ماهواره

امروزه شاهد کاربرد وسیع تکنولوژی ماهواره ای در دنیا هستیم. تکنیکهای ماهواره ای نه تنها در خدمت سیستمهای مخابرات و صدا و تصویر قرار گرفته است، بلکه در پیشرفت علوم دیگر مانند علوم فضایی، زمین شناسی، هواشناسی و علوم نظامی نیز تأثیر بسزایی دارد. اساسی ترین بهره ای که سازمان صدا و سیما از تکنولوژی ماهواره می برد، انتقال صدا و تصویر است. به این نوع سرویس، سرویس پخش عمومی رادیو و تلویزیون یا( BSS (Broadcast satellite service می گویند . از سرویس های دیگر مورد استفاده در سیستمهای ماهواره ای، سرویس ارتباط ثابت  FSS یا fix satellite service   است که در این سرویس ارتباط رادیویی بین نقاط ثابت و ماهواره صورت می گیرد. این سیستم به این منظور ارتباطات تلفنی،تلگراف،‌دیتا و رادیو و تلویزیون بکار می رود. در این سرویسها با قراردادن یک آنتن کوچک و یک گیرنده(Receiver)، سیگنالهای رادیو و تلویزیون دریافت می شود. با دیجیتال شدن سینگنالهای صدا و تصویر و پیشرفت سیستمهای فشرده سازی تعداد سیگنالهای بیشتری انتقال می یابد. بنابراین، از این تکنولوژی اقتصادی تر نیز شده است. علاوه بر این،‌در سیستمهای دیجیتال، کد گذاری سیگنالها باعث بالا رفتن امنیت انتقال سیگنال شده است.

مدار زمین ثابت:

FSS ‌و BSS‌عموماً در مدار زمین ثابت یا(GEO (Gostationary Orbit قرار دارند، این مدار یک مدار تقریباً دایره ای است که در فاصله 42164 کیلومتری از مرکز زمین در صفحه استوا قرار دارد یعنی با صفحه استوا زاویه ای نمی سازد. 24 ساعت طول می کشد تا یک ماهواره در این مدار یک دور کامل آن را طی کند . به همین دلیل زمین ثابت نامیده می شود. در شکل 1 موقعیت یک ماهواره نسبت به زمین دیده می شود.

در این مدار با سه ماهواره کل سطح زمین به غیر از قطبها پوشش می یابد. در شکل 2 پوشش 3/1 از سطح زمین در این مدار دیده می شود؛ حال اگر سه ماهواره با فاصله 120 درجه از هم روی این مدار قرار گیرد، کل سطح زمین پوشیده خواهد شد ( البته بجز قطب ها).

پوشش (Footprint) :

پوشش یک ماهواره محدوده ای است که تحت تأثیر امواج منتشره از ماهواره قرار می گیرد و گیرنده های خانگی قادر به دریافت سینگالهای ماهواره ای خواهند بود. در شکل 3 ، به عنوان مثال، پوشش ماهواره Intelsat902 را میبینید:

طول و عرض جغرافیایی:

هر منطقه روی زمین دارای یک طول و عرض جغرافیایی است. خط استوا دارای عرض جغرافیایی صفر و نصف النهار مبدأ که از روی گرینویچ عبور می کند دارای طول جغرافیایی صفر است. بنابراین هر چه از استوا دورتر شویم مقدار عددی عرض جغرافیایی بیشتر می شود. اگر به سمت شمال برویم مقدار مثبت و اگر به سمت جنوب برویم مقدار منفی حاصل می شود. اگر به سمت شمال برویم مقدار مثبت و اگر به سمت جنوب برویم مقدار منفی حاصل می شود. همین طور سمت راست گرینویچ ، شرق Eest))، دارای طول جغرافیایی مثبت و سمت چپ، غرب West))، دارای طول جغرافیایی منفی خواهد بود. دانستن این مطلب برای تنظیم آنتن مفید خواهد بود.

روی مدار GEO نیز این قاعده برقرار است. مثلاً وقتی عنوان می شود که ماهواره Intelsat روی مدار 62 درجه قرار دارد، یعنی این ماهواره روی مدار GEO ،‌62 درجه با مبدأ فاصله دارد و در شرق آن واقع است.

