RF filtrų taikymas žemės artimos orbitos palydovuose

Žemųjų Žemės orbitų (LEO) palydovai keičia plačiosios juostos, pozicionavimo, nuotolinio stebėjimo ir IoT paslaugų teikimo būdus. Palyginti su tradiciniais geostacionariais palydovais LEO palydovai skraido žymiai arčiau Žemės, todėl galima sutrumpinti ryšio atstumą ir padaryti praktiškais didelius palydovų tinklus, užtikrinančius visą pasaulinę apimtį. Tačiau ši architektūra taip pat sukuria sudėtingą radijo dažnių (RF) aplinką. LEO palydovas greitai juda dangaus skliaute, perduoda duomenis iš spindulio į spindulį, veikia arti kitų kosminės technikos objektų ir žemės tinklų bei turi tiksliai kontroliuoti kiekvieną gramą, vatą ir kubinį centimetrą. Šioje aplinkoje RF filtras nėra mažas papildomas komponentas – jis yra vienas pagrindinių įrenginių, kuris apsaugo signalo kokybę nuo antenos iki modemų.

RF filtras atrinkia naudingą dažnių juostą ir atmesta nenaudingą energiją už šios juostos ribų. Palydovinėje ryšio linijoje antena priima ne tik norimą signalą. Ji taip pat gali sugauti kaimynines kanalų emisijas, harmonikas iš įrenginių viduje esančių elektronikos sistemų, perdavimo kelių nuotėkį, 5G ir „Wi-Fi“ trukdžius žemės stotyse bei triukšmą iš energijos tiekimo sistemų. Be tinkamo filtravimo šie nenaudingi signalai gali sumažinti imtuvo jautrumą, sukurti tarpmoduliaciją produktai , ar net perkrauti mažo triukšmo stiprintuvo etapus. Žemės žemės orbitos (LEO) tinkluose, kur aprėptis, praleidžiamoji geba ir perjungimo patikimumas visi priklauso nuo stabilios RF veiklos, filtras tiesiogiai veikia paslaugos kokybę.

Kodėl LEO palydovų RF priekinės dalys reikalauja gereresnio filtravimo

LEO palydovai ir jų priemimo įrenginiai paprastai veikia su labai ribotomis ryšio sąnaudomis. Kiekvienas decibelis įterpimo nuostolių prieš pirmąjį žemo triukšmo stiprintuvą gali sumažinti imtuvo veiksmingą jautrumą. Tuo pačiu metu nepakankamas išorės juostos atskyrimas gali leisti stipriems netiksliniams signalams patekti į priėmimo grandinę. Todėl projektavimo tikslas yra atsargus balansas: žemas įterpimo nuostolis pralaidumo juostoje, stačias atskyrimas už pralaidumo juostos ribų, stabilus vidurio dažnis, kompaktiškas dydis ir pakartotinai pasiekiamas našumas esant temperatūros pokyčiams.

Čia mikrobangų dielektrinių keramikos filtrų, LC filtrų, ertmių filtrų ir duplikatorių reikšmė yra ypatingai didelė. „Jiaxing Ruishang Electronic Technology Co., Ltd.“ specializuojasi mikrobangų keramikos komponentuose, įskaitant keramikos filtrus, duplikatorius, LC filtrus, ertmių filtrus, keramikos antenas ir GNSS pozicionavimo antenas. Jos produktų dažnių diapazonas siekia nuo nuolatinės srovės iki 30 GHz, o įmonė teikia pritaikytus RF grandinių, bepiločių orlaivių (UAV), radarų, elektroninės kovos sistemų, navigacijos, signalų stiprintuvų, geodezinių matavimų bei susijusių RF taikymų projektavimo sprendimus. Šios galimybės atitinka komponentų lygio reikalavimus palydovinės ryšio terminaluose, žemės stotyse, navigacinėse imtuose ir RF naudingųjų krovinio palaikymo sistemose.

Mikrobangų dielektrinių keramikos filtrų kompaktiškoms naudingosioms krovoms

Mikrobangų dielektrinių keramikos filtrų rezonatoriai pagaminti iš aukšto dielektrinio pralaidumo, mažo nuostolio ir temperatūriškai stabilios keramikos medžiagų. Jų pagrindinis privalumas – miniatiūrizacija: aukštas dielektrinis pralaidumas sutrumpina elektromagnetinę bangos ilgį medžiagoje, todėl rezonuojančios struktūros gali būti mažesnės nei daugelyje tradicinių oro ertmių konstrukcijų. Žemės artimos orbitos (LEO) palydovuose, kur naudingosios krovinio vietos ir masė yra ribotos, šis kompaktiškumas yra labai vertingas. Mažesnis filtras leidžia tankesnę RF priekinio bloko integraciją, daugiau kanalų naudingajame krovinyje arba kompaktiškesnį vartotojo terminalą.

