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 ), 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 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).
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 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]
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 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.
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 .
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.