Comunicações por Satélite

Comunicações por Satélite

(Parte 1 de 2)

UNIVERSIDADE ESTÁCIO DE SÁ

Campus Praça XI

Curso de Engenharia Elétrica

Comunicações por Satélite

- Desmistificando Polarização Cruzada em Comunicações por Satélite -

Professor Júlio César de Oliveira Medeiros

Turma 3001 – Sala 105

Aluno: Teo Pires Marques

Matrícula: 200602116859

Rio de Janeiro

Novembro 2010

Lista de Figuras:

Figura 1: Circuito XPICs.......................................................................................................................3

Figura 2: diagrama em bloco dos terminais de comunicação de um satélite................................4

Figura 3: antenas..................................................................................................................................4

Figura 4: Um LNB, presente nas ponteiras das antenas parabólicas.............................................5

Figura 5: 3 watt Ku band transmit BUC…………………………………………………………………....5

Figura 6:Transdutor de modo ortogonal França Portensigne OMC................................................5

Figura 7: Transponder da General Dynamics e JPL.........................................................................6

Figura 8: Single TWTA radiation cooled TWT e Single TWTA conduction cooled TWT…….…….7

Figura 9: Dual TWTA radiation cooled TWT e Dual TWTA conduction cooled TWT………….…...7

Figura 10: microwave power modules...............................................................................................8

Figura 11: DUAL SSPA/ LCAMP/ DOWNCONVERTER/ UPCONVERTER/ LNA/ LIN......................9

Figura 12: Multiplexadores................................................................................................................10

Figura 13: Componentes passivos e Switches...............................................................................11

Figura 14: Moduladores.....................................................................................................................12

ÍNDICE

i- Lista de Figuras.......................................................................................................2

1. Polarização Cruzada (conceitos iniciais).............................................................3

2. Equipamentos do transponder de Satélite envolvidos na transmissão e recepção de RF...........................................................................................................4

2.1. Antenas de recepção e de transmissão............................................................4

2.1.1- LNB (Low-noise block converter)………………………………………………..5

2.1.2- Conversor de Bloco (BUC)..............................................................................5

2.1.3- Transdutor de modo ortogonal (OMC)...........................................................5

2.2 - Transponder e seus Componentes..................................................................6

2.2.1 - Componentes de um transponder para RF...................................................7

2.2.1.1- Amplificadores de onda valvulados............................................................7

2.2.1.2 - Módulo de potência para micro-ondas......................................................8

2.2.1.3- SSPA / LIN / CAMP / MIC e equipamentos relacionados...........................8

2.2.1.4 – Multiplexadores.........................................................................................10

2.2.1.5 -Guia de Onda, Switches e Componentes Passivos.................................11

2.2.1.6 - Subsistema de Módulos de RF..................................................................12

3. Bibliografia............................................................................................................13

  1. Polarização Cruzada (conceitos iniciais):

Nas comunicações por RF, existem basicamente três tipos de polarização. São elas: Polarização horizontal, polarização vertical, e polarização circular. A polarização descreve como a onda de rádio está em movimento quando sai da antena. Na polarização horizontal, a antena de transmissão cria um campo elétrico que é orientado no plano horizontal, e o componente de polarização horizontal da energia retroespalhada é registrada pela antena receptora. Na polarização vertical, a antena de transmissão cria um campo elétrico que é orientado no plano vertical e a componente polarizada vertical é a registrada pela antena receptora. Na polarização circular o sinal se move em uma forma circular com rotação para esquerda ou direita. Em sistemas de transmissão que empregam simultaneamente ambas as polarizações, horizontal e vertical de sinais com informação distinta (por ex. canais telefônicos ou de TV) na mesma banda de frequências utilizam uma técnica denominada por diversidade de polarização.

Polarização cruzada é o termo que descreve sinais de polaridade oposta sendo transmitidos e recebidos em um mesmo equipamento de RF. Apresenta como vantagem o reuso da frequência além de reduzir à metade a largura de banda da transmissão, se comparada a modalidade de transmissão convencional.

Para aumentar a capacidade de cada canal dentro da mesma faixa de freqüência, os satélites utilizam dois sistemas de transmissão operando com polaridades cruzadas de antenas. Embora os sinais ocupem a mesma faixa de frequência, as antenas conseguem separar os sinais. A polarização cruzada permitiu dobrar a capacidade de um sistema de comunicação por rádio. Os satélites geoestacionários utilizam a polaridade cruzada para aumentar de 12 para 24 o número de canais.

