Ku жолағы: Радио жиіліктерінің диапазоны (11-18 ГГц)

Кіріспе

11–20 ГГц радиожиіліктері диапазоны. KU ЖОЛАҒЫ

Ku жолағы (/k//eɪ/'/j//uː/) – 12-ден 18 гигагерцке (ГГц) дейінгі жиіліктердегі микротолқынды диапазондағы электромагниттік спектрдің бөлігі. Символдың мағынасы – «K астында» («Kurz unten» сөзінен қысқартылған), себебі бұл бастапқы НАТО K жолағының төменгі бөлігі. Атмосфералық су буының 22,24 ГГц-тағы (1,35 см) резонанстық шыңының болуына байланысты, ол ұзақ қашықтыққа тарату үшін жарамсыз болғандықтан, үш жолаққа (Ku, K және Ka) бөлінді. Радар қолданбаларында IEEE 521–2002 стандартындағы радиолокациялық жиілік белдеуі номенклатурасының ресми анықтамасына сәйкес, 12–18 ГГц аралығында қолданылады. Ku жолағы негізінен спутниктік байланыс үшін қолданылады, ең әйгілісі – тікелей эфирлік спутниктер арқылы спутниктік теледидарды таратуға қолданылатын төменгі байланыс. Сондай-ақ, Халықаралық ғарыш станциясымен (ХҒС) байланыс үшін NASA-ның Tracking Data Relay Satellite және SpaceX Starlink спутниктері сияқты арнайы қолданбалар үшін де қолданылады. Ku жолақты спутниктер кері байланыс үшін де, әсіресе алыс орналасқан жерлерден теледидар желісі студиясына редакциялау және хабар тарату үшін де пайдаланылады. Халықаралық телекоммуникация одағы (ITU) бұл жолақты географиялық аймаққа байланысты әр түрлі болатын бірнеше сегменттерге бөледі. NBC 1983 жылы Ku жолағы арқылы өзінің көптеген филиалдарының сигналдарын бірінші болып жіберген телеарна болды. Бұл радиожиіліктегі кейбір жиіліктер, әсіресе Еуропада, жылдамдық режимін бұзушы көлік құралдарын анықтау үшін құқық қорғау органдары қолданатын радарларда қолданылады.

Америка

Солтүстік және Оңтүстік Американың көп бөлігіндегі сегменттер 11,7 – 12,2 ГГц (жергілікті осцилляторлық жиілік (LOF) 10,75 – 11,25 ГГц) аралығында, ITU 2-аймағымен көрсетілген, FSS (тұрақты спутниктік қызметіне) бөлінген, 14,0 – 14,5 ГГц аралығында таралумен. Солтүстік Америкада 22-ден астам FSS Ku жолақты спутниктері орбитада, әрқайсысы 12-ден 48-ге дейін транспондерлерді, транспондер başına 20-ден 120 ваттқа дейін қуатты және анық қабылдау үшін 0,8 м-ден 1,5 м-ге дейінгі антеннаны қажет етеді. 12,2 – 12,7 ГГц (LOF 11,25 – 11,75 ГГц) сегменті BSS (хабар тарату спутниктік қызметіне) бөлінген. BSS (DBS тікелей хабар тарату спутниктері) әдетте 27 МГц ені бар 16-дан 32-ге дейін транспондерлерді, 100-ден 240 ваттқа дейін қуатпен пайдаланады, бұл қабылдағыш антенналарды 18 дюйм (450 мм) дейін қолдануға мүмкіндік береді.

Еуропа мен Африка

Бұл аймақтардағы спектрлер ITU 1-аймағымен көрсетілген, ал 11,45–11,7 және 12,5–12,75 ГГц жиіліктері FSS (тұрақты спутниктік байланыс, жоғары буын 14,0–14,5 ГГц) үшін бөлінген. Еуропада Ku жиіліктері 10,7–12,75 ГГц (LOF төменгі жиілігі 9,750 ГГц, LOF жоғары жиілігі 10,600 ГГц) аралығында тікелей спутниктік хабар тарату қызметтері үшін қолданылады, мысалы, Astra спутниктері арқылы таратылатын қызметтер. 11,7–12,5 ГГц спектрі BSS (спутниктік хабар тарату қызметі) үшін бөлінген.

Австралия

Австралия ITU 3-аймағының бөлігі болып табылады және Австралияның реттеуші ортасы 11,70 ГГц-тен 12,75 ГГц-ке дейінгі жиіліктерде төмендетуді және 14,0 ГГц-тен 14,5 ГГц-ке дейінгі жиіліктерде көтеруді қамтитын сыныптық лицензияны қарастырады.

