ماهواره مخابراتی

ماهواره مخابراتی نوعی ماهواره است که برای مخابره تصویر و پیام و داده‌ها بکار می‌رود.
ماهواره مخابراتی معمولا در مدار ژئوسنکرون زمین و در بالای خط استوا و هماهنگ با سرعت زمین و با زاویه‌ای ثابت، حرکت می‌کند، و قسمت مشخصی از سطح زمین را بطور ثابت پوشش می‌دهد. چنین ماهواره‌ای از یک ایستگاه زمینی نیز بصورت یک نقطه ثابت، قابل رویت است. ماه، خورشید، و دیگر ستارگان و سیارات منظومه شمسی باعث تاثیرگذاری بروی ماهواره در مدار خود می‌شود که احتمال جابجایی از مکان خود را دارد. برای جلوگیری از این مشکل، موتورهای مخصوصی که به‌وسیله ایستگاه‌های زمینی کنترل می‌شوند، ماهواره‌ها را در مکان خود ثابت نگه‌می‌دارند.
جهت برقراری ارتباط از یک ایستگاه زمینی، معمولا احتیاج به یک دیش بزرگ که بنام Uplink Antenna معروف است، می‌باشد و باعث تمرکز اطلاعات ارسالی به ماهواره می‌شود.
در ارتباط بین ماهواره و ایستگاه زمینی معمولا از دو نوع موج و فرکانس متفاوت استفاده می‌شود.یکی برای Uplink و دیگری برای Downlink.
دیش نصب شده بروی ماهواره، سیگنال ارسالی ازایستگاه زمینی را دریافت کرده و به یک دستگاه گیرنده می‌رساند و پس از یک سری پردازش، به فرستنده ماهواره انتقال می‌دهد و از طریق آنتن فرستنده ماهواره، مجددا به سمت زمین باز تابش داده می‌شود.
سیگنال ارسالی به سطح زمین، به‌وسیله دیش‌های معمولی، دریافت و جمع آوری شده و به دستگاه گیرنده ماهواره، از طریق LNB انتقال پیدا می‌کند.
ماهواره‌ها معمولا در سه مدار LEO و MEO و GEO قرار می‌گیرند. این مدارها را به ترتیب با ارتفاع کمتر و متوسط و سنکرون نسبت به زمین شناخته می‌شوند. مدار ژئوسنکرون دارای صفحه‌ای است که این صفحه از خط استوا می‌گذرد.
قدرت سیگنال دریافتی بر روی زمین، نسبت به فاصله و زاویه و…. ماهواره و نقطه گیرندگی، متفاوت بوده و بصورت یک الگوی خاص به نام سایه ماهواره یا footprint معرفی می‌شود.
همیشه قدرت سیگنال ماهواره در مرکز سایه، بیشترین مقدار را دارا می‌باشد و در گوشه‌ها، از کمترین مقدار، برخوردار است. توجه به این نکته لازم است که دریافت سیگنال در خارج است سایه، احتیاج به دیش‌های بزرگ‌تر، دارد.
امواج سانتی متری ، جهت ارسال سیگنال ماهواره به زمین، مورد استفاده قرار می‌گیرد که محدوده فرکانسی آن‌ها بین ۳-۳۰ MHz می‌باشد.
دلیل اصلی استفاده از این امواج رادیویی کوتاه، انتشار راحت امواج و تاثیرات کم نویز و مزاحمت‌های فرکانسی است.
البته فرکانسهای بالاتر از ۱۵ Ghz، بصورت وحشتناکی به‌وسیله اکسیژن هواوبخار آب تضعیف می‌گردند.
ماهواره‌ها سیگنالهای ارسالی خود را بصورت قطبی و با دو حالت افقی و عمودی ارسال می‌کنند و گاهی اوقات نیز بصورت دورانی، چپ گرد و راست گرد.
در سیستم‌های دیجیتال، امکان ارسال DATA و چندین شبکه تلویزیونی و رادیویی بروی یک فرکانس وجود دارد.
اجزای سیستم ماهواره‌ای مخابرات
سیستم ماهواره‌ای مخابرات مجموعه‌ای است از ایستگاههای فضایی و ایستگاههای زمینی به
منظور ایجاد ارتباطات رادیویی. بخشی از این سیستم ماهواره‌ای می‌تواند تنها از یک ماهواره و ایستگاه‌های زمینی مربوطه تشکیل شود. این مجموعه، یک (شبکه ماهواره‌ای) نامیده می‌شود.
