bilgiz.org

1960'lı yılların başında, Amerikan Telefon ve Telgraf Şirketi (AT&T), ileri tasarımlı birkaç güçlü uydunun, at&T uzak mesafe I

  • Senkron Yörüngelerin Dezavantajları
  • Azimut
  • ÖRNEK 20-1
  • YÖRÜNGE ARALIKLARI VE FREKANS TAHSİSİ



  • Sayfa3/7
    Tarih01.10.2017
    Büyüklüğü272.1 Kb.
    TipiYazı

    Indir 272.1 Kb.
    1   2   3   4   5   6   7

    ÖZET

    Senkron Yörüngelerin Avantajları


    1. Uydu belli bir yer istasyonuna göre hemen hemen durağan kalır. Do­layısıyla, yer istasyonlarında pahalı izleme donanımına gerek yoktur.

    2. Bir uydudan bir başkasına geçmeye gerek olmaz, çünkü uydular yö­rüngelerini takip ederken hep yukarıdadır. Dolayısıyla, iletimde anahtarlama süreleri nedeniyle kesintiler olmaz.

    3. Yüksek yükseklikteki senkron uydular, alçak yükseldikteki yörüngesel benzerlerine oranla yeryüzünün çok daha geniş bir alanına ulaşabilirler.

    4. Doppler etkisi ihmal edilebilir.


    Senkron Yörüngelerin Dezavantajları


    1.Yüksek yüksekliklerdeki senkron uydularda yayınım süreleri çok daha uzun­dur. Senkron bir uydu aracılığıyla iletişim kuran iki yer istasyonu arasında sinyallerin gidip gelmesi arasında yayınım gecikmesi 500 ile 600 ms’dir.

    2. Daha uzun mesafeleri ve daha büyük yol kayıpları nedeniyle senkron uy­dular daha yüksek iletim güçleri ve daha duyarlı alıcılar gerektirirler.

    3. Bir senkron uyduyu yörüngeye yerleştirmek ve orada utmak, uzayla ilgili çok kesin hesaplamalar ve yüksek düzeyde uzmanlık gerektirir. Ayrıca, bu uy­duları kendi yörüngelerinde tutmak için uyduda tepkili motorlar bulunmalıdır.



    ŞEKİL 20-4 Azimut ve yükseklik açısı: “bakış açıları”.

    BAKIŞ AÇILARI

    Bir anteni bir uyduya yönlendirmek için, yükseklik açısını ve azimutu bilmek gerekmektedir (Şekil 20-4). Bunlara bakış açılan denir.



    Yükseklik açısı

    Yükseklik açısı, bir yer istasyonu anteninden yayılan bir dalganın düzlemi ile ufuk arasındaki açıya veya yer istasyonu anteniyle uydu arasındaki doğrunun yer is­tasyonu anteniyle yeryüzü ufku arasındaki doğruyla oluşturduğu açıya denir. Yük­seklik açısı ne kadar küçük olursa, yayınım yapan dalganın yeryüzü atmosferinde kat etmesi gereken mesafe o kadar büyük olur. Yeryüzü atmosferi boyunca yayılan herhangi bir dalgada olduğu gibi, dalga soğurmaya maruz kalır, ayrıca gürültü ta­rafından ciddi bir biçimde bozulabilir. Dolayısıyla, yükseklik açısı çok küçük ve dalganın yeryüzü atmosferi içinde kat ettiği mesafe çok uzun olursa, dalga, iletimin yetersiz olmasına neden olacak kadar nitelik kaybına uğrayabilir. Genel olarak 5°, kabul edilebilir minimum yükseklik açısı olarak değerlendirilir. Şekil 20-5, yük­seklik açısının, normal atmosferik soğurma, yoğun sisden kaynaklanan soğurma ve şiddetli yağmurdan kaynaklanan soğurma yüzünden yayınım yapan dalganın sinyal kuvvetini nasıl etkilediğini göstermektedir. 14/12 GHz bandın (Şekil 20-5b), 6/4 GHz banttan (Şekil 20-5a) daha ciddi bir etkiye maruz kaldığı görülebilir. Bunun nedeni, daha yüksek frekanslarda dalga boylarının daha küçük olmasıdır. Ayrıca, 5°’den daha düşük yükseklik açılarında zayıflama çok çabuk artar.


