UHF-Transceiver für das Cubesat-Netzwerk

Die Frage fragt nach einem Entwurf eines vollständigen Systems, und das ist mehr, als ich beantworten kann. Ich habe jedoch eine grobe Berechnung des Verbindungsbudgets für Ihre Deep-Space-X-Band-Verbindung zwischen der Erdumlaufbahn und der Mondumlaufbahn ausgearbeitet. Sie können die gleiche Berechnung für jede Ihrer UHF-Verbindungen verwenden, aber wenn Sie eine andere Art von Antenne als eine Schüssel verwenden, müssen Sie die Gewinne für Ihre UHF-Antennen woanders nachschlagen, die folgende Gleichung gilt nur für eine kreisförmige Schüssel.

Für die Frage nach der Deep-Space-Verbindung können wir dies leicht tun, indem wir die in dieser Antwort viel detaillierter erläuterte Mathematik verwenden :

• $P_{RX}$: empfangene Macht
• $P_{TX}$: übertragene Leistung
• $G_{TX}$: Gewinn der Sendeantenne (gegenüber isotrop)
• $L_{FS}$: "Free space Loss" aber wirklich$\lambda^2 / r^2$aufgrund der Art und Weise, wie Gewinn definiert wird
• $G_{RX}$: Gewinn der Empfangsantenne (gegenüber isotrop)

Wo

Und

Wir haben Antennendurchmesser von 0,75 Metern aus der Frage und verwenden 8 GHz als Baseballstadion / typische Deep-Space-X-Band-Frequenz.$\lambda = c/f$ergibt 0,0375 Meter, und das macht den Gewinn jeder Antenne zu etwa 36 dB. Die Entfernung zum Mond beträgt also etwa 4E+08 Meter$L_{FS}$beträgt etwa 223 dB, wodurch$G_{TX} - L_{FS} + G_{RX}$etwa -151dB. Das bedeutet, dass für jedes 1 W Sendeleistung 8E-15 W Empfangsleistung anfallen.

Für eine effektive Empfängertemperatur von beispielsweise 300 Kelvin wird die Rauschäquivalentleistung oder NEP ungefähr sein$k_B T \times \Delta f$Wo$k_B$ist die Boltzmann-Konstante , die etwa 1,38E-23 J/K beträgt. Die erforderliche Bandbreite liegt in der Größenordnung von Bits pro Sekunde, obwohl die Details von Codierungsschemata und Fehlerkorrekturen abhängen, die außerhalb des Rahmens dieser Antwort liegen.

Also mit$\Delta f$von 2E+06 Hz erhalten wir einen NEP eines 300 K Empfänger-Frontends von 8E-15 W, was überraschenderweise genau gleich der empfangenen Leistung ist. Das macht das Signal-Rausch-Verhältnis$S/N = 1$und nach dem Shannon-Hartley-Theorem legt dies ja tatsächlich eine Bandbreite nahe$BW$von