مرحله ارسال سیگنال به ماهواره (Uplink) :

سیگنال های صدا و تصویر خام دیجیتال وارد مداری به نام انکودرEncoder)) می شود. در انکودر این سیگنال با استاندارد MPEG-2 (Motion Pictuer Expert Group) فشرده و مالتی پلکس می شود سپس سیگنال حاصل مدوله شده و تغییر فرکانس می یابد. در نهایت سیگنال تقویت شده و به ماهواره مورد نظر ارسال می شود. این مرحله در ایستگاه ارسال زمینی انجام می شود.

مرحله ارسال از ماهواره به زمین (Downlink) :

در ماهواره این سیگنال دریافت شده و به فرکانس دیگری تبدیل می شود و پس از آن به سمت زمین ارسال می گردد.

مرحله دریافت سیگنال:

در روی زمین سیگنال توسط آنتن گیرنده زمینی دریافت می شود. در شکل 4 مراحل دریافت سیگنال از ماهواره مشاهده می شود. پس از آن به توضیح هر بخش می پردازیم

آنتن:

همانطور که ذکر شد، سیگنالهای ماهواره ای پس از طی فاصله حدود 3600 km دریافت می شوند؛ این سیگنالها می توانند در باندهای c(حدود 4GHz) و یا KU‌( در حدود 12GHz) باشند و دارای توان بسیار کمی می باشند. به همین منظور برای دریافت این سیگنالها باید از آنتن های بشقابی Parabolic antenna/ dish ‌استفاده کرد. آنتن بشقابی سیگنالهای ضعیف موجود در فضا را جمع آوری کرده و آنها را در یک نقطه به نام نقطه کانونی Focal point متمرکز می کند. به این ترتیب سیگنالی با قدرت کافی فراهم می شود که می توان آن را آشکار کرد. بنابراین هر چه اندازه آنتن بشقابی بزرگتر باشد، میزان تقویت سیگنالهای ضعیف شده است کانون آنتن روی محور آنتن قرار دارد و محور آنتن خطی است که از مرکز آنتن عبور می کند. در شکل 5 برخورد یک دسته موج به یک آنتن و انعکاس آن از سطح آنتن و در نهایت متمرکز شدن سیگنال در نقطه کانونی، نشان داده شده است

قدرت سیگنال دریافتی در هر نقطه از سطح زمین باEIRP‌نشان داده می شود.

LNB:

LNB در کانون آنتن بشقابی قرار دارد و وظیفه آن تقویت و تقلیل کردن سیگنالهای دریافتی است. LNB سیگنالهای جمع آوری شده در کانون را تقویت می کند و با کاهش فرکانس آن (در حدود باند MHz 2150-950) سیگنال را برای آشکار سازی در اختیار گیرنده ماهواره ای قرار می دهد. علت کاهش فرکانس این است که طول کابل بین LNB و گیرنده معمولاً به چندین متر می رسد، بنابراین برای کاهش تضعیف سیگنال توسط این کابل باید فرکانس کمتر شود. زیرا هر چه فرکانس کمتر باشد تضعیف آن در کابل نیز کمتر است.

یکی از مشخصات مهم LNB که باید در نظر گرفته شود، عبارتست از باند عملکرد LNB که می تواند باندهای C‌و Ku باشد و باید متناسب با مشخصات سیگنال مورد نظر انتخاب شود. باید توجه داشت که محدوده فرکانس کار LNB های مختلف باند ku متفاوت است و به چهار نوع , wide Band , universal , ku high ku low تقسیم می شود و هنگام انتخاب LNB باید توجه به فرکانس دریافت کانالهای مورد نظر از LNB مناسب استفاده نمود و یا اینکه از LNB های Univesal استفاده کرد که تمامی باند Ku را در دو پلاریزاسیون می پوشانند.در شکل 6 دو نوع مختلف LNB را مشاهده می کنید. شکل الف، یک LNB از نوع باند C و شکل ب از نوع دو خروجی است که توسط آن می توان توسط یک آنتن بشقابی و یک LNB دو گیرنده ماهواره ای را تغذیه کرد.

مشخصه دیگر عدد نویزNoise Figure) LNB) می باشد که با علامت اختصاری N.F بر روی بدنه LNB درج شده است. این عدد نشاندهنده عملکرد LNB در مقابل نویز می باشد که هرچه مقدار آن کمتر باشد، بهتر است.

آخرین مشخصه LNB ها، فرکانس نوسان ساز، محلی آن است. این فرکانس نشاندهنده میزان کاهش فرکانس در خروجی LNB نسبت به ورودی آن است و برای دریافت صحیح سیگنال مقدار آن باید با تنظیمات فرکانس LNB در گیرنده ماهواره ای یکسان باشد.

دستگاه گیرنده ماهواره ای :

سیگنال خروجی LNB توسط گیرنده دریافت می شود و گیرنده از درون سیگنال دریافت شده، سیگنال صدا و تصویر را آشکار می کند. برای دریافت صحیح کانالهای مورد نظر، باید مشخصات آنها وارد گیرنده شود که این مشخصات عبارتند از فرکانس دریافت،‌نرخ سمبل Symbol Rate) FEC) و قطبیت( Polarization). لازم به ذکر است چنانچه آنتن به درستی تنظیم شده باشد، گیرنده ها، قابلیت جستجوی اتوماتیک و شناسایی کانالهای قابل دریافت را داشته و معمولاً نیازی به وارد کردن مقادیر فوق نمی باشد. اما در صورتی که پس از جستجوی اتوماتیک،‌کانال مورد نظر یافت نشد، می توان با وارد کردن مشخصات دریافت، در صورتی که سیگنال از قدرت کافی برخوردار باشد،‌آن را دریافت نمود.

راهنمایی های کلی برای دریافت سیگنالهای ماهواره ای:

سیگنالهای ماهواره ای مشابه سیگنالهای مایکروویو می باشند و برای دریافت آنها،‌فرستنده و گیرنده باید در دید مستقیم یکدیگر باشند. وجود هر گونه مانعی در مسیر آنتن گیرنده و ماهواره، موجب عدم دریافت سیگنال می شود. سیگنالهای ماهواره نمی توانند از موانعی چون چوب، دیوارهای آجری و سیمانی،‌فلز و یا حتی برگ درختان عبور کنند. بنابر این مطمئن شوید که هیچگونه مانعی بین آنتن گیرنده و ماهواره وجود ندارد.

تنظیم آنتن:

برای دریافت صحیح سیگنال ،‌آنتن باید مستقیماً به طرف ماهواره قرار گیرد. جهت گیری صحیح آنتن با دو مقدار زاویه آزیموت(Azimuth) و زاویه فراز(Elevation) مشخص می شود.آزیموت مقدار زاویه بین محور آنتن و سمت شمال و فراز،‌زاویه بین محور آنتن و سطح افق است. در شکل v زوایای. El. Az در شکل نشان داده شده است. اگر نقطه دریافت در نیمکره شمالی زمین باشد، برای دریافت ماهواره های مختلف،‌اگر طول جغرافیایی ماهواره با طول جغرافیایی نقطه دریافت یکسان باشد،‌جهت گیری زاویه آزیموت به سمت جنوب بوده و زاویه فراز حداکثر مقدار خود در آن نقطه را دارد. برای ماهواره هایی که موقعیت شرق نسبت به نقطه دریافت قرار می گیرند، هر چه اختلاف طول جغرافیایی ماهواره و نقطه دریافت بیشتر شود، جهت گیری آنتن بیشتر به سمت شرق متمایل شده و زاویه فراز کاهش پیدا می کند(جهت آنتن به افق نزدیکتر می شود) و برای ماهواره هایی که در موقعیت غرب نسبت به نقطه دریافت قرار می گیرند، هر چه اختلاف طول جغرافیایی ماهواره و نقطه دریافت بیشتر شود، جهت گیری آنت بیشتر به سمت غرب متمایل شده و زاویه فراز کاهش پیدا می کند( جهت آنتن به افق نزدیکتر می شود) اگر نقطه دریافت در نیمکره جنوبی قرار داشته باشد، جهت گیری آنتن به سمت شمال می باشد و تغییرات زاویه های فراز و آزیموت مشابه حالت قبل می باشد.

همچنین برای دریافت سیگنال از یک ماهواره ثابت هر چه بر روی زمین به سمت شرق حرکت کنیم (طول جغرافیایی بیشتر) زاویه ، Az به سمت غرب متمایل می شود. و از طرف دیگر هر چه عرض جغرافیایی بیشتر شود( حرکت به سمت شمال در نیمکره شمالی و حرکت به سمت جنوب در نیمکره جنوبی بر روی زمین) زاویه El. کاهش پیدا می کند. البته مقدار زاویه El.Az در مکانهای مختلف متفاوت است.