Stacja naziemna amatorskiej łączności satelitarnej.pdf

Akademia Morska w Gdyni

Nr ewidencyjny KTM-3/2007

Wydział Elektryczny

Data złożenia pracy 08.02.2007

Katedra Telekomunikacji Morskiej

Nr albumu 10314/R

PRACA DYPLOMOWA

INŻYNIERSKA

Dyplomant:

Krystian Górski

Specjalność:

Sieci Teleinformatyczne

Promotor: dr inż. Jerzy Żurek

Ocena:

Recenzent: dr inż. Krzysztof Januszewski

Ocena:

Egzamin dyplomowy:

Data:

Ocena:

Temat: Stacja naziemna amatorskiej łączności satelitarnej

Recenzent: ..................................

Promotor: .....................................

Dziekan........................................

Dyplomant: ..................................

Gdynia 2007

Spis treści

SPIS TREŚCI ................................................................................................................................................ 2

1. WSTĘP............................................................................................................................................. 4

1.1. W PROWADZENIE .........................................................................................................................................4

PODSTAWOWE ZAGADNIENIA RUCHU SZTUCZNEGO SATELITY ZIEMI ........................................... 12

2.1. S ZTUCZNY SATELITA Z IEMI ............................................................................................................................12

2.1.1 Wybrane układy współrzędnych stosowane do opisu ruchu satelity...............................................12

2.1.2. Teoria ruchu satelity....................................................................................................................13

2.1.3. Prawa Keplera.............................................................................................................................16

2.1.4. Orbita satelity i jej elementy ........................................................................................................17

2.1.5. Typy orbit satelitów radiokomunikacyjnych.................................................................................22

2.2.1. Przegląd podstawowych zagadnień dotyczących specyfiki łączności satelitarnej ..........................23

2.2.2. Efekt Dopplera ............................................................................................................................25

PODSTAWOWE ZAGADNIENIA ŁĄCZA SATELITARNEGO ................................................................ 26

3.1. O GÓLNY SCHEMAT ŁĄCZA SATELITARNEGO .......................................................................................................26

3.2. B ILANS ENERGETYCZNY ŁĄCZA SATELITARNEGO .................................................................................................27

3.2.1. Zysk anteny naziemnej stacji łączności.........................................................................................27

3.2.2. Współczynnik przydatności anteny stacji odbiorczej G/T(dB/K)....................................................29

3.2.3. Tłumienie atmosferyczne.............................................................................................................31

3.2.4. Wydłużenie trasy sygnału ............................................................................................................31

3.2.5. Zakłócenia kosmiczne i atmosferyczne........................................................................................31

3.3. T RYBY ŁĄCZNOŚCI SATELITARNEJ ....................................................................................................................33

3.3.1. Przekaźnik...................................................................................................................................33

3.3.2. Radiolatarnia i telemetria............................................................................................................34

3.3.3. Magazynowanie i retransmisja informacji ...................................................................................35

3.3.4. Odbiór poleceń............................................................................................................................36

3.4. M ODULACJE STOSOWANE W ŁĄCZNOŚCI SATELITARNEJ ........................................................................................37

3.5. P ASMA RADIOWE WYKORZYSTANE W AMATORSKIEJ ŁĄCZNOŚCI SATELITARNEJ ...........................................................38

3.5. P OLARYZACJE ANTEN STOSOWANE W AMATORSKIEJ ŁĄCZNOŚCI SATELITARNEJ ...........................................................42

PROJEKT STACJI NAZIEMNEJ AMATORSKIEJ ŁĄCZNOŚCI SATELITARNEJ......................................... 43

4.1. S CHEMAT BLOKOWY STACJI NAZIEMNEJ ...........................................................................................................43

4.2. U RZĄDZENIE NADAWCZO - ODBIORCZE .............................................................................................................44

4.3. S YSTEM ANTENOWY ...................................................................................................................................48

4.4. S YSTEM ZASILANIA ANTEN ............................................................................................................................55

4.5. S YSTEM POZYCJONOWANIA ANTEN .................................................................................................................59

ELEMENTY DODATKOWE PROJEKTOWANEJ STACJI NAZIEMNEJ.................................................... 60

5.1. S YSTEM ODBIORU SYGNAŁU RADIOLATARNI SOND KOSMICZNYCH ...........................................................................61

