Warning: mysql_num_rows(): supplied argument is not a valid MySQL result resource in /var/www/html/dtusat1/includes/header.inc.php on line 28
DTUsat-1: Radio - Minutes
DTUsat logo
DTUsat sites
DTUsat Project
» DTUsat-1




Radio


Date: 18-9-2001 By: Niels Holmgård Andersen
Radiomøde d. 19/9 kl. 12-14

Til stede: Radiohardware, Antenne, Olav Breinbjerg, Flemming Hansen,
Jens Vidkjær

Dagsorden: At få diskuteret nøgledata for kommunikationssystemet til
DTUsat.

Krav
Kravene til radiosystemet er at kunne gøre det muligt at tale med
satellitten.
Hvis dette ikke virker kan det være ligemeget hvad der ellers sidder i
satellitten.

Radioen er derfor nødt til at være særdeles robust overfor stråling,
temperatur
etc. Dette betyder i praksis at komponenterne skal strålingstestes eller
allerede være fløjet. Den skal også virke uanset om computeren eller
attitudekontrollen fungerer. Det medfører dels at radioen autonomt må
udsende
et beacon-signal, dels at der enten skal være en passiv attitudekontrol
der
passer antennen eller at antennen skal være rimelig rundstrålende.

Vi skal kunne sende telekommandoer og modtage telemetri med en
båndbredde der
bestemmes af payload og krav til logning af telemetri. Vi kan regne med
at have
kontakt med satellitten mellem 0 og 12 minutter hen over 4-5 på hinanden
følgende omløb (100 minutter) med et mellemrum mellem pass som afhænger
af
banens inklination. OSSS regner med mellem 80 og 100 graders
inklination, men
vi ved på nuværende tidspunkt ikke om banen er solsynkron eller ej,
hvilket
har betydning for hvor meget effekt der er til rådighed. Hvad angår
uplink
sættes grænsen af muligheden for at uploade ny software - hvis dette er
muligt
skal der kunne uploades en blok i løbet af et pass, hvilket betyder ca.
32 kb
på 12 minutter, hvilket giver et hastighedskrav på 400 bps. Med
protokoloverhead etc. vil en hastighed på 2400 bps være fornuftig at
sigte
efter. Umiddelbart vil en halv duplex radio være at foretrække, da fuld
duplex
vil kræve flere antenner (ved up- og downlink på forskellige bånd) eller
et
filter med urimelig høj Q. Det skal undersøges hvad standarderne er på
dette
område. Det sørger radiohardware for at gøre hos Ib Christoffersen. [En
anden
mulighed vil være at bruge samme antenne som helbølgeantenne i 868
MHz-området
- dette frekvensbånd skal også undersøges.]

Hastighedskravet bliver derfor minimum 2400 bps ved halv duplex.

Da effekten på satellitten er meget begrænset må radioen ikke bruge for
meget.
Det medfører at vi må begrænse sendeeffekten til arbitrært 1W udstrålet,
hvilket ved en typisk virkningsgrad på monolitiske RF-forstærkere
medfører et
forbrug på lidt over 2W ved transmission. Dette medfører at
transmitteren skal kunne slukkes når den ikke er i brug. Modtageren vil
uden
de store problemer kunne holdes nede på 50 mW, muligvis mindre.
[Afhængig af om
attitudekontrollen har brug for et RSSI-signal konstant kan denne også
power-switches, men det er mindre kritisk.]

Valg af frekvensbånd trækkes i forskellige retninger. Hvis vi bruger en
parabol
på jorden vil idealfrekvensen ligge højt. Ligeså vil antennegruppen
gerne op i
frekvens af hensyn til antennernes størrelse og placering på
satellitten. Også
attitudereguleringen vil blive påvirket af store antenner, da en bane i
600 km
har et drag der er sammenligneligt med de kræfter de kan regulere med.
Herimod
taler radiohardwaren, da man i de relativt lave frekvenser (2m og ned
til
omkring 30 cm) kan bruge standardkomponenter og almindelige printbaner,
mens
man ved meget høje frekvenser bruger mere specielle teknologier. Hvad
valg af
bånd angår vil amatørbåndene være lettest at få tilladelse til at bruge,
da
satellitten vil skulle overflyve hele verden. AMSAT sørger for global
allokering af frekvenserne i radioamatørsatellitbåndene omkring 145,
435,
(868?), 1215 og 2400 MHz, hvoraf de øverste nok er udenfor rækkevidde.
[Et
overslag over linkbudgettet ved 1W sendeeffekt, 435 MHz, 2500 km
maximal afstand, rundstrålende antenne på satellitten og en gain på
jorden på
15 dBi giver en modtaget effekt på -108 dBm, hvilket ved en kommercielt
tilgængelig receiver som http://elkel.qc.ca/yaesu_a/ft-847.html giver et
signal/støj-forhold på (12 dB @ -121 dBm) + 13 dBm = +25 dB.]