    Azimut


    Azimut, bir antenin yatay bakma açısı olarak tanımlanır. Gerçek kuzeyden derece olarak saat yönünde ölçülür. Hem yükseklik açısı hem azimut, yer istasyonunun enlemine ve yer istasyonu ile yörüngedeki uydunun boylamına bağlıdır. Ekvator yörüngesindeki bir senkron uydu için ölçme işlemi şu şekilde yapılır: iyi bir haritadan, yer istasyonunun enlemini ve boylamını bulun. Tablo 20-2’den, uydunun boylamını bulun. Uydunun boylamı ile yer istasyonunun boylamı arasındaki” farkı derece cinsinden (AL) hesaplayın. Sonra, Şekil 20-6’dan antenin azimutunu ve yükseklik açısını bulun. Şekil 20-6, ekvator yörüngesinde senkron bir uydu içindir.

    Tablo 20-2 Bir Ekvator Yayında Konumlandırılmış Günümüzde Kullanılan Çeşitli Senkron Uyduların Boylamsal Konumları

    Uydu

    Boylam (W)

    Anik 1

    Anik 2


    Anik 3

    Westar I


    Westar II

    Westar III

    Satcom 1

    Satcom 2


    Comstar D2

    Palapa 1


    Palapa 2

    104

    109


    114

    99

    123.5



    91

    135


    119

    95

    277



    283

    a 0° enlem.

    ÖRNEK 20-1


    Texas eyaletinin Houston kentinde boylamı 95.5°W ve enlemi 29.5°N olan bir yer istasyonu bulunmaktadır. Bu örnek için uydu, RCA’ya ait, boylamı 135°W olan Sat-com 1’dir. Yer istasyonu anteninin azimutunu ve yükseklik açısını bulun.

    Çözüm Önce, uydunun boylamı yer istasyonunun boylamı ile arasındaki farkı bulun.

    L = 135° - 95.5° = 39.5°

    Şekil 20-6’dan, L ile yer istasyonunun enleminin kesiştikleri noktayı bulun. Şekilden yükseklik açısının yaklaşık 35°, azimutun ise güneyin yaklaşık 59° batısında olduğu görülmektedir.



    Şekil 20-5 Atmosferik soğumaya bağlı zayıflama: (a) 6/4 GHz bant; (b) 14/12 GHz bant.

    YÖRÜNGE ARALIKLARI VE FREKANS TAHSİSİ


    Senkron uydular, senkron bir yörüngenin belli bir yayı içinde sınırlı bir alanı ve fre­kans tayfını paylaşmak zorundadırlar. Birbirine yakın ya da aynı frekansta çalışan uyduların iletimlerinin birbirleriyle karışmasının önlemek için, uydular uzayda birbirlerinden yelerince uzakta bulundurulmalıdır (Şekil 20-7). Uzaydaki belli bir alan içinde konumlandırılabilecek (yerleştirilebilecek) uydu yapılarının sayısı için fi­ziksel koşullardan kaynaklanan bir sınırlama söz konusudur. Gereken uzaysal ayır­ma şu değişkenlere bağlıdır:

    1. Hem yer istasyonunun hem uydu antenlerinin huzme genişlikleri ve yan lob yayılımı

    2. RF taşıyıcı frekansı

    3. Kullanılan kodlama ya da modülasyon tekniği

    4. Kabul edilebilir girişim sınırları

    5. Gönderme taşıyıcı gücü

    Genel olarak, yukarıda belirtilen değişkenlere bağlı olmak kaydıyla 3° ile 6° arası uzaysal ayırma gerekmektedir.

    Uydu iletişiminde kullanılan en yaygın taşıyıcı frekansları, 6/4 GHz bandı ile 14/12 GH/. bandıdır. İlk sayı çıkarma hattı (yer istasyonundan transpondere) frekansını; ikinci sayı ise indirme hattı (transponderden yer istasyonuna) frekansını göstermektedir.