RSWave mikrobangų dielektrinių keramikos filtrų serija išsiskiria mažesniu dydžiu, lengvesne mase, puikiu temperatūros stabilumu, dažnių diapazonu nuo 400 MHz iki 7000 MHz, galimybe pritaikyti pagal užsakymą ir parametrinio modeliavimo remiamu projektavimu. Produktų lentelėje taip pat pateikiami nuorodų pavyzdžiai į GPS/BDS, LTE, 5G, plačiajuosčius ir palydovinio ryšio sistemas, įskaitant 7200 MHz siaurajuosčio palydovinio ryšio (SAT-COMM) pavyzdį. Žemės žemųjų orbitų (LEO) programose šiuos filtrus galima naudoti S juostoje, C juostoje, navigacijai skirtose juostose bei pritaikytuose po 7 GHz arba artimuose 7 GHz kanaluose – viskas priklauso nuo visos sistemos techninių reikalavimų.

Temperatūros stabilumas ypač svarbus. Žemės žemųjų orbitų (LEO) palydovas patiria pakartotinį šiluminį ciklą, kai jis juda tarp saulės šviesos ir užtemimo, tuo tarpu lauko žemės stotys susiduria su sezoniniais ir pariniais temperatūros pokyčiais. Jei filtro rezonanso dažnis per daug pasislenka, pralaidumo juosta gali pasislinkti nuo priskirtos kanalo dažnių juostos, dėl ko gali būti prarastas norimas signalas arba sumažėti gretimų dažnių energijos slopinimas. Temperatūriškai stabilios keraminės medžiagos padeda išlaikyti numatomą RF elgseną visose šiose eksploatavimo sąlygose.

LC ir ertmių filtrai LEO žemės stotyse ir vartuose

Skirtingiems LEO sistemoms reikia skirtingų filtrų struktūrų. RF LC filtrai, kurie sudaryti iš induktyvumo elementų ir kondensatorių, dažnai naudojami ten, kur svarbūs kompaktiškas dydis, kainos efektyvumas ir integravimo lankstumas. Juos galima suprojektuoti kaip žemo dažnio, aukšto dažnio, juostos praleidimo arba juostos stabdymo filtrus. RF priėmimo įrenginio ar šaltinio plokštėje LC filtrai gali pašalinti harmonikas po dažnio keitimo, slopinti netikėtus spinduliavimus ar užtikrinti tarpinio dažnio kanalo parinkimą.

Dėžutės filtrai atlieka kitą funkciją. Kadangi jie naudoja metalines rezonansines dėžutes ir aukšto kokybės rezonatorius, jie gali užtikrinti stiprų išorinių juostų slopinimą, mažą įterpimo nuostolį ir gerą galingumo valdymą. Tai daro juos tinkamais šaltiniams, aukšto galingumo RF priėmimo įrenginiams, radarų ryšiams ir žemės infrastruktūrai, kur našumas yra svarbesnis nei mažiausias įmanomas gabaritinis dydis. RSWave RF LC filtras & Cavity Filter gaminių serija apima dažnių diapazoną nuo nuolatinės srovės iki 30 GHz, palaiko kompaktiškas formos, pvz., paviršiaus montavimo ir per skylę montuojamas versijas, ir skirta palydovinėms ryšio stotims, karinėms ryšio stotims, radarinėms sistemoms bei aviacijos ir kosmonautikos RF moduliams.

Praktikoje veikiančiose žemės žemės orbitos (LEO) tinkluose žemės segmentas yra tokios pat svarbos kaip ir kosminiai aparatai. Šešėliniai mazgai turi tvarkyti didelį duomenų srautą, sekti greitai judančius palydovus ir užtikrinti švarius siuntimo ir priėmimo kanalus. Gerai suprojektuota filtrų grandinė gali sumažinti kaimyninių kanalų trukdžius, pagerinti siųstuvų spektrinę grynumą ir apsaugoti imtuvų kelius nuo aukštos galios šalia esančių siųstuvų.

Dupleksiniai įrenginiai bendram antenų palydoviniam ryšiui

Dupleksas leidžia siųstuvui ir priėmėjui naudoti vieną anteną, tuo pačiu užtikrindamas siuntimo ir priėmimo juostų izoliaciją. Tai ypač svarbu dažnių skirstymo dupleksinėse sistemose, kur siuntimas ir priėmimas vyksta tuo pačiu metu skirtingais dažniais. Žemės žemės orbitos (LEO) terminaluose dupleksas gali padėti sumažinti antenų skaičių ir supaprastinti radijo dažnio (RF) schemą. Kompaktiškoje įrengtinėje ar mobilioje sistemoje mažesnis antenų skaičius ir trumpesni RF kelias taip pat gali sumažinti svorį ir integravimo sudėtingumą.