5.1.1. Antena odbiorcza ........................................................................................................................61

5.1.1. Niskoszumny przedwzmacniacz ...................................................................................................62

5.1.2. Konwerter częstotliwości .............................................................................................................63

5.1.3. Urządzenie odbiorcze ..................................................................................................................64

5.1.4. System pozycjonowania anteny ...................................................................................................67

5.1.5. Schemat blokowy połączeń systemu odbioru sygnału radiolatarni sond międzyplanetarnych........68

6. PROPOZYCJE MOŻLIWOŚCI ROZWOJU I ROZBUDOWY STACJI ....................................................... 69

6.1. R OZBUDOWA URZĄDZEŃ NADAWCZO - ODBIORCZYCH ..........................................................................................69

6.2. R OZBUDOWA SYSTEMU ANTENOWEGO ...........................................................................................................69

PODSUMOWANIE I WNIOSKI KOŃCOWE ...................................................................................... 71

BIBLIOGRAFIA ............................................................................................................................... 73

ZAŁĄCZNIKI.............................................................................................................................................. 76

PRZYKŁADOWE ZAŁOŻENIA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH................................................................ 76

K ONCEPCJA ĆWICZENIA NR 1...............................................................................................................................76

K ONCEPCJA ĆWICZENIA NR 2...............................................................................................................................77

K ONCEPCJA ĆWICZENIA NR 3...............................................................................................................................78

K ONCEPCJA ĆWICZENIA NR 4..............................................................................................................................79

Stacja naziemna

amatorskiej łączności satelitarnej

1. Wstęp

1.1. Wprowadzenie

W 1903 roku Konstanty Ciołkowski zaproponował badanie przestrzeni kosmicznej

za pomocą aparatów odrzutowych. W 1929 roku opracował teorię ruchu rakiet wielostopniowych

w ziemskim polu grawitacyjnym. Następnie w trakcie II wojny światowej zespół niemieckich

konstruktorów pod kierunkiem Wernhera von Brauna stworzył rakietę V-2 ( Vergeltungswaffe-2,

„broń odwetowa” ), pierwszy pocisk balistyczny o napędzie rakietowym [[ 1] ,[ 3] 4,[11 ].

Wyścig zbrojeń podczas Zimnej Wojny zdynamizował prace nad rozwojem rakiet nośnych.

Pierwszym sztucznym satelitą Ziemi był radziecki Sputnik 1 ( Спутник – „towarzysz podróży" ),

który został wyniesiony na orbitę okołoziemską 4 października 1957 roku. Ten dzień określa

się, jako początek Ery Podboju Kosmosu. W czasie prowadzenia badań okazało się, że istnieją

wielkie potencjalne możliwości wykorzystania sztucznych satelitów Ziemi, nie tylko do celów

militarnych, ale przede wszystkim do realizacji zadań cywilnych o charakterze użytkowym

[2 ] ,[ 4] , [ 12] [17] .

Jedną z dziedzin, w której znalazły zastosowanie sztuczne satelity Ziemi,

jest telekomunikacja satelitarna. „ Telekomunikacja rozumiana jako nawiązywanie łączności

radiowej w celu dwustronnego porozumienia się osób fizycznych lub prawnych (np. telefonia)

lub jednostronnego przekazywania ogólnych wiadomości (np. telewizja). Za pomocą satelitów

są tworzone sieci, których głównym zadaniem jest świadczenie różnego rodzaju usług

telekomunikacyjnych szerokim kręgom użytkowników na zasadzie ogólnej dostępności,

czyli tzw. sieci telekomunikacyjne powszechnego użytku. Te systemy satelitarne realizują

wszystkie rodzaje usług świadczonych przez współczesną telekomunikację tj. telefonię, telegrafię,

telewizję, radiofonię, itp” [ 4 ].

Pierwszym operacyjnym satelitą telekomunikacyjnym został Księżyc – naturalny satelita

Ziemi. W latach pięćdziesiątych XX wieku wykorzystywano odbicia fal radiowych od powierzchni

Księżyca, przeprowadzając udaną łączność dalekopisową pomiędzy bazami Stanów

Zjednoczonych na Hawajach oraz Waszyngtonie [15 ] [17 ].