Agora, quando se quer sintonizar usando polarização horizontal ou vertical deve-se combinar o ângulo de polarização que é exatamente o sinal mais forte. Isso é importante porque quando se está configurando algo como uma conexão via satélite a fim de permitir que haja mais transmissão de sinais através do transponder do satélite dentro de uma banda fixa e com interferências mínimas, os fabricantes de satélite alternam a polarização entre os canais adjacentes do transponder. Dois canais adjacentes opostamente polarizados podem ser alocados “um acima do outro" que a interferência será mínima. Como a interferência afeta seus clientes, fornecedores de satélite são muito exigentes sobre a polarização adequada e monitora as lacunas, chamadas de "bandas de guarda" para garantir que estejam devidamente alinhadas.

A discriminação de polarização cruzada refere-se à habilidade de um dispositivo de alimentação detectar os sinais de uma polaridade e rejeitar os sinais que tenham sentido oposto de polarização.

Para o cancelamento da Interferência de Polarização Cruzada usa-se o circuito XPIC (“Cross -Polarization Interference Canceller” – Cancelador de Interferência de Polarização Cruzada) que está contido no DEMODULADOR e reduz a interferência da polarização horizontal no sinal polarizado verticalmente assim como reduz a interferência da polarização vertical no sinal polarizado horizontalmente. O princípio consiste em gerar um sinal de correção com resposta de frequência idêntica à do sinal interferente que é usado para eliminá-lo por subtração.

Figura 1: Circuito XPIcs

Fonte: http://www.deetc.isel.ipl.pt/sistemastele/ST2/arquivo/sebenta/STII_5.pdf

Para assegurar que o sinal de correção e o sinal interferente se cancelem mutuamente, é essencial haver uma perfeita sincronia de frequências dos osciladores locais de RF dos dois receptores. Note-se ainda a existência dos circuitos de cancelamento de eventuais polarizações cruzadas residuais que possam existir nos sinais de correção “h” e “v”. Estes XPICs são de grande utilidade dado que nos permitem duplicar a capacidade das microondas digitais, ao permitirem a operação co-canal. O fator de melhoria da polarização cruzada é de cerca de 20 dB e este valor é adicionado à discriminação de polarização cruzada já conseguida pela antena. Na figura os sinais “H” e “V” são os sinais desejados enquanto que os sinais “h” e “v” são os sinais interferentes.

  1. Equipamentos do transponder de Satélite envolvidos na transmissão e recepção de RF:

Figura 2: diagrama em bloco dos terminais de comunicação de um satélite

Fonte: http://www.tesat.de

2.1 - Antenas de recepção e de transmissão

Figura 3: antenas

Fonte: http://www.teleco.com.br/imagens/sat1.GIF

2.1.1- LNB (Low-noise block converter)

Considerando que a antena dipolo é incapaz de se adaptar a várias polarizações sem ser girada, o LNB pode ser comutado eletronicamente entre polarização vertical e horizontal da recepção. O LNB é normalmente fixado na antena parabólica. O correspondente componente no uplink é chamado de upconverter Block (BUC).

Figura 4: Um LNB, presente nas ponteiras das antenas parabólicas

Fonte: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/e/e3/Universal-euro-sat-lnb.jpg/220px-Universal-euro-sat-lnb.jpg

2.1.2- Conversor de Bloco (BUC)

Um bloco Up Converter (BUC) é um sistema utilizado para transmitir sinais de uplink de satélites. Ele converte uma faixa de freqüências (ou "blocos") de freqüências, de uma baixa freqüência para uma maior frequência. Sendo um transmissor do uplink, ele concorda "a transferência" com o OMC. Um sistema usando um BUC e um LNB é um sistema de VSAT.

Figura 5: 3 watt Ku band transmit BUC

Fonte:http://www.satsig.net/tria/3-watt-ku-tria-buc-lnb.jpg

2.1.3- Transdutor de modo ortogonal (OMC)

Usado para combinar ou separar os dois sinais ortogonais polaridade LHCP e polaridade RHCP. O OMC é parte de todos ODU (Out-Door Unit), ele se encaixa entre a LNB, o BUC e o alimentador Horn na frente do equipamento de antena VSAT o OMT fornece 40dB de isolamento entre cada uma das portas de rádio.