    ŞEKİL 20-6 Kuzey yarımkürede bulunan yer istasyonlarının azimut ve yükseklik açısı (180’ye referanslıdır).



    ŞEKİL 20-7 Senkron yörüngedeki uyduların uzaysal ayırması.

    Çevre tetiklemeyi önlemek üzere farklı çıkarma hattı ve indirme hattı frekansları kul­lanılır (19. Bölüm). Taşıyıcı frekansı ne kadar yüksek olursa, belli bir kazanç için ge­reken anten çapı o kadar küçük olur. Çoğu ulusal uydu, 6/4 GHz bandı kullanır. Ne yazık ki, bu bant aynı zamanda geniş çapta yeryüzü mikrodalga sistemleri için kul­lanılmaktadır. Bir uydu ağı tasarımı yapılırken, mevcut mikrodalga hatlardan ya da bu hatlarla meydana gelebilecek girişimden kaçınmaya özen gösterilmelidir.

    Senkron yörüngedeki belli konumlara öteki konumlardan daha çok talep vardır. Örneğin, Kuzey Amerika ile Avrupa’yı birbirine bağlamada kullanılan Atlantik okyanusunun ortasındaki konuma aşırı yüksek bir talep vardır. Yüksek talep gösterilen bir başka konum da Pasifik okyanusunun ortasıdır.

    WARC (Dünya İdari Radyo Konferansı) tarafından tahsis edilen frekanslar Şekil 20-8’de özetlenmiştir. Tablo 20-3, Amerika Birleşik Devletleri’nde çeşitli hizmetler için kullanılabilir bant genişliklerini göstermektedir. Söz konusu hizmetler şunları kapsamaktadır: sabit nokta (yeryüzünde sabit coğrafi noktalarda yerleştirilmiş yer is­tasyonları arasında), yayın (geniş bir alanı kapsar), mobil (yerden uzay araçlarına, gemilere ya da kara taşıtlarına) ve uydular arası (uydudan uyduya çapraz bağlantılar).



    YAYILIM PATERNLERİ: AYAK İZLERİ

    Bir uydunun hizmet verebileceği yeryüzü bölgesi, şu unsurlar tarafından belirlenir: uydunun senkron yörüngesindeki yeri, uydunun taşıyıcı frekansı ve uydu antenlerinin kazancı. Uydu mühendisleri belli bir uzay aracı için anteni, ve taşıyıcı frekansını, sınırlı iletim gücünü yeryüzünde belirgin bir alanda yoğunlaştıracak şekilde seçerler. Uydu anteninin yayılım paterninin coğrafi temsiline ayak izi denir (Şekil 20-9). Kontur çizgileri, eşit alma güç yoğunluğu sınırlarını gösterir.






    ŞEKİL 20-8 WARC uydu frekans tahsisleri.
    TABLO 20-3 AMERİKA BİRLEŞİK DEVLETLERİ’NDE MEVCUT RF UYDU BANT GENİŞLİKLERİ

    Frekans bandı (GHz)

    Bant

    Çıkarma hattı




    İndirme hattı

    Bant değişikliği

    (MHz)


    C

    X

    Ku



    Ka
    V

    Q

    V



    ISL

    5.9-6.4

    7.9-8.4


    14-14.5

    27-30


    30-31

    50-51


    -

    54-58


    59-64

    3.7-4.2

    7.25-7.75

    11.7-12.2

    17-20


    20-21

    40-41


    41-43

    500

    500


    500

    -

    -



    1000

    2000


    3900

    5000

    Bir uydu anteninin yayılım paterni şu üç şekilde sınıflandırılabilir: noktasal, bölgesel ya da yerküresel (Şekil 20-10). Yerküresel kapsama antenlerinin yayılım paternleri, yak­laşık 17’lik bir huzme genişliğine sahiptir ve yeryüzünün yaklaşık üçte birini kapsayabilir. Bölgesel kapsama, yeryüzü yüzeyinin üçte birinden daha az bir alanı içerir. Noktasal huzmeler, yayılan gücü çok küçük bir coğrafi alanda yoğunlaştırırlar.