Индонезия

ITU Индонезияны P аймағы деп санайды, яғни жауын-шашын мөлшері өте жоғары елдердің қатарына жатады. Бұл мәлімдеме көптеген адамдарды Индонезияда Ku жолағын (11–18 ГГц) пайдалану туралы күдікке түсірді. Ауыр жаңбырлы аймақта 10 ГГц-тен жоғары жиілікті пайдалану көбінесе нашар нәтижелерге әкеледі. Бұл мәселені сымсыз байланыс желісін жобалау кезінде тиісті байланыс бюджетін қолдану арқылы шешуге болады. Жоғары қуат жаңбырдан болатын сигналдың әлсіреуін жеңуге мүмкіндік береді. Индонезиядағы жаңбырдың сигналға тигізетін әсерін өлшеу Паданг, Сибинонг, Сурабая және Бандунг қалаларында спутниктік байланыс желілері үшін жүргізілді. Жаңбырдың әлсіреуін болжау үшін DAH моделі Индонезия үшін жарамды, сондай-ақ ITU моделі де жарамды. DAH моделі 2001 жылдан бастап ITU ұсынысы болды (ITU R P.618-7 нөмірі). Бұл модель 99,7% қолжетімді байланыс құруға мүмкіндік береді, соның арқасында Ku жолағы Индонезияда қолданылуы мүмкін. Индонезия сияқты тропикалық аймақтарда спутниктік байланыс үшін Ku жолағын пайдалану жиілеуде. Индонезияның үстіндегі бірнеше спутниктер Ku жолағында, тіпті Ka жолағында да транспондерлермен жабдықталған. 2002 жылдың желтоқсанында ұшырылып, 95° шығыс бойында орналасқан NSS 6 спутнигі тек Ku жолағындағы транспондерлерді қамтиды және Индонезияны (Суматра, Ява, Борнео, Селебес, Бали, Нуса Тенгера, Молукк аралдары) қамтиды. NSS 6 сол жерде SES 12 спутнигімен алмастырылады, ол 2018 жылдың маусымында ұшырылды және 54 Ku жолақты транспондерді тасымалдайды. 2004 жылы ұшырылған IPSTAR 1 спутнигі де Ku жолағын пайдаланады. Индонезияны Ku жолағымен қамтамасыз ететін басқа спутниктер: MEASAT 3b, JCSAT 4B, AsiaSat 5, ST 2, Chinasat 11, Koreasat 8/ABS 2, SES 8, Telkom 3S және Nusantara Satu.

Басқалар

Ku жолағында басқа да ITU бөліністері белгіленген, олар: бекітілген байланыс қызметі (микротолқын мұнаралары), радиоастрономия қызметі, ғарыш зерттеу қызметі, ұялы байланыс қызметі, ұялы серіктік байланыс қызметі, радиолокациялық қызмет (радар), әуесқой радио қызметі және радионавигация. Дегенмен, осы қызметтердің бәрі де осы жолақта жұмыс істемейді, ал кейбіреулері шамалы ғана пайдаланады.

Артықшылықтар

C жолағына қарағанда Ku жолағында жердегі микротолқынды жүйелерге кедергі келтірмеу үшін қуаты шектелмейді, соның салдарынан оның жоғары және төмен байланыстарының қуатын арттыру мүмкін. Бұл жоғары қуат кішірек қабылдағыш тарелкаларға да алып келеді және спутниктің таратуы мен тарелканың мөлшері арасындағы байланысты көрсетеді. Қуат артқан сайын антенна тарелкасының мөлшері кемиді. Себебі антенна тарелкасының негізгі мақсаты – белгілі бір аумақтағы келіп түскен толқындарды жинап, оларды тарелканың алдына орнатылған (және бетіне бағытталған) антеннаның нақты қабылдағыш элементіне шоғырландыру болып табылады. Егер толқындар күштірек болса, қабылдағыш элементте бірдей қарқындылыққа жету үшін олардың аз бөлігін жинау жеткілікті. Бұл жолақтың төмен жиілікті микротолқынды жолақтардан басты артықшылығы – қысқа толқын ұзындығы, әртүрлі байланыс спутниктерінің сигналдарын бөліп алуға жеткілікті бұрыштық ажыратымдылықты қамтамасыз етеді, бұл жердегі кіші параболалық антенналармен жүзеге асырылады. Рейли критериі бойынша, белгілі бір бұрыштық сәуле кеңдігімен (пайдалану) сәулелену үлгісін жасау үшін қажетті параболалық тарелканың диаметрі толқын ұзындығына пропорционалды, демек жиілікке кері пропорционалды. 12 ГГц жиілігінде 1 метрлік тарелка бір спутниктің сигналына шоғырланып, екінші спутниктен 2 градусқа дейінгі арақашықтықтағы сигналды тиімді түрде қабылдамайды. Бұл маңызды, өйткені FSS (Тұрақты спутниктік байланыс) қызметіндегі спутниктер (АҚШ-та 11,7–12,2 ГГц) бір-бірінен 2 градус қашықтықта орналасқан. 4 ГГц (C жолағы) жиілігінде осы тар бұрыштық ажыратымдылыққа жету үшін 3 метрлік тарелка қажет. Тарелканың мөлшері мен жиілігі арасындағы кері сызықтық байланысты ескеріңіз. DBS (Тікелей спутниктік хабар тарату) (АҚШ-та 12,2–12,7 ГГц) қызметіндегі Ku спутниктері үшін 1 метрден әлдеқайда кіші тарелкаларды пайдалануға болады, себебі бұл спутниктер 9 градусқа дейін арақашықтықта орналасқан. С және Ku жолағындағы спутниктердің қуат деңгейі жылдар бойы артқан сайын, тарелканың сәуле кеңдігі пайдаланудан гөрі маңыздырақ болып келеді. Ku жолағы пайдаланушыға көбірек икемділік ұсынады. Кіші тарелка мөлшері және Ku жолағының жердегі операциялардан тәуелсіздігі қолайлы тарелка орнын табуды жеңілдетеді. Соңғы пайдаланушылар үшін Ku жолағы көбінесе арзанға түседі және кішірек антенналарды (жоғары жиілігі мен шоғырланған сәулесінің арқасында) қамтамасыз етеді. Ku жолағы Ka жолағының жиілік спектріне қарағанда жаңбырдан туындаған сигналдың әлсіреуіне де аз сезімтал.

