FACOLTÀ DI INGEGNERIA DELL INFORMAZIONE, INFORMATICA E STATISTICA CORSO DI LAUREA DI INGEGNERIA ELETTRONICA CARATTERIZZAZIONE DEI COMPONENTI E ANALISI DELLE MISURE DEL RICEVITORE IN BANDA Ka DEL SATELLITE ALPHASAT Relatore Prof. Frank S. Marzano Correlatori Ing. Elio R. Restuccia Fernando Consalvi Laureando Augusto M. Marziani
INDICE
IL PROGETTO ALPHABUS ALPHABUS, SATELLITE A FINI COMMERCIALI E SCIENTIFICI NEL 2007 L ESA STIPULA UN ACCORDO CON INMARSAT MASSA DI CARICO DI 15000 kg E FINO A 18 kw DI POTENZA PER I CARICHI PAGANTI 4 TECHNOLOGY DEMONSTRATION PAYLOADS (TDPs) TDP1: COMUNICAZIONE TRA SATELLITI GEO E LEO TDP5: STUDIO DI PROPAGAZIONE IN BANDA Ka E Q TDP6: ADVANCED STAR TRACKING TDP8: SENSORE DI MISURAZIONE DELLE RADIAZIONI E.M. CHE CIRCONDANO IL SATELLITE
SPECIFICHE ESA ALPHASAT SATELLITE GEOSTAZIONARIO POSIZIONATO A 25 DEG E SPECIFICHE DEL TRASMETTITORE DIAMETRO ANTENNA TX: 12 cm EFFICIENZA DI ANTENNA: 60% ANGOLO A METÀ POTENZA: 8.88 GUADAGNO MAX DI ANTENNA: 26.7 dbi POTENZA TRASMESSA: - 3.9 dbw FREQUENZA DEL SEGNALE: 19.701 GHz TIPO DEL SEGNALE INVIATO: CW SPECIFICHE DEL RICEVITORE DIAMETRO DI ANTENNA: 1.5m EFFICIENZA DI ANTENNA: 60% BANDA DEL RICEVITORE DI BEACON: 1 khz RAPPORTO C/N: 5 db
LINK BUDGET L ANTENNA A PARABOLOIDE ANTENNA A PARABOLOIDE: DIAMETRO: 1.5 m GUADAGNO: 47 dbi ANGOLO A METÀ POTENZA: 0.7 EFFICIENZA: 60%
LINK BUDGET L ANTENNA A TROMBA CONICA VALUTAZIONE DEL GUADAGNO Dal diametro di 11.7 cm = 0.117 m si oeene: Ag=π r 2 =0.011 m 2 Poichè l efficienza dell antenna è del 60%: η= A e /A g =0.6 A e =0.6 A g =0.0066 m 2 e l area efficace: Ae=(λ 2 G lin )/4π=0.0066 G lin = 360.58 Il guadagno dell antenna in dbi sarà quindi: G dbi =10log G lin = 25.6 dbi Inoltre: θ 3dB =70 (λ/d)=9.09
LINK BUDGET ATTENUAZIONI SUPPLEMENTARI MODELLI ITU- R (INTERNATIONAL COMMUNICATION UNION RADIOCOMMUNICATION SECTOR) ATTENUAZIONE DA PIOGGIA ATTENUAZIONE DOVUTA A GAS E VAPORE ACQUEO ATTENUAZIONE DA NUBI E NEBBIA EFFETTI DOVUTI ALLE SCINTILLAZIONI
LINK BUDGET ITU R: Freq(GHz)=19.701 Site( )=41.8314,12.4662 Elev( )=40 Dant(m)=1.5 10 2 Total Rain Prob. abscissa is exceeded (%) 10 1 10 0 10 1 10 2 0 5 10 15 20 25 Path attenuation (db)
LINK BUDGET ATTENUAZIONE DI SPAZIO LIBERO COMPONENTE DOMINANTE DELL ATTENUAZIONE TOTALE L aoenuazione di spazio libero è pari a: A SL =((4πR)/λ) 2 Dove λ è la lunghezza d onda ed R è la distanza del satellite dal ricevitore. Nel nostro caso R 36000 km. Si oeene quindi: A SLdB =209.47 db