Figura 6:Transdutor de modo ortogonal França Portensigne OMC

Fonte:http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/4/44/Orthogonal_Mode_Transduceur.jpg/300px-Orthogonal_Mode_Transduceur.jpg

2.2 - Transponder e seus Componentes

Um transponder é um sistema de comunicação instalado a bordo de um satélite de retransmissão, que recebe e retransmite o sinal, muitas vezes com diferentes freqüências de downlink e uplink. Existem transponder com terminais de telecomunicações espaciais de banda X e Ka com DSN. Fazendo uso extensivo da tecnologia MMIC (para multiplicadores e amplificadores), módulos multi-chip e um ASIC de processamento de sinal.

São características do transponder:

-Uplink de banda X com: 7,145-7,235 GHz

-Downlink de banda X com: 8,400-8,500 GHz

-Banda X TX / RX com razão de: 880/749

-Downlink para banda ka com: 31,800-32,300 GHz

-Banda Ka TX / RX com Razão: 3360/749

O receptor de banda X mostra as seguintes características:

-Figura de ruído de: <2,5 dB e 25 ° C

-Alcance do sinal de controle: -70 a -156 dBm

-Transportador de loop de banda: 20 Hz nominal (expande para 200 Hz, o sinal forte).

-Fator de amortecimento de loop: 0,5 a 0 dB S / N (Tipo 1, 2 )

-Seguindo a escala:> 200 kHz.

-Tipos de filtro: Chebyshev de 3 pólos, outras opções tambem estão disponíveis.

-Largura de banda do filtro(3dB): 1700 kHz nominal, outras opções estão disponíveis.

-Estabilidade de temperatura: cerca de 3 ppm (-20 ° C a 60 ° C)

Figura 7: Transponder da General Dynamics e JPL

Fonte: http://www.astrosurf.com/luxorion/Radio/mars-transponder.jpg

2.2.1 - Componentes de um transponder para RF

2.2.1.1- Amplificadores de onda valvulados (Travelling Wave Tube Amplifiers)

O TWTA é um elemento fundamental para transponders do satélite. Satisfazendo os requisitos para satélites da NASA, ESA Intelsat, Inmarsat, Europeus, asiáticos, comerciais dos EUA e programas militares. Começando nas freqüências de 1,5 GHz e chegando até60 GHz com potência entre 10 W até 450 W. Alta eficiência necessária para otimizar a saída de RF e a dissipação de calor. O desempenho de RF possui: alto ganho, nivelamento de ganho, low fase distortion e alta linearidade. Tendo em vista a preocupação com a concepção mecânica o resultado é reduzida massa e dimensões do equipamento.

Figura 8: Single TWTA with radiation cooled TWT e Single TWTA with conduction cooled TWT

Fonte: http://www.tesat.de

O Condicionador de Energia (EPC) dual é capaz de operar dois TWTs de até 150W simultaneamente. Os dois TWTs podem ser operados como um único TWTA independente ou combinados em RF para fornecer 300 W de potência de saída de RF.

Figura 9: Dual TWTA Ku-band with radiation cooled TWT

Dual TWTA C-band with conduction cooled TWT

Fonte: http://www.tesat.de

2.2.1.2 - Módulo de potência para microondas (Microwave Power Module - MPM)

O Módulo de Potência de Microondas (MPM) é um compacto amplificador e condicionador de energia com integrado Canal Amplificador (CAMP) e linearizador (LIN) no mesmo módulo. Ele fornece muitas vantagens como: Economia de massa na área de montagem, simplificação na integração da carga útil, melhores características EMC e uma conexão exclusiva com o EPC para DC e todas as funções do TC/TM. Também disponível como MPM duplo com radiação para refrigeração ou na condução de refrigeração TWTs.

Características:

Microondas Power Flexible Output

Módulos de Potência em banda Ku e kA.

Características do Flex MPM

Saída RF ajustável em Órbita.

Alimentação através de telecomando.

(3-4 dB) por mili segundo

Compensação automática de fase e variação de amplitude

Um TM/TC para MPE e CAMP

Características do FDOC MPM

LCAMP e TWTA ajustáveis em órbita.

Controle para upload entre solo e espaço através de imagens TM/TC

interface óptica opcional para telecomando e telemetria.

Figura 10: microwave power modules

Fonte: http://www.tesat.de

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