Compared with C band, Ku band is not similarly restricted in power to avoid interference with terrestrial microwave systems, and the power of its uplinks and downlinks can be increased. This higher power also translates into smaller receiving dishes and points out a generalization between a satellite's transmission and a dish's size. As the power increases, the size of an antenna's dish will decrease. This is because the purpose of the dish element of the antenna is to collect the incident waves over an area and focus them all onto the antenna's actual receiving element, mounted in front of the dish (and pointed back towards its face); if the waves are more intense, fewer of them need to be collected to achieve the same intensity at the receiving element. A major attraction of the band over lower frequency microwave bands is that the shorter wavelengths allow sufficient angular resolution to separate the signals of different communication satellites to be achieved with smaller terrestrial parabolic antennas. From the Rayleigh criterion, the diameter of a parabolic dish required to create a radiation pattern with a given angular beamwidth (gain) is proportional to the wavelength, and thus inversely proportional to the frequency. At 12 GHz a 1 meter dish is capable of focusing on one satellite while sufficiently rejecting the signal from another satellite only 2 degrees away. This is important because satellites in FSS (Fixed Satellite Service) service (11.7 12.2 GHz in the U. S.) are only 2 degrees apart. At 4 GHz (C band) a 3 meter dish is required to achieve this narrow angular resolution. Note the inverse linear correlation between dish size and frequency. For Ku satellites in DBS (Direct Broadcast Satellite) service (12.2 12.7 GHz in the U. S.) dishes much smaller than 1 meter can be used because those satellites are spaced 9 degrees apart. As power levels on both C and Ku band satellites have increased over the years, dish beam width has become much more critical than gain. The Ku band also offers a user more flexibility. A smaller dish size and a Ku band system's freedom from terrestrial operations simplifies finding a suitable dish site. For the end users Ku band is generally cheaper and enables smaller antennas (both because of the higher frequency and a more focused beam). Ku band is also less vulnerable to rain fade than the Ka band frequency spectrum.

Кемшіліктер

Алайда Ku-жолағы жүйесінің кейбір кемшіліктері бар. Сұйық судағы молекулалардың бағытталған қозғалысынан туындаған 10 ГГц шамасындағы сіңірудің ең жоғары нүктесі болады. 10 ГГц-тен жоғарыда Mie шашырауы күшейеді. Бұл әсер қатты жаңбыр кезінде (100 мм/сағ) байқалатын, әдетте «жаңбырдан әлсіреу» деп аталатын нашарлауға алып келеді. Бұл мәселені спутниктен жоғары қуатты сигнал жіберу арқылы толықтыруға болады. Сондықтан Ku-жолағы спутниктеріне C-жолағы спутниктеріне қарағанда әлдеқайда көп қуат қажет болады. «Қардан әлсіреу» деп аталатын тағы бір ауа-райынан туындайтын нашарлау Ku-жолағына ғана тән емес. Ол ыдысқа қар немесе мұз жиналуынан, оның фокус нүктесін айтарлықтай өзгертуден туындайды. Ku-жолағында жұмыс істегенде, жерсеріктік оператордың жер станциясының антеннасы, берілген өлшемдегі ыдысқа қарағанда C-жолағына қарағанда сәуленің әлдеқайда тар шоғырлануына байланысты, дәлірек позициялық бақылауды талап етеді. Позициялық кері байланыстың дәлдігі жоғары болуы керек және ыдыс бетіне желдің тигізуі кезінде орнын сақтау үшін антеннаға жабық циклды басқару жүйесі қажет болуы мүмкін.