LA STAZIONE DI TERRA DEL DIMOSTRATORE TECNOLOGICO SATELLITARE

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1 I.I.S.S. G. MARCONI piazza Poerio 2 BARI - Progetto EduSAT - LA STAZIONE DI TERRA DEL DIMOSTRATORE TECNOLOGICO SATELLITARE Coordinatore del Progetto prof. Vito Potente Stesura a cura del docente ing. Marcello Surace 1

2 Introduzione Il simulatore della stazione di terra del DTS è composto da quattro blocchi fondamentali, come mostrato nella Figura Cenni di teoria sui ricevitori e trasmettitori Come è fatto un trasmettitore a Radio Frequenza Analizziamo lo schema a blocchi di un trasmettitore a radiofrequenza (Figura 11), dove è possibile notare la suddivisione del trasmettitore in tre macro-parti: il circuito di interfaccia di ingresso; il circuito di elaborazione; il circuito di interfaccia di uscita, comprensivo dell antenna. Coordinatore del Progetto prof. Vito Potente Stesura a cura del docente ing. Marcello Surace 2

3 Come è fatto un ricevitore a Radio Frequenza Un ricevitore è costituito da quattro elementi fondamentali, come mostrato nella figura in basso: il circuito di interfaccia di ingresso, comprensivo dell antenna; il circuito di elaborazione; il circuito di sincronizzazione; il circuito di interfaccia di uscita. Schema a blocchi di un ricevitore a radio frequenza Il componente di base della stazione di terra, il CC1020 Il circuito integrato scelto come componente di base per la stazione di terra è il Chipcon CC1020, prodotto dalla società norvegese Chipcon AS, una sussidiaria dell americana Texas Instruments. Il CC1020 è un dispositivo che realizza le funzioni di un ricetrasmettitore in banda UHF a bassa potenza e a banda stretta. E un componente largamente usato nelle bande ISM (Industrial, Scientific and Medical) e SRD (Short Range Device) con frequenze programmabili per operare nelle bande da 402 a 470 MHz e da 804 a 940 MHz, ed è particolarmente adatto per sistemi a banda stretta con separazione tra i canali di 12,5KHz e 25KHz. Il componente può essere facilmente programmato e riconfigurato attraverso un bus seriale (SPI) e ciò lo rende molto flessibile e facile da usare. Le sue caratteristiche principali sono: intervallo di frequenza da 402 MHz a 470 MHz; elevata sensibilità, fino a -118 dbm per canali di 12,5 KHz; potenza di uscita programmabile; basso consumo di corrente; bassa tensione di alimentazione; piccole dimensioni; indicatore digital RSSI e carrier sense; data rate fino a Kbaud; modulazione dati OOK, FSK e GFSK; sincronizzazione bit integrata; mixer a reiezione di immagine; frequenza programmabile e controllo automatico della frequenza. Coordinatore del Progetto prof. Vito Potente Stesura a cura del docente ing. Marcello Surace 3

4 Immagine all oscilloscopio di un segnale modulato in FSK Coordinatore del Progetto prof. Vito Potente Stesura a cura del docente ing. Marcello Surace 4

5 stazione di terra richiede l uso di un microcontrollore, che si interfaccia con il CC1020 (vedi Figura), per effettuare le funzioni seguenti: programmare le funzioni del ricetrasmettitore attraverso una interfaccia di configurazione seriale a quattro fili (PDI, PDO, PCLK e PSEL); scambiare segnali digitali con l interfaccia dati sincrona bidirezionale (DIO e DCLK); codificare e decodificare dati; monitorare il piedino LOCK per lo stato dell aggancio della frequenza e lo stato del rivelatore di portante; poter eventualmente leggere la telemetria RSSI digitale e altre informazioni sullo stato del dispositivo attraverso l interfaccia seriale a quattro fili: questa funzione nel DTS non è attualmente utilizzata in quanto l RSSI viene rilevato sulla stazione di terra. CC1020 Interfaccia del microcontrollore con il CC1020 Coordinatore del Progetto prof. Vito Potente Stesura a cura del docente ing. Marcello Surace 5