RSWave mikrobangų dielektrinių keramikos dvigubo ryšio įrenginių veikimo pagrindas yra aukšto Q faktoriaus ir mažų nuostolių keraminiai rezonatoriai, kurie integruoja siuntimo ir priėmimo filtravimo kanalus. Įmonė pabrėžia mažus nuostolius, mažesnį dydį ir lengvesnę masę, temperatūros stabilumą, tinkamumą paviršiaus montavimui, dažnių diapazoną nuo 400 MHz iki 6000 MHz bei galimybę pritaikyti pagal užsakymą. Produkto aprašyme nurodoma, kad keraminiai dvigubo ryšio įrenginiai naudojami IoT terminaluose, pramonės ryšių sistemose, bazinės stoties įrangoje, nešiojamuose įrenginiuose, automobilių elektronikoje bei palydovinėje navigacijoje ir ryšiuose.

Žemųjų Žemės orbitos (LEO) sistemų projektavime dvigubo ryšio įrenginiai turi atlikti daugiau nei tik du kanalus atskirti. Jie turi apsaugoti žemo triukšmo imtuvą nuo siuntėjo nutekėjimo, išlaikyti izoliaciją staigioms signalo pokyčių sąlygomis ir išlaikyti įterpimo nuostolius pakankamai žemus, kad būtų išsaugota ryšio marža. Aukšta izoliacija taip pat yra svarbi, nes imtuvas dažnai bando aptikti silpnus žemyno krypties signalus tuo metu, kai siuntėjas gali veikti daug didesne galia.

Inžinierių pagrindiniai projektavimo aspektai

Pasirinkdami RF filtrą LEO palydovų susijusiai sistemai inžinieriai turėtų pradėti nuo dažnių plano. Vidurio dažnis, juostos plotis, kanalų atstumas, apsauginė juosta ir reguliavimo maska nustato filtro atsaką. Kitas etapas – įterpimo nuostoliai. Mažų nuostolių filtras pagerina priėmimo triukšmo koeficientą ir sumažina siuntiklio galios švaistymą. Atskyrimas taip pat yra labai svarbus, ypač arti stiprių gretimų paslaugų ar daugiadažniuose terminaluose. VSWR veikia impedanso pritaikymą ir visos RF grandinės naudingumą, o svyravimai veikia signalo lygumą plačiajuosčiuose kanaluose.

Taip pat reikia atsižvelgti į mechanines ir aplinkos sąlygas. Orbitoje esančios kosminės technikos atveju reikia atskirai patvirtinti spinduliavimo atsparumą, virpėjimų, smūgių, išgarinimo, šiluminio vakuumo veikimą bei misijos lygio tikrinimus. Žemės stotims ir tinklo mazgams projektuotojai gali pirmenybę teikti oro sąlygų atsparumui, jungtukų tipui, gamybos pakartojamumui ir ilgalaikiam temperatūros stabilumui. Abiem atvejais specializuoti filtrai gali būti būtini, nes žemės orbitos (LEO) sistemos dažnai naudoja nestandartines juostos plotis arba labai tankiai suprojektuotus dažnių planus.

Specializuotų RF filtrų privalumas

LEO palydovų ryšys nėra vieno dydžio tinka visiems rinkos segmentas. Plačiosios juostos naudotojo terminalas, šliuzo stotis, TT&C ryšys, GNSS pagerintas navigacinis imtuvas ir RF stebėjimo naudingoji krovinio įranga gali reikalauti skirtingų filtravimo architektūrų. Todėl svarbu, kad RSWave dėtų akcentą į individualizuotas technines specifikacijas ir modeliavimo projektavimo paramą. Vietoj to, kad būtų priverstinai pritaikoma radijo dažnių grandinė aplink bendrą komponentą, inžinieriai gali pritaikyti filtrą pagal sistemos lygio tikslus, pvz., pralaidumo juostos plokštumą, atitaisymo gylį, gabaritus, jungiklių išdėstymą ir kainą.

Kai LEO palydovų konstelacijos plečiasi, radijo dažnių priimamųjų ir siunčiamųjų įrenginių komponentai toliau lemia, kaip patikimai terminalai jungiasi, kaip švariai naudingoji krovinio įranga perduoda signalus ir kaip efektyviai naudojama radijo dažnių juosta. Keraminiai filtrai, LC filtrai, ertminiai filtrai ir dvigubo veikimo įrenginiai (duplexer) kiekvienas suteikia skirtingą balansą tarp dydžio, nuostolių, atitaisymo, galios valdymo ir integracijos. Teisingai naudojami jie padeda LEO palydovų sistemoms užtikrinti stabilius ryšius per perkrautą radijo dažnių aplinką.

Įmonėms, kurios kuria palydovinio ryšio terminalus, žemės stotis, navigacinius modulius, radarų susijusias RF sistemas arba pritaikytas mikrobangų priekines grandis, RF filtravimą reikėtų laikyti ankstyvu projektavimo sprendimu, o ne galutiniu plokštės lygio detaliu. Tinkama filtro architektūra gali pagerinti ryšio atsargą, sumažinti trukdžius, supaprastinti integravimą ir užtikrinti patikimą veikimą nuo laboratorijos iki lauko sąlygų.