Principes des communications par satellite
UNE satellite est un corps qui se déplace autour d'un autre corps dans un chemin mathématiquement prévisible appelé un Orbit. Un satellite de communication n'est rien d'autre qu'une station de répétition micro-ondes dans l'espace qui est utile dans les télécommunications, la radio et la télévision avec des applications Internet.
UNE repeaterest un circuit qui augmente la force du signal qu'il reçoit et le retransmet. Mais ici, ce répéteur fonctionne comme untransponder, qui change la bande de fréquence du signal émis par rapport à celui reçu.
La fréquence à laquelle le signal est envoyé dans l'espace est appelée Uplink frequency, tandis que la fréquence à laquelle il est envoyé par le transpondeur est Downlink frequency.
La figure suivante illustre clairement ce concept.
Voyons maintenant les avantages, les inconvénients et les applications des communications par satellite.
Communication par satellite - Avantages
Les communications par satellite présentent de nombreux avantages tels que:
Flexibility
Facilité d'installation de nouveaux circuits
Les distances sont facilement couvertes et le coût n'a pas d'importance
Possibilités de diffusion
Chaque coin de la terre est couvert
L'utilisateur peut contrôler le réseau
Communication par satellite - Inconvénients
La communication par satellite présente les inconvénients suivants -
Les coûts initiaux tels que les coûts de segment et de lancement sont trop élevés.
Congestion des fréquences
Interférence et propagation
Communication par satellite - Applications
La communication par satellite trouve ses applications dans les domaines suivants -
Dans la radiodiffusion.
Dans la radiodiffusion télévisuelle telle que DTH.
Dans les applications Internet telles que la fourniture d'une connexion Internet pour le transfert de données, les applications GPS, la navigation sur Internet, etc.
Pour les communications vocales.
Pour le secteur de la recherche et développement, dans de nombreux domaines.
Dans les applications et les navigations militaires.
L'orientation du satellite sur son orbite dépend des trois lois appelées lois de Kepler.
Lois de Kepler
Johannes Kepler (1571-1630) le scientifique astronomique, a donné 3 lois révolutionnaires, concernant le mouvement des satellites. Le chemin suivi par un satellite autour de son primaire (la terre) est unellipse. Ellipse a deux foyers -F1 et F2, la terre étant l'un d'entre eux.
Si la distance entre le centre de l'objet et un point de sa trajectoire elliptique est prise en compte, alors le point le plus éloigné d'une ellipse du centre est appelé apogee et le point le plus court d'une ellipse à partir du centre est appelé perigee.
1ère loi de Kepler
1 de Kepler st loi stipule que « tous les tourne planète autour du soleil sur une orbite elliptique, avec le soleil comme un de ses foyers. » En tant que tel, un satellite se déplace sur une trajectoire elliptique avec la terre comme l'un de ses foyers.
Le demi-grand axe de l'ellipse est noté 'a'et le demi-petit axe est noté b. Par conséquent, l'excentricité e de ce système peut s'écrire -
$$ e = \ frac {\ sqrt {a ^ {2} -b ^ {2}}} {a} $$
Eccentricity (e) - C'est le paramètre qui définit la différence de forme de l'ellipse plutôt que celle d'un cercle.
Semi-major axis (a) - C'est le plus long diamètre dessiné joignant les deux foyers le long du centre, qui touche les deux apogées (points les plus éloignés d'une ellipse du centre).
Semi-minor axis (b) - C'est le plus petit diamètre tracé par le centre qui touche à la fois les périgees (points les plus courts d'une ellipse à partir du centre).
Ceux-ci sont bien décrits dans la figure suivante.
Pour une trajectoire elliptique, il est toujours souhaitable que l'excentricité soit comprise entre 0 et 1, soit 0 <e <1 car si e devient zéro, le chemin ne sera plus de forme elliptique mais sera converti en un chemin circulaire.
2 e loi de Kepler
La deuxième loi de Kepler stipule que, «À intervalles de temps égaux, la zone couverte par le satellite est égale par rapport au centre de la Terre.»
Il peut être compris en regardant la figure suivante.
Supposons que le satellite couvre p1 et p2 distances, dans le même intervalle de temps, puis les zones B1 et B2 couverts respectivement dans les deux cas, sont égaux.
3 Kepler troisième loi
La troisième loi de Kepler stipule que «le carré du temps périodique de l'orbite est proportionnel au cube de la distance moyenne entre les deux corps».
Cela peut être écrit mathématiquement comme
$$ T ^ {2} \: \ alpha \: \: a ^ {3} $$
Ce qui implique
$$ T ^ {2} = \ frac {4 \ pi ^ {2}} {GM} a ^ {3} $$
Où $ \ frac {4 \ pi ^ {2}} {GM} $ est la constante de proportionnalité (selon la mécanique newtonienne)
$$ T ^ {2} = \ frac {4 \ pi ^ {2}} {\ mu} a ^ {3} $$
Où μ = la constante gravitationnelle géocentrique de la Terre, soit Μ = 3,986005 × 10 14 m 3 / sec 2
$$ 1 = \ gauche (\ frac {2 \ pi} {T} \ droite) ^ {2} \ frac {a ^ {3}} {\ mu} $$
$$ 1 = n ^ {2} \ frac {a ^ {3}} {\ mu} \: \: \: \ Rightarrow \: \: \: a ^ {3} = \ frac {\ mu} {n ^ {2}} $$
Où n = le mouvement moyen du satellite en radians par seconde
Le fonctionnement orbital des satellites est calculé à l'aide des lois de Kepler.