6 Frequenza intermedia (Fp+/ f ) - Flo = (Fi+/ f ) => ,6298 = 0,3072 Mhz Schema a blocchi di un ricevitore a radio frequenza Coordinatore del Progetto prof. Vito Potente Stesura a cura del docente ing. Marcello Surace 6

7 Circuito PLL ( Phase- Locked Loop) F in F out F out : N Un PLL tipico è composto generalmente da quattro moduli (visibili in figura): 1) Comparatore di fase; 2) Filtro passa basso; 3) Oscillatore controllato in tensione (VCO - Voltage Controlled Oscillator); 4) Divisore di frequenza Il segnale generato dall oscillatore controllato in tensione VCO viene diviso per un opportuno fattore N affinché la frequenza sia uguale a quella dell oscillatore di riferimento F in. In un circuito comparatore i due segnali vengono confrontati e viene creata una tensione proporzionale alla differenza di fase dei due segnali stessi. Questo segnale in tensione controlla l oscillatore VCO forzando l oscillazione su una frequenza opportunamente divisa per un fattore N. tale da essere in fase con il segnale di riferimento. Variando il fattore di divisione N è possibile ottenere una serie di frequenze tutte con la stabilità pari a F in. Coordinatore del Progetto prof. Vito Potente Stesura a cura del docente ing. Marcello Surace 7

8 L antenna della stazione di terra L antenna della GS, montata direttamente sul modulo RF, è un antenna a monopolo (adattata a 50 Ohm) avente una lunghezza pari a 16,4 cm. L interfaccia elettrica del sottosistema di comunicazione ha le seguenti caratteristiche: tensione di alimentazione: 5V, BUS USB regolato; corrente assorbita: 20mA; tipo di interfaccia dati verso il modulo RF: SPI; tipo interfaccia dati verso il personal computer: USB; tipo di protocollo: standard AX.25 o proprietario IMT; telemetrie: corrente consumata, stato PLL, temperatura, potenza trasmessa; Le interfacce della stazione di terra sono quindi sia di tipo alimentazione che di tipo dati. Le interfacce meccaniche: La stazione di terra non necessita di fissaggio in quanto viene fornita con torrette 8i stanziatrici di 1,5 cm. Requisiti particolari dovuti all ambiente di funzionamento La stazione di terra funziona all interno di un edificio scolastico e non vi sono particolari requisiti inerenti a vibrazioni, accelerazioni e radiazioni. Requisiti di interfaccia termica La stazione di terra è progettata per funzionare nella gamma di temperatura da 40 C a +85 C, e quindi dal punto di vista termico non pone problemi particolari Interfacce di programmazione ad uso didattico: La stazione di terra è completamente interfacciabile con un PC attraverso il quale è possibile definire molte caratteristiche del DTS e controllare le prestazioni dell apparato stesso. La comunicazione con il computer avviene mediante porta USB con connettore standard micro USB. Coordinatore del Progetto prof. Vito Potente Stesura a cura del docente ing. Marcello Surace 8

9 Il software utilizzato per la gestione e il controllo del dimostratore tecnologico satellitare funziona su sistemi operativi Windows XP e superiori. La realizzazione della stazione di terra La stazione di terra è assiemata su di una scheda a circuito stampato, che comprende sia la parte di elaborazione che quella a radio frequenza. La sola parte che si trova al di fuori della scheda è l antenna, che viene montata sul modulo RF tramite connettore SMA. Le figure mostrano rispettivamente il lato superiore ed inferiore del circuito stampato: Led rosso, led giallo Sulla scheda sono presenti inoltre quattro LED (diodi emettitori di luce): LED rosso che segnala quando è in corso una trasmissione sulla portante RF; LED giallo che segnala quando il modulo RF è in ricezione; LED rosso che segnala quando è in corso una trasmissione sulla porta USB; LED giallo che segnala quando la porta USB è in ricezione. Sono presenti infine dei condensatori ceramici e al tantalio per il disaccoppiamento dell alimentazione. La scheda riceve quindi la tensione dalla porta USB a 5 V per poi convertirla a 3,3 V tramite un regolatore lineare LDO (Low Drop Out). Coordinatore del Progetto prof. Vito Potente Stesura a cura del docente ing. Marcello Surace 9

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