    ŞEKİL 20-9 Uydu anten yayılım paternleri (“ayak izleri”).

    Yeniden Kullanma

    Tahsis edilen bir frekans bandı dolduğu zaman, frekans tayfının yeniden kullanılması yoluyla ek kapasite gerçekleştirilebilir. Bir antenin boyutları artırıldığında (yani, anten kazancı artırıldığında), antenin huzme genişliği azaltılmış olur. Böy­lece, aynı frekanstaki farklı huzmeler, yeryüzünün farklı coğrafi alanlarına yön­lendirilebilir. Buna frekansı yeniden kullanma denmektedir. Frekansı yeniden kul­lanmanın bir başka yöntemi, çift polarizasyon kullanmaktır. Farklı bilgi sinyalleri farklı yer istasyon alıcılarına, sinyallerin elektromanyetik polarizasyonları dikgen (ortogonal; 90° farklı fazda) yapılmak suretiyle aynı frekans bandından iletilebilir. Çift polarizasyon daha az etkili bir yöntemdir, çünkü yeryüzü atmosferi, at­mosferden geçen elektromanyetik bir dalganın yönünü, yani polarizasyonunu de­ğiştirme eğilimi gösterir. Yeniden kullanma, sınırlı bir bant genişliğinin kapasitesini artırmanın bir başka yoludur.





    ŞEKİL 20-10 Hüzmeler: A, noktasal; B, bölgesel; C, yerküresel.
    UYDU SİSTEM HAT MODELLERİ

    Temel olarak, bir uydu sistemi üç ana bölümden oluşur: çıkarma hattı, uydu transponderi ve indirme hattı.



    Çıkarma Hattı Modeli

    Bir uydu sisteminin çıkarma hattındaki ana bileşen, yer istasyonu vericisidir. Tipik bir yer istasyonu vericisi şu öğelerden oluşur: bir IF modülatörü, bir IF’den RF’ye mikrodalga yükseğe dönüştürücü, bir yüksek güç yükselteci (HPA) ve son çıkış tay­fını bant sınırlamasına tabi tutmak için bir devre (yani, bir çıkış bantgeçiren filtresi). Şekil 20-11, bir uydu yer istasyonu vericisinin blok diyagramını göstermektedir. IF modülatörü, giriş temelbant sinyallerini FM, PSK ya da QAM modülasyonlu bir ara frekansa dönüştürür. Yükseğe dönüştürücü (karıştırıcı ve bantgeçiren filtre), IF’yi uygun bir RF taşıyıcı frekansına dönüştürür. HPA (yüksek güç yükselteci), sinyali uydu transponderine iletmek için gerekli giriş duyarlığını ve çıkış gücünü sağlar. Yaygın olarak kullanılan HPA’lar klistronlar ve ilerleyen dalga tüpleridir.





    ŞEKİL 20-11 Uydu çıkarma hattı modeli.

    Transponder

    Tipik bir uydu transponderi şu öğelerden oluşur: bir giriş bant sınırlama devresi (BPF), düşük gürültülü bir giriş yükselteci (LNA), bir frekans çevirici, bir alçak düzey güç yükselteci ve bir çıkış bantgeçiren filtresi. Şekil 20-12, bir uydu transponderinin basitleştirilmiş blok diyagramını göstermektedir. Bu transponder bir RF’den RF’ye tekrarlayıcıdır. Diğer transponder düzenlemeleri, mikrodalga tekrarlayıcılarda kullanılanlara benzeyen IF ve temelbant tekrarlayıcı düzenlemeleridir. Şekil 20-12’de, giriş BPF’si, LNA’nın girişine uygulanan toplam gürültüyü sı­nırlamaktadır. (LNA olarak sıkça kulandan bir aygıt, tünel diyodudur.) LNA’nin çı­kışı, yüksek bant çıkarma hattı frekansını alçak bant indirme hattı frekansına dö­nüştüren bir frekans çeviriciye (bir kaydırma osilatörü ve bir BPF) beslenir. Genelde bir ilerleyen dalga tüpü olan düşük düzey güç yükselteci,





    ŞEKİL 20-12 Uydu transponderi.