[I tilfælde af en fejl i computer eller software vil det være
fordelagtigt at
have et autonomt signal fra radioen, et beacon-signal. Dette kan
konstrueres
til at give en enkelt måling ned, fx temperatur eller batterispænding,
ved
hjælp af PWM med diskrete komponenter.]

Antenner
Af hensyn til størrelse og drag på satellitten nøjes vi med en enkelt
antenne.
Der er stadig et stykke vej før antennegruppen er klar med simuleringer
af
designforslag. Bredden af amatørbåndene ligger på ca. 1% af frekvensen.
Snitfladen mellem antennen og radioen er aftalt til en 50 ohm
SMA-konnektor
placeret på radioens print. Et evt. fødenetværk laves af antennegruppen.

Den aktuelle frekvens er stadig ikke fastlagt, men 435 MHz-båndet ligner
en
vinder. Hvad angår polarisationen er ingenting fast. En mulighed er at
bruge
lineær polarisation ombord på satellitten og cirkulær polarisation på
jorden.
Det har den store ulempe at der konstant tabes 3 dB, men til gengæld er
det ret
ligegyldigt hvordan satellitten vender i rummet i polarisationsplanet.
Vinklet herpå vil signalet gå ned i styrke og nå nul når satellitten er
vinkelret på polarisationsplanet. En anden mulighed er at polarisere
cirkulært
begge steder, men her vil polarisationene kunne skifte fra højrehånds
til
venstrehåndspolariseret afhængig af attituden. Det medfører at
jordstationen
skal udstyres med en polswitch. Denne kan muligvis automatiseres.

Mekanisk vil den nemmeste måde at fremstille antennerne på være tråde
eller
bånd, der rulles ud ved at slippe dem med en glødetråd og bruge deres
fjedereffekt. Der skulle ikke være den store forskel på udstrålingen fra
tråd
og målebånd, men impedansen vil variere og vil skulle tilpasses radioen.
En
anden mulighed er at indbygge antennerne i satellittens sider, men ved
de
frekvenser vi taler om er dette ikke praktisk muligt.

Detaildesign må vente til omkring efterårsferien.

Jordstation
Ved lave frekvenser er den parabol der er tilgængelig på EMI ikke
velegnet. I stedet foreslår Ib Christoffersen at købe en
krydsyagi-antenne, der
fås relativt billigt (under 1000 kr). Den vil kunne levere ca. 15 dBi.
Sender
og modtager samles af kommercielt tilgælgeligt udstyr, som muligvis kan
sponsoreres. Taget af EMI er en favorabel placering af hensyn til PR og
praktisk montage, da taget er forberedt til antenner. Folk fra AMSAT har
lavet
software til tracking og modtagning af standardprotokoller på
jordstationen.
Desuden vil en standardopbygget jordstation kunne testes pre-launch ved
at
koble op til de amatørsatellitter der allerede er i omløb.

Transceiver
Da radiokommunikationen er så kritisk skal alle komponenter enten
strålingstestes eller allerede være fløjet i rummet. Jens Vidkjær
påpeger at
konstruktionen af så relativt lavfrekvente radioer er ukritisk med de
komponentstørrelser der benyttes i moderne kredsløb. Radiohardware ser
aktuelt
på fire forskellige chipsæt (Motorola MC13136/MC13176, Infineon
TDA5100/TDA5200, RF microdevices forstærkere, RF monolithics RX5000) og
fortsætter søgningen lidt endnu, men vil meget gerne bygge et
evalueringsprint
af et Motorola-sæt, der allerede er flight-proven. Spændingskrav bliver
sandsynligvis 3V3, muligvis med udgangstrinnet koblet direkte til
batterispændingen. EMI kan klare konstruktion og basale test, men vi må
have
virksomhedshjælp til de mere avancerede tests i det omfang de er
nødvendige.
[Hvis det er muligt at benytte samme antenne til fuld duplex på 433 (up)
og 868
(down) MHz vil det være en interessant løsning.]

Praktisk
Hvad angår financiering af udgifter vil Mogens Blanke oprette en
Ørsted-DTU
projektkonto.
EMI vil finde en vejleder og plads til radio-hardware samme sted som
antenne
for at sørge for god kommunikation :-)

ToDo
Have fastlagt frekvensen endeligt - afhænger af licensbetingelser,
antenne-simulationer og drag
Have fastlagt polarisation endeligt.
Have fastlagt modulation endeligt - klares af radio-hardware

Her ud fra følger mange beslutninger, fx chipsæt og jordstationsantenne.


Referat: Anders og Niels