Spezifikationen einer High-Gain-Antenne

Wir suchen also nach einer Angabe

X-Band High-Gain-Antenne für die Kommunikation auf einem Entry-Descent-Landing-Fahrzeug

bei ca. 10 AU, und wollen

Bestimmen Sie den Durchmesser der Antenne, den Stromverbrauch, die Übertragungsrate und wie Sie die Stärke des Signals bestimmen, das zur Erde zurückgesendet wird.

Dies wird als Link-Budget- Berechnung bezeichnet.

Wie @A.Rumlin betont , ist dies eine große Aufgabe, aber Sie können ziemlich einfach einige Schätzungen vornehmen, indem Sie diese Antwort auf „ Wie schwer ist es, direkte Signale von Fahrzeugen auf der Marsoberfläche zu empfangen“ sehen , und hat jemand anderes als das DSN dies getan ? Aber ich werde hier basierend auf Ihrer Anwendung eine noch kürzere Antwort hinzufügen.

Von hier :

Linkbudget

Aus dieser Antwort , die aus dieser Antwort stammt :

$$P_{RX} = P_{TX} + G_{TX} - L_{FS} + G_{RX}$$

• $P_{RX}$: empfangene Energie durch Raumfahrzeuge
• $P_{TX}$: übertragene Leistung durch Armbanduhr
• $G_{TX}$: Gewinn der Sendeantenne der Armbanduhr (gegenüber isotrop)
• $L_{FS}$: Verlust von freiem Speicherplatz, was wir normalerweise nennen$1/r^2$
• $G_{RX}$: Verstärkung der Empfangsantenne des Raumfahrzeugs (im Vergleich zu isotrop)

$$G \sim 20 \times \log_{10}\left( \frac{\pi d}{\lambda} \right)$$

$$L_{FS} = 20 \times \log_{10}\left( 4 \pi \frac{R}{\lambda} \right).$$

Ich arbeite ein Beispiel, dann können Sie Ihre eigenen Zahlen eingeben.

Nehmen wir an, Sie verwenden das X-Band bei 7,5 GHz und Ihr Raumschiff als 1,5-Meter-Schüssel. Die Wellenlänge$\lambda = c/f$beträgt 0,04 Meter, also hat die Schüssel Ihres Raumfahrzeugs eine Verstärkung (relativ zur isotropen) von etwa 41 dBi.

Nehmen wir an, Ihre Empfangsantenne ist eine der drei großen 70-Meter-Schüsseln des Deep Space Network$G_{RX}$beträgt 75 dBi

Der "Freiraumpfadverlust"$L_{FS}$(grundsätzlich$1/r^2$) bei 10 AU beträgt etwa 293 dB. Huch!

Wenn die Sendeleistung Ihres Raumfahrzeugs$P_{TX}$5 Watt oder etwa 7 dBW beträgt, dann haben wir

$$P_{RX} = 7 + 41 - 293 + 75 = \text{-170 dBW}$$

Das ist$10^{-17}$Watt.

Wenn Ihr Empfänger auf beispielsweise 20 Kelvin gekühlt wird, beträgt die Rauschäquivalentleistung etwa$k_B T \times \Delta f$Wo$k_B$ist die Boltzmann-Konstante . Für 10 kHz sind das -189 dBW oder ungefähr$1.3 \times 10^{-19}$Watt, viel niedriger als die empfangene Signalstärke. Weitere Informationen dazu finden Sie beispielsweise in dieser Antwort .

Das bedeutet, dass Sie die Sende- oder Empfangsantenne verkleinern oder die Bandbreite erhöhen können.

Sie müssen die gleiche Berechnung auch für den Uplink durchführen, aber diese ist normalerweise einfacher, da alle Begriffe bis auf die Sendeleistung und die Rauschtemperatur des Empfängers gleich sind.