в студию телевизионной сети для монтажа и вещания . Полоса разделена Международным союзом электросвязи (ITU) на несколько сегментов, которые различаются в зависимости от географического региона. NBC была первой телевизионной сетью, которая в 1983 году подключила большинство своих партнерских каналов через диапазон K u .
Некоторые частоты в этом радиодиапазоне используются в радарах, используемых правоохранительными органами для обнаружения превышения скорости транспортных средств, особенно в Европе. [4]
Сегменты на большей части Северной и Южной Америки представлены Регионом 2 ITU от 11,7 до 12,2 ГГц ( Частота гетеродина (LOF) от 10,75 до 11,25 ГГц), выделенным ФСС ( фиксированной спутниковой службе ), восходящей линии связи от 14,0 до 14,5 ГГц. Над Северной Америкой вращаются более 22 спутников ФСС K u- диапазона, каждый из которых несет от 12 до 48 транспондеров мощностью от 20 до 120 Вт на транспондер и требует антенны длиной от 0,8 до 1,5 м для четкого приема.
Сегмент от 12,2 до 12,7 ГГц (LOF от 11,25 до 11,75 ГГц) выделен для BSS ( радиовещательной спутниковой службы ). BSS ( спутники прямого вещания DBS ) обычно имеют от 16 до 32 транспондеров с полосой пропускания 27 МГц и мощностью от 100 до 240 Вт, что позволяет использовать антенны приемника размером всего 18 дюймов (450 мм).
Сегменты в этих регионах представлены регионом 1 МСЭ, и они представляют собой полосы частот от 11,45 до 11,7 и от 12,5 до 12,75 ГГц, выделенные ФСС ( фиксированная спутниковая служба , линия вверх от 14,0 до 14,5 ГГц). В Европе диапазон K u используется от 10,7 до 12,75 ГГц (LOF Low 9,750 ГГц, LOF High 10,600 ГГц) для спутниковых услуг прямого вещания, например тех, которые передаются спутниками Astra . Сегмент от 11,7 до 12,5 ГГц выделен для BSS ( спутникового радиовещания ).
Австралия входит в регион 3 МСЭ, и австралийская нормативно-правовая база предоставляет лицензию класса, которая охватывает нисходящую линию связи от 11,70 ГГц до 12,75 ГГц и восходящую линию связи от 14,0 ГГц до 14,5 ГГц. [5]
МСЭ отнес Индонезию к региону P — странам с очень большим количеством осадков. Это заявление вызвало у многих сомнения относительно использования Ku - диапазона (11–18 ГГц) в Индонезии. Использование частот выше 10 ГГц в зоне сильного дождя обычно дает плохие результаты. Эту проблему можно решить, используя соответствующий бюджет линии связи при проектировании линии беспроводной связи. Более высокая мощность может преодолеть потери из-за выцветания под дождем .
Измерения затухания в дожде в Индонезии были проведены для линий спутниковой связи в Паданге, Сибинонге, Сурабае и Бандунге. Модель DAH для прогнозирования затухания в дожде действительна для Индонезии, как и модель ITU. Модель DAH стала рекомендацией МСЭ с 2001 года (Рекомендация № ITU-R P.618-7). Эта модель может создать доступную линию связи на 99,7%, чтобы можно было применять K u -диапазон в Индонезии.
Использование K u -диапазона для спутниковой связи в тропических регионах, таких как Индонезия, становится все более частым. Несколько спутников над Индонезией имеют транспондеры K u -диапазона и даже транспондеры K - диапазона . Newskies (NSS 6), запущенный в декабре 2002 года и расположенный на 95° восточной долготы, содержит только транспондеры K u -диапазона с зоной действия на Индонезии ( Суматра , Ява , Борнео , Целебес , Бали , Нуса-Тенгара , Молуккские острова ). NSS 6 планируется заменить на SES-12 в том же месте, который был запущен в июне 2018 года и имеет 54 транспондера K u -диапазона. Спутник iPSTAR , запущенный в 2004 году, также использует зону покрытия K u- диапазона. Другими спутниками, обеспечивающими покрытие диапазона K u в Индонезии, являются Palapa D, MEASAT 3/3A, JCSAT-4B , AsiaSat 5 , ST 2, Chinasat 11, Korea Telecom Koreasat 8/ABS 2 (2-я половина 2013 г.) и SES-8 .
Другие распределения МСЭ были сделаны в диапазоне Ku фиксированной службе (микроволновые башни), радиоастрономической службе, службе космических исследований, подвижной службе, подвижной спутниковой службе, радиолокационной службе (радар), любительской радиослужбе и радионавигации. Однако не все эти службы фактически работают в этом диапазоне, а другие являются лишь второстепенными пользователями.
По сравнению с C-диапазоном , диапазон K u не имеет аналогичных ограничений по мощности, чтобы избежать помех наземным микроволновым системам, и мощность его восходящих и нисходящих каналов может быть увеличена. Эта более высокая мощность также приводит к меньшим размерам приемных антенн и указывает на обобщение между передачей сигнала спутника и размером антенны. По мере увеличения мощности размер антенны будет уменьшаться. [6] [ нужна страница ] Это связано с тем, что цель тарелочного элемента антенны состоит в том, чтобы собрать падающие волны на определенной площади и сфокусировать их все на фактическом приемном элементе антенны, установленном перед тарелкой (и направленном назад в направлении его лицо); если волны более интенсивные, их необходимо собрать меньше, чтобы достичь той же интенсивности на приемном элементе.
Основная привлекательность диапазона более низких частот микроволновых диапазонов заключается в том, что более короткие волны обеспечивают достаточное угловое разрешение для разделения сигналов различных спутников связи, которое достигается с помощью наземных параболических антенн меньшего размера . Согласно критерию Рэлея , диаметр параболической тарелки, необходимый для создания диаграммы направленности с заданной угловой шириной луча ( усилением ), пропорционален длине волны и, следовательно, обратно пропорционален частоте. На частоте 12 ГГц антенна диаметром 1 метр способна фокусироваться на одном спутнике, в то же время достаточно подавляя сигнал от другого спутника, находящегося всего в 2 градусах. Это важно, поскольку спутники в службе ФСС (фиксированной спутниковой службы) (11,7–12,2 ГГц в США) находятся на расстоянии всего 2 градуса друг от друга. На частоте 4 ГГц (C-диапазон) для достижения такого узкого углового разрешения требуется 3-метровая антенна. Обратите внимание на обратную линейную корреляцию между размером антенны и частотой. Для спутников K u в службе DBS (спутниковое прямое вещание) (12,2–12,7 ГГц в США) можно использовать тарелки размером намного меньше 1 метра, поскольку эти спутники расположены на расстоянии 9 градусов друг от друга. Поскольку уровни мощности на спутниках как C, так и K u -диапазона с годами возросли, ширина луча тарелки стала гораздо более важной, чем усиление.
Диапазон K u также предлагает пользователю большую гибкость. Меньший размер антенны и свобода системы Ku-диапазона от наземных операций упрощают поиск подходящего места для антенны. Для конечных пользователей диапазон K u обычно дешевле и позволяет использовать антенны меньшего размера (как из-за более высокой частоты, так и из-за более сфокусированного луча). [7] Диапазон K u также менее уязвим к замираниям в дожде, чем частотный спектр диапазона K a .
Однако у системы диапазона K u есть некоторые недостатки . Около 10 ГГц находится пик поглощения, обусловленный ориентационной релаксацией молекул в жидкой воде. [8] Выше 10 ГГц начинает действовать рассеяние Ми . Результатом является заметное ухудшение качества изображения, широко известное как затухание во время сильного дождя (100 мм/ч). [9] Эту проблему можно решить путем передачи более мощного сигнала со спутника для компенсации. Таким образом, спутникам K u- диапазона обычно требуется значительно больше мощности для передачи, чем спутникам C-диапазона.
Другое ухудшение, вызванное погодой, называемое «затухание снега», не характерно для диапазона K u . Это происходит из-за скопления снега или льда на антенне, что значительно меняет ее фокус.
Антенна наземной станции спутникового оператора требует более точного контроля положения при работе в диапазоне K u из-за гораздо более узкой фокусировки луча по сравнению с диапазоном C для антенны заданного размера. Точность обратной связи по положению выше, и для антенны может потребоваться система управления с замкнутым контуром для поддержания положения при ветровой нагрузке на поверхность антенны.