LINK BUDGET ATTENUAZIONE TOTALE Caso peggiore tra A R e A c : A RC =A R +A C RSS tra A s e A RC : A SRC =(A S 2 +A RC 2 ) 1/2 Caso peggiore tra A G e A SRC : A STOT = A G +A SRC = A G +(A S2 +A RC2 ) 1/2 Ed infine: A TOT =A SL +A STOT
CARATTERIZZAZIONE DEI COMPONENTI IL RICEVITORE
CARATTERIZZAZIONE DEI COMPONENTI LNA (Low Noise Amplifier) CaraMerisNche dichiarate dal costrumore: Amplificazione: 30 db Cifra di rumore: 2.5 db BW di funzionamento: 17.7-20 GHz Piaoezza in banda: ±1 db
CARATTERIZZAZIONE DEI COMPONENTI RISPOSTA IN FREQUENZA DELL LNA E FILTRI LNA CON FILTRO DI INGRESSO LNA CON ENTRAMBI I FILTRI
CARATTERIZZAZIONE DEI COMPONENTI RISPOSTA IN FREQUENZA: RISPOSTA DEI FILTRI SPAN 300 MHz
CARATTERIZZAZIONE DEI COMPONENTI MISURAZIONE DELLA CIFRA DI RUMORE METODO DEL FATTORE Y MIXER Y- 1
CARATTERIZZAZIONE DEI COMPONENTI MISURAZIONE DELLA CIFRA DI RUMORE METODO DEL FATTORE Y Alternando fasi di accensione e di spegnimento della sorgente di rumore in ingresso al DUT e misurando la potenza in uscita, si ha: Y lin = N ON /N OFF Da cui si può ricavare il rumore interno del DUT tramite: N a =KT 0 BG ( ENR - 1) Y- 1 NF db = ENR db - 10log(Y- 1)
CARATTERIZZAZIONE DEI COMPONENTI IL DOWN CONVERTER ORIGINARO PRIMO STADIO DI CONVERSIONE: 19.770 GHZ 820 MHz SECONDO STADIO DI CONVERSIONE: 820 MHz 70 MHz ATTENUAZIONE DEL PRIMO MIXER: 9 db AMPLIFICAZIONE DEL PRIMO STADIO: 3dB ATTENUAZIONE DEL SECONDO MIXER: 9dB AMPLIFICAZIONE DEL SECONDO STADIO: 61 db
CARATTERIZZAZIONE DEI COMPONENTI PRIMO STADIO DI CONVERSIONE
CARATTERIZZAZIONE DEI COMPONENTI SECONDO STADIO DI CONVERSIONE
CARATTERIZZAZIONE DEI COMPONENTI SECONDO STADIO DI CONVERSIONE
CARATTERIZZAZIONE DEI COMPONENTI FILTRO SU MICROSTRISCIA
MODIFICA DEL DOWN CONVERTER
RISULTATI FINALI Probabilità di fuori servizio richiesta: 0.1% ASPETTATIVE ESA: C/N @ 0.1% = 21.41 RISULTATI SIMULAZIONE: C/N @ 0.1% = 21.36 db MISURAZIONI EFFETTUATE: C/N @ 0.1% = 22.1 db
CONCLUSIONI IL RICEVITORE RIESCE A CONVERTIRE IL SEGNALE A f=19.701 GHz RISULTA NECESSARIO IL TRACKING PER L ANTENNA A PARABOLOIDE MENTRE QUELLA A TROMBA CONICA NON RISULTA ADATTA IL SEGNALE PUÒ ESSERE AGGANCIATO DAL PLL ANCHE PER PROBABILITÀ INFERIORI ALLO 0.01% L OBIETTIVO DEL RICEVITORE È QUELLO DI PERMETTERE LO STUDIO DI PROPAGAZIONE UNA VOLTA CHE IL SATELLITE SARÀ IN ORBITA