    ŞEKİL 20-13 Uydu indirme hattı modeli.

    RF sinyalini indirme hattından yer istasyonu alıcılarına iletim için yükseltir. Her RF uydu kanalı ayrı bir transponder gerektirir.



    İndirme Hattı Modeli

    Bir yer istasyonu alıcısı şu öğeleri içerir: bir giriş BPF’si, bir LNA ve bir RF’den IF’ye alçağa dönüştürücü. Şekil 20-13, tipik bir yer istasyonu alıcısının blok diyagramını göstermektedir. Burada da, BPF, LNA’nın giriş gürültü gücünü sınırlar. LNA, tünel diyotlu yükselteç ya da parametrik yükselteç gibi yüksek duyarlıklı, düşük gürültülü bir aygıttır. RF’den IF’ye alçağa dönüştürücü, alınan RF sinyalini bir IF frekansına dönüştüren karıştırıcı/bantgeçiren filtreden oluşur.





    ŞEKİL 20-14 Uydular arası hat.

    Çapraz Bağlantılar

    Zaman zaman, uydular arasında iletişimi gerekli kılan bir uygulama olur. Bu, Şekil 20-14’de gösterilen uydu çapraz bağlantılarını ya da uydular arası bağlantıları (ISL’ler) kullanmak suretiyle yapılır. ISL kullanmanın bir dezavantajı, hem ve­ricinin hem de alıcının uzayda bulunmasıdır. Dolayısıyla, hem vericinin çıkış gücü hem de alıcının giriş duyarlığı sınırlı olur.



    UYDU SİSTEM PARAMETRELERİ

    Gönderme Gücü ve Bit Enerjisi

    Yer istasyonu vericilerinde kullanılan yüksek güç yükselteçleri ve uydu transponderlerinde kullanılan ilerleyen dalga tüpleri, doğrusal olmayan aygıtlardır; kazançları (çıkış gücü - giriş gücü oranı), giriş sinyal düzeyine bağlıdır. Tipik bir giriş gücü/çıkış gücü karakteristik eğrisi Şekil 20-15’de gösterilmiştir. Şekilden, giriş gücü 5 dB azaldığında, çıkış gücünün yalnızca 2 dB azaldığı görülmektedir. Bariz bir güç sıkıştırması söz konusudur. HPA’nın doğrusal olmayan yükseltmesinin yol açtığı modülasyonlar arası bozulma miktarını azaltmak için, giriş gücü birkaç dB azaltılmalıdır (zayıflatılmalıdır). Bu, HPA’nın daha doğrusal bir bölgede çalışmasına imkan sağlar. Giriş düzeyinin zayıflatılma miktarı bir kayıpla eşdeğerdir ve yerinde bir adlandırmayla buna zayıflama kaybı (Lbo) denmektedir.

    Mümkün olduğu kadar verimli bir şekilde çalışabilmesi için, bir güç yükseltecinin mümkün olduğu kadar doyuma yakın çalıştırılması gerekir. Doyum çıkış gücü Po (doy) ya da yalnızca Pt olarak adlandırılır. Tipik bir uydu yer istasyonu ve­ricisinin çıkış gücü, bir yeryüzü mikrodalga güç yükseltecinin çıkış gücünden çok daha yüksektir. Dolayısıyla, uydu sistemleri ile ilgili hesaplamalar yapılırken, PtdBm (1 mW’a göre desibel) olarak değil, genellikle dbW (1 W’a göre desibel) ola­rak ifade edilir.