ایستگاههای فضایی
ایستگاه فضایی شبکه ماهواره‌ای مخابرات، از ماهواره (بخش اصلی شبکه) و دستگاههای. جانبی تشکیل شده‌است
ساختمان ماهواره
ماهواره از دوبخش تجهیزات مخابراتی وغیرمخابراتی تشکیل شده‌است. زیرسیستم‌های مخابراتی، آنتنها و تکرارکننده‌ها هستند. در بخش مخابراتی، دستگاهی وجود دارد که وظیفه تکرارکننده‌های رله رادیویی را.انجام می‌دهد و ترانسپاندر نام دارد. ترانسپاندرها سیگنالهای فرستاده شده از زمین را دریافت و پس ازتقویت و تغییر فرکانس آن‌ها را به زمین می‌فرستند. آنتنهای مربوط به این ترانسپاندرها طوری طراحی شده‌اند که فقط قسمت‌هایی از سطح زمین را که درون شبکه ماهواره‌ای قرار دارند، پوشش می‌دهد. یک ماهواره معمولا آنتنی همه جهته دارد که برای دریافت سیگنالهای فرمان صادره از زمین به کار می‌رود زیرا آنتنهای دیگر ماهواره احتمال دارد به سوی زمین نباشند. آنتن همه جهته همچنین برای کنترل سیستم‌های فرعی در زمان پرتاب ماهواره و تعیین موقعیت آن به کارمی رود. بخش غیرمخابراتی ماهواره که در واقع قسمت پشتیبانی فنی آن است شامل سیستم کنترل حرارتی، سیستم کنترل موقعیت و مدار، ساختمان مکانیکی، سیستم منبع تغذیه وموتور اوج است
سیستم کنترل حرارتی ماهواره
این سیستم باید درجه حرارت دستگاهها و تجهیزات درون ماهواره را در حد متعادل و متعارف حفظ کند.
سیستم کنترل موقعیت ومدار
کنترل موقعیت ماهواره آن است که جهت تابش پرتو فرکانسهای رادیویی آنتن را برای منطقه مورد نظر در روی زمین ثابت نگه‌می‌دارد.
ساختمان مکانیکی
ساختمان ماهواره باید به گونه‌ای طراحی شده باشد که بتواند نیروهایی را که بر اثر فشارهای دینامیکی در هنگام روشن شدن موتور و پرتاب وارد می‌شود، تحمل کند. بدنه ماهواره معمولا از آلیاژ آلومینیوم سبک ساخته می‌شود که شامل سلولهای خورشیدی و منعکس کننده‌های آنتن نیز هست. این قسمت از ترکیب موادی مانند فیبرکربن که دارای استحکام وثبات ساختمانی خاصی است ساخته می‌شود.
سیستم منبع تغذیه
منبع اصلی تغذیه معمولا سلولهای خورشیدی هستند. انرژی خورشیدی جذب شده برای شارژکردن باتریهای ذخیره نیزمورداستفاده قرارمی گیرد. این باتریهاازنوع نیکل -کادمیم هستند.
موتوراوج
نقش موتوراوج ایجاد مدار دایره‌ای شکل وجلوگیری ازانحرافات مداری ماهواره‌است. بعضی مواقع با استفاده ازموتوراوج، ماهواره‌ها را در مدار ثابت مستقر می‌کنند.
ایستگاه‌های زمینی
ایستگاههای زمینی سیستم‌های ماهواره‌ای مخابرات براساس نوع استفاده ازآنهاعبارت اند از:
ایستگاههای ثابت، ایستگاههای سیار. ایستگاه‌های زمینی ماهواره معمولا ازچند قسمت تشکیل شده‌اند. آنتن، فرستنده، گیرنده، سیستم‌های کنترل برقراری ارتباط ومنابع تغذیه مورد لزوم ایستگاه هر یک ازاجزای فوق شامل قسمت‌های مختلفی‌اند که متناسب با نوع ایستگاه زمینی، حجم وتجهیزات آن‌ها متفاوت خواهدبود.
آنتن ایستگاههای زمینی
به‌طور کلی آنتن فرستنده، انرژی الکتریکی حاصل از یک منبع را در فضا به صورت امواج الکترومغناطیسی پخش می‌کند. سپس آنتن گیرنده این امواج رامی گیرد و به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند. در هر سیستم مخابرات رادیویی، آنتن نقش حساس و مهمی دارد، زیرا با انتخاب آنتنهای مناسب ونصب وتنظیم صحیح آنهامی توان تاحدزیادی بازدهی سیستم رابالا برد. علایم و سیگنالهای فرستاده شده از ماهواره توسط آنتنهای بزرگ یا کوچک دریافت می‌شود و سپس به دستگاه تقویت کننده انتقال می‌یابد. ایستگاههای زمینی دارای دو نوع آنتن فرستنده و گیرنده به صورت بشقابی در اندازه‌های مختلف هستند. این آنتنها اطلاعات را به صورت امواج رادیویی به فضا می‌فرستند یا از فضا دریافت می‌کنند. آنتن ایستگاههای زمینی در ابعاد بزرگ و ساختمان مکانیکی معینی ساخته می‌شوند که قطر نوع قدیمی آن‌ها به بیش از ۳۰۰ تن می‌رسد. از آنجا که فرکانس مورد نظر برای سرویس ثابت ماهواره در محدوده فرکانسهای مگاهرتز و گیگاهرتز است
اختراع‌ها در ایالات متحده (۱۹۴۶–۱۹۹۱)
لیست ماهواره‌های مخابراتی