Parallèlement à cela, il y a une chose importante à noter. Un satellite, lorsqu'il tourne autour de la terre, subit une force de traction de la terre qui est la force gravitationnelle. En outre, il subit une certaine force de traction du soleil et de la lune. Par conséquent, deux forces agissent dessus. Ils sont -
Centripetal force - La force qui tend à attirer un objet se déplaçant dans un chemin de trajectoire, vers lui-même est appelée comme centripetal force.
Centrifugal force - La force qui tend à pousser un objet se déplaçant sur un chemin de trajectoire, loin de sa position est appelée comme centrifugal force.
Ainsi, un satellite doit équilibrer ces deux forces pour se maintenir sur son orbite.
Orbites terrestres
Un satellite, lorsqu'il est lancé dans l'espace, doit être placé sur une certaine orbite pour fournir une voie particulière à sa révolution, afin de maintenir l'accessibilité et de servir son objectif qu'il soit scientifique, militaire ou commercial. De telles orbites qui sont assignées aux satellites, par rapport à la terre sont appelées commeEarth Orbits. Les satellites sur ces orbites sont la TerreOrbit Satellites.
Les types importants d'orbites terrestres sont -
Orbite terrestre géo-synchrone
Orbite terrestre moyenne
Orbite terrestre basse
Satellites géosynchrones en orbite terrestre
UNE Geo-Synchronous Earth Orbit (GEO)satellite est celui qui est placé à une altitude de 22 300 miles au-dessus de la Terre. Cette orbite est synchronisée avec unside real day(c'est-à-dire 23 heures 56 minutes). Cette orbite peuthave inclination and eccentricity. Ce n'est peut-être pas circulaire. Cette orbite peut être inclinée aux pôles de la terre. Mais il semble stationnaire lorsqu'il est observé depuis la Terre.
La même orbite géo-synchrone, si elle est circulaire et dans le plan de l'équateur, elle est appelée comme geo-stationary orbit. Ces satellites sont placés à 35 900 km (comme géosynchrone) au-dessus de l'équateur terrestre et ils continuent à tourner par rapport à la direction de la Terre (d'ouest en est). Ces satellites sont considérés comme stationnaires par rapport à la Terre et donc leur nom l'indique.
Les satellites géostationnaires en orbite terrestre sont utilisés pour les prévisions météorologiques, la télévision par satellite, la radio par satellite et d'autres types de communications mondiales.
La figure suivante montre la différence entre les orbites géo-synchrones et géo-stationnaires. L'axe de rotation indique le mouvement de la Terre.
Note- Chaque orbite géo-stationnaire est une orbite géo-synchrone. Mais chaque orbite géo-synchrone n'est PAS une orbite géo-stationnaire.
Satellites en orbite terrestre moyenne
Medium Earth Orbit (MEO)les réseaux satellitaires seront en orbite à des distances d'environ 8 000 miles de la surface de la terre. Les signaux émis par un satellite MEO parcourent une distance plus courte. Cela se traduit par une amélioration de la force du signal à l'extrémité de réception. Cela montre que des terminaux de réception plus petits et plus légers peuvent être utilisés à l'extrémité de réception.
Comme le signal parcourt une distance plus courte vers et depuis le satellite, le délai de transmission est moindre. Transmission delay peut être défini comme le temps nécessaire à un signal pour remonter vers un satellite et redescendre vers une station de réception.
Pour les communications en temps réel, plus le délai de transmission est court, meilleur sera le système de communication. Par exemple, si un satellite GEO a besoin de 0,25 seconde pour un aller-retour, alors le satellite MEO a besoin de moins de 0,1 seconde pour effectuer le même voyage. Les MEO fonctionnent dans la gamme de fréquences de 2 GHz et plus.
Satellites en orbite terrestre basse
Les satellites en orbite terrestre basse (LEO) sont principalement classés en trois catégories, à savoir les petits LEO, les gros LEO et les méga-LEO. Les LEO seront en orbite à une distance de 500 à 1000 miles au-dessus de la surface de la Terre.
Cette distance relativement courte réduit le délai de transmission à seulement 0,05 seconde. Cela réduit encore le besoin d'équipement de réception sensible et encombrant. Les petits LEO fonctionneront dans la gamme 800 MHz (0,8 GHz). Les gros LEO fonctionneront dans la plage de 2 GHz ou plus, et les méga-LEO dans la plage de 20 à 30 GHz.
Les fréquences plus élevées associées à Mega-LEOs se traduit par une plus grande capacité de transport d'informations et des rendements à la capacité d'un schéma de transmission vidéo en temps réel à faible retard.
La figure suivante illustre les chemins de LEO, MEO et GEO.