    ŞEKİL 20-15 HPA giriş/çıkış karakteristik eğrisi.
    Çoğu modern uydu sistemlerinde klasik frekans modülasyonu (FM) değil, ya faz kaydırmalı anahtarlama (PSK) ya da dik-açı genlik modülasyonu (QAM) kullanılır. PSK ve QAM’de, giriş temelbandı genellikle sayısal nitelikte olan PCM kodlanmış,. zaman bölmeli çoğullanmış bir sinyaldir. Ayrıca, PSK ve QAM’de, çok sayıda bit tek bir gönderme sinyalleme öğesine kodlanabilir (baud). Dolayısıyla, taşıyıcı gü­cünden daha anlamlı bir parametre, enerji bolü bittir (Eb). Eb matematiksel olarak şöyle ifade edilir:

    Eb = PtTb (20-1a)

    burada

    Eh = tek bir bitin enerjisi (J/bit)



    P, = toplam taşıyıcı gücü (W)

    Th - tek bir bitin süresi (s)

    ya da Th = \IFh (burada Fh bit bolü saniye -bps- cinsinden bit iletim hızıdır) olduğu için,
    (20-1b)

    ÖRNEK 20-2

    1000 W’lık bir toplam iletim gücü (Pt) için, 50 Mbps’lik bir iletim hızında enerji bolü biti (Eh) bulun.

    Çözüm

    (Tb’nin biriminin saniye/bit-saniye bolü bit- olması gerektiği izlenimi uyanmaktadır, ancak “bölü bit”, Tb’nin bit süresinin tanımında içerilmektedir.)

    Değerleri 20-1 a nolu Denklemde yerine koyarsak, şu sonuç çıkar:

    Eb = lOOOJ/s (0.02 x İÜ-6 s/bit) = 20 J

    (Burada da, birimlerin J/bit -jul bolü bit- olduğu izlenimi uyanmaktadır, ancak “bolü bit”, Eb’nin enerji bolü bit tanımında içerilmektedir.)

    Logaritma olarak ifade edildiğinde,

    Eb = 10 log (20 x 10’6) = -47 dBJ

    Genelde Pt dBW cinsinden, Eh ise dBW/bps cinsinden ifade edilir. Böylece

    Pt = 10 log 1000 = 30 dBW

    Eb = Pt - 10 log Fh

    = Pt - 10 log (50 x 106)

    = 30 dBW - 77 dB = -47 dBW/bps

    ya da yalnızca -47 dBW.

    Etkili İzotropik Yayılan Güç

    Etkili İzotropik yayılan güç (EIRP), eşdeğer gönderme gücü olarak tanımlanır ve ma­tematiksel olarak şöyle ifade edilir:

    EIRP = PrAt

    burada


    EIRP = etkili İzotropik yayılan güç (W)

    Pr = bir antenden yayılan toplam güç (W)

    At = gönderme anten kazancı (W/W, yani birimsiz oran)

    Logaritma olarak ifade edildiğinde,

    EIRP (dBW) = Pr (dBW) + A, (dB)

    Verici çıkışına göre

    Pr= Pt - Lbo - Lbf

    Öyleyse


    EKP = Pt - Lbo – Lbf + At (20-2)

    burada


    Pt = vericinin gerçek güç çıkışı (dBW)

    Lbo = HPA’nin zayıflama kayıpları (dB)

    Lbf = toplam dallanma ve besleme hattı kaybı (dB)

    At = gönderme anten kazancı (dB)



    ÖRNEK 20-3

    Çıkış gücü 40 dBW (10.000 W), zayıflama kaybı 3 dB, dallanma ve besleme hattı kaybı 3 dB ve gönderme anten kazancı 40 dB olan bir yer istasyonu vericisinin EIRP’sini bulun.



    Çözüm: Değerleri 20-2 nolu Denklemde yerine koyarsak, şu sonucu elde ederiz:

    EIRP= Pt – Lbo - Lbf + At

    = 40 dBW - 3 dB - 3dB + 40 dB = 74 dBW

    1   2   3   4   5   6   7






        Ana sayfa


    1960'lı yılların başında, Amerikan Telefon ve Telgraf Şirketi (AT&T), ileri tasarımlı birkaç güçlü uydunun, at&T uzak mesafe I

    Indir 272.1 Kb.