Pierwszym sztucznym satelitą wykorzystanym do łączności satelitarnej był satelita SCORE

( Signal Communication by Orbiting Relay Equipment ). Odbierał on sygnały z jednej stacji

naziemnej, nagrywał na ma magnetofon, a następnie odtwarzał informacje nad inną stacją

naziemną. Satelita ten został wyniesiony na orbitę 18 grudnia 1958 roku. Pierwszą wyemitowaną

transmisją były życzenia świąteczne złożone przez Dwight D. Eisenhowera, ówcześnie

urzędującego prezydenta Stanów Zjednoczonych Ameryki [ 11 ].

Rolę pierwszego satelity telekomunikacyjnego z prawdziwego zdarzenia przypisuje się

satelicie Telstar, który został wyniesiony na orbitę 10 lutego 1962 roku. Umożliwiał on przekazy

na żywo sygnału wideo przez Atlantyk. Niska orbita powodowała, że stacje naziemne miały z nim

kontakt wyłącznie raz na jedno okrążenie Ziemi przez czas ok. 20 minut [11 ] [17] .

Następnie satelity telekomunikacyjne umieszczano na kołowej orbicie geostacjonarnej,

to jest na orbicie leżącej w płaszczyźnie równikowej Ziemi oraz posiadającej taką samą prędkość

kątową, co obracająca się Ziemia. Takie ukształtowanie orbity pozwalało na zachowanie stałej

pozycji nad wybranym punktem równika Ziemi[1]. Pierwszym łącznościowym satelitą

geostacjonarnym był satelita programu Syncom. Pierwsza misja satelity Syncom 1 zakończyła

się niepowodzeniem (zaraz po wystrzeleniu stracono kontakt radiowy z satelitą). Dopiero misja

Syncom 2, umieszczonego na orbicie 26 lutego 1963 roku, zakończyła się sukcesem [11 ] ,[17 ].

Intensywny rozwój radiokomunikacji profesjonalnej, niewątpliwie stanowił inspirację

dla hobbystów, amatorskiej radiokomunikacji - krótkofalowców.

Społeczność krótkofalowców w swojej bogatej historii [10 ] ,[ 18] ,[23 ] wielokrotnie

wykazywała się pomysłowością i innowacyjnością w tworzeniu nowych rozwiązań technicznych

czy też modyfikowaniu i adaptowaniu już istniejących technologii do celów nie tylko

radioamatorskich. Niejednokrotnie okazywało się, że rozwiązania te znajdowały swoje

zastosowania w systemach i służbach profesjonalnych, bywało też i odwrotnie – rozwiązanie

przemysłowe stanowiły inspirację dla różnorodnych projektów stosowanych w krótkofalarstwie.

Radiokomunikacja amatorska w żadnym stopniu nie współzawodniczy ze służbami

profesjonalnymi, wynika to z odrębnego charakteru tych działalności.

Krótkofalarstwo jest to hobby polegające na nawiązywaniu łączności pomiędzy osobami

do tego uprawnionymi na podstawie stosownych zezwoleń i przy wykorzystaniu przydzielonych

im licencjonowanych częstotliwościach radiowych (zakresy fal krótkich, ultrakrótkich i mikrofal)

oraz z wykorzystaniem odpowiednich, często budowanych własnoręcznie, urządzeń nadawczo-

odbiorczych korzystających z emisji analogowych i cyfrowych [10 ] , 20,[ 23] ,[ 24] ,[ 26] [ 20].

Powszechnie przyjmuje się formalnoprawną definicję krótkofalarstwa, jako radiowej

służby amatorskiej (r.s.a.). Międzynarodowa Unia Telekomunikacyjna (ITU) tę działalność

w Regulaminie Radiokomunikacyjnym określa, jako:

Art.1.53 Radiowa służba amatorska

Służba radiokomunikacyjna mająca na celu samokształcenie, wzajemną łączność i studia

techniczne dokonywane przez amatorów, to jest przez osoby należycie upoważnione,

zainteresowane techniką radiową jedynie dla celów osobistych i bez korzyści

materialnych [ 21 ] .

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: