stringtranslate.com

Ku-диапазон

Диапазон K u ( / ˌ k ˈ j / ) — это часть электромагнитного спектра в микроволновом диапазоне частот от 12 до 18  гигагерц (ГГц). Символ является сокращением от «K-under» (первоначально немецкий : Kurz-unten ), поскольку это нижняя часть исходного диапазона K НАТО , который был разделен на три диапазона (K u , K , и K a ) из-за наличия пика резонанса атмосферного водяного пара на частоте 22,24 ГГц (1,35 см), что сделало центр непригодным для передачи на большие расстояния. В радиолокационных приложениях он находится в диапазоне от 12 до 18  ГГц в соответствии с формальным определением номенклатуры частотного диапазона радара в стандарте IEEE 521–2002. [1] [2]

Диапазон K u в основном используется для спутниковой связи , в частности, для нисходящей линии связи, используемой прямыми вещательными спутниками для трансляции спутникового телевидения , а также для специальных приложений, таких как спутник ретрансляции данных NASA , используемый для связи с Международной космической станцией (МКС), и спутники SpaceX Starlink . [3] Спутники диапазона K u также используются для транзитных соединений и, в частности, для спутников из удаленных мест обратно в студию телевизионной сети для редактирования и трансляции . Диапазон разделен Международным союзом электросвязи (МСЭ) на несколько сегментов, которые различаются в зависимости от географического региона. NBC была первой телевизионной сетью, которая передала большую часть своих партнерских каналов через диапазон K u в 1983 году.

Некоторые частоты в этом радиодиапазоне используются в радарах, используемых правоохранительными органами для обнаружения превышения скорости транспортными средствами, особенно в Европе. [4]

Сегменты и регионы

Одним из вариантов использования диапазона является прямое спутниковое телевидение . Спутниковая антенна на жилом доме, которая принимает спутниковые телевизионные каналы через микроволновый луч диапазона Ku со спутника связи, находящегося на геостационарной орбите на высоте 35 700 километров (22 000 миль) над Землей.

Америка

Сегменты в большинстве стран Северной и Южной Америки представлены регионом МСЭ 2 от 11,7 до 12,2 ГГц ( частота локального генератора (LOF) от 10,75 до 11,25 ГГц), выделенным для FSS ( фиксированная спутниковая служба ), восходящая линия от 14,0 до 14,5 ГГц. На орбите над Северной Америкой находится более 22 спутников FSS K u диапазона, каждый из которых несет от 12 до 48 транспондеров , от 20 до 120 Вт на транспондер и требует антенны размером 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 ( вещательной спутниковой службы ). BSS ( спутники прямого вещания DBS ) обычно несут от 16 до 32 транспондеров с полосой пропускания 27  МГц, работающие при мощности от 100 до 240 Вт, что позволяет использовать приемные антенны размером до 18 дюймов (450 мм).

Европа и Африка

Сегменты в этих регионах представлены ITU Region 1, и это диапазоны 11,45–11,7 и 12,5–12,75 ГГц, выделенные для FSS ( фиксированная спутниковая служба , восходящая линия связи 14,0–14,5 ГГц). В Европе диапазон Ku используется от 10,7 до 12,75 ГГц (LOF Low 9,75 ГГц, LOF High 10,6 ГГц) для прямых вещательных спутниковых служб, таких как те, которые предоставляются спутниками Astra . Сегмент 11,7–12,5 ГГц выделен для BSS ( вещательная спутниковая служба ).

Австралия

Австралия является частью 3-го региона МСЭ, и австралийская нормативная среда предоставляет лицензию класса, которая охватывает нисходящую связь в диапазоне от 11,70 ГГц до 12,75 ГГц и восходящую связь в диапазоне от 14,0 ГГц до 14,5 ГГц. [5]

Индонезия

МСЭ отнес Индонезию к региону P, странам с очень высоким уровнем осадков в виде дождя. Это утверждение заставило многих людей сомневаться в использовании диапазона K u (11–18 ГГц) в Индонезии . Использование частот выше 10 ГГц в районах с сильными дождями обычно дает плохие результаты. Эту проблему можно решить, используя соответствующий бюджет канала при проектировании канала беспроводной связи. Более высокая мощность может преодолеть потери из-за замирания из-за дождя .

Измерения затухания в дожде в Индонезии были выполнены для спутниковых линий связи в Паданге, Чибинонге, Сурабае и Бандунге. Модель DAH для прогнозирования затухания в дожде действительна для Индонезии, как и модель МСЭ. Модель DAH стала рекомендацией МСЭ с 2001 года (Рекомендация № МСЭ-R P.618-7). Эта модель может создать 99,7% доступную линию связи, так что диапазон K u может быть применен в Индонезии.

Использование диапазона K u для спутниковой связи в тропических регионах, таких как Индонезия, становится все более частым. Несколько спутников над Индонезией имеют транспондеры диапазона K u и даже транспондеры диапазона K a . NSS 6 , запущенный в декабре 2002 года и расположенный на 95° в. д., содержит только транспондеры диапазона K u с зоной покрытия в Индонезии ( Суматра , Ява , Борнео , Целебес , Бали , Нуса-Тенгара , Молуккские острова ). NSS 6 должен быть заменен спутником SES-12 в том же месте, который был запущен в июне 2018 года и несет 54 транспондера диапазона K u . Спутник IPSTAR 1 , запущенный в 2004 году, также использует зоны покрытия диапазона K u . Другими спутниками, которые обеспечивают покрытие диапазона K u в Индонезии, являются MEASAT-3b , JCSAT-4B , AsiaSat 5 , ST-2 , Chinasat 11, Koreasat 8/ABS-2 , SES-8 , Telkom-3S и Nusantara Satu .

Другие

Другие распределения МСЭ были сделаны в диапазоне K u для фиксированной службы (микроволновые вышки), радиоастрономической службы, службы космических исследований, подвижной службы, подвижной спутниковой службы, радиолокационной службы (радар), любительской радиослужбы и радионавигации. Однако не все эти службы фактически работают в этом диапазоне, а другие являются лишь незначительными пользователями.

Преимущества

По сравнению с C-диапазоном , K u- диапазон не имеет аналогичных ограничений по мощности, чтобы избежать помех с наземными микроволновыми системами, и мощность его восходящих и нисходящих каналов может быть увеличена. Эта более высокая мощность также приводит к уменьшению размеров приемных тарелок и указывает на обобщение между передачей спутника и размером тарелки. По мере увеличения мощности размер тарелки антенны будет уменьшаться. [6] [ нужна страница ] Это связано с тем, что цель элемента тарелки антенны состоит в том, чтобы собирать падающие волны над областью и фокусировать их все на фактическом приемном элементе антенны, установленном перед тарелкой (и направленном назад к ее лицевой стороне); если волны более интенсивны, их нужно собирать меньше, чтобы достичь той же интенсивности на приемном элементе.

Главной привлекательностью диапазона по сравнению с низкочастотными микроволновыми диапазонами является то, что более короткие длины волн позволяют достичь достаточного углового разрешения для разделения сигналов различных спутников связи с помощью меньших наземных параболических антенн . Из критерия Рэлея диаметр параболической тарелки, необходимый для создания диаграммы направленности с заданной угловой шириной луча ( усиление ), пропорционален длине волны и, таким образом, обратно пропорционален частоте. На частоте 12 ГГц 1-метровая тарелка способна сфокусироваться на одном спутнике, в то же время достаточно отклоняя сигнал с другого спутника, находящегося всего в 2 градусах. Это важно, поскольку спутники в службе FSS (фиксированная спутниковая служба) (11,7-12,2 ГГц в США) находятся всего в 2 градусах друг от друга. На частоте 4 ГГц (C-диапазон) для достижения этого узкого углового разрешения требуется 3-метровая тарелка. Обратите внимание на обратную линейную корреляцию между размером тарелки и частотой. Для спутников K u в службе DBS (Direct Broadcast Satellite) (12,2-12,7 ГГц в США) можно использовать антенны размером гораздо меньше 1 метра, поскольку эти спутники разнесены на 9 градусов. Поскольку уровни мощности на спутниках C и K u диапазонов увеличились за эти годы, ширина луча антенны стала гораздо более критичной, чем усиление.

Диапазон K u также предлагает пользователю большую гибкость. Меньший размер тарелки и независимость системы диапазона K u от наземных операций упрощают поиск подходящего места для тарелки. Для конечных пользователей диапазон K u , как правило, 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 затуханию из-за дождя, чем частотный спектр диапазона K a .

Недостатки

Однако существуют некоторые недостатки системы диапазона K u . Около 10 ГГц находится пик поглощения из-за релаксации ориентации молекул в жидкой воде. [8] Выше 10 ГГц преобладает рассеяние Ми . Эффект заключается в заметном ухудшении, обычно известном как затухание дождя , во время сильного дождя (100 мм/ч). [9] Эту проблему можно смягчить, передавая более мощный сигнал со спутника для компенсации. Поэтому спутники диапазона K u обычно требуют значительно большей мощности для передачи, чем спутники диапазона C.

Другая вызванная погодой деградация, называемая «замиранием из-за снега», не является специфической для диапазона K u . Она возникает из-за накопления снега или льда на тарелке, что значительно меняет ее фокус.

Антенна наземной станции спутникового оператора требует более точного управления положением при работе в диапазоне K u из-за гораздо более узкого фокуса луча по сравнению с диапазоном C для тарелки заданного размера. Точность обратной связи по положению выше, и антенне может потребоваться замкнутая система управления для поддержания положения при ветровой нагрузке поверхности тарелки.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ IEEE Std 521 - 2002 URL доступен только членам IEEE
  2. ^ Обратите внимание, что в диапазоне 11,2–12 ГГц рабочие определения диапазона Ku и диапазона X перекрываются; инженеры спутниковой связи обычно рассматривают частоты выше 11,2 ГГц как часть диапазона Ku .
  3. ^ "SpaceX запрашивает разрешение FCC на эксплуатацию всех спутников Starlink первого поколения на нижней орбите". SpaceNews.com . 2020-04-21 . Получено 2020-04-23 .
  4. ^ Глоссарий радар-детекторов
  5. ^ "Лицензия класса радиосвязи (связь с космическим объектом) 1998". Федеральный реестр законодательства . Правительство Австралии. 2012-03-21 . Получено 2016-07-06 .
  6. ^ Мирабито, М.; Моргенштерн, Б. (2004). Спутники: Операции и приложения. Новые технологии связи (5-е изд.). Берлингтон: Focal Press. ISBN 978-0240805863.
  7. ^ Спутниковая связь: преимущества и недостатки. Архивировано 23 октября 2007 г. на Wayback Machine.
  8. Мартин Чаплин: Вода и микроволновые печи. Архивировано 29 июля 2019 г. на Wayback Machine .
  9. ^ ТЕХНИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ: Ku-диапазон.

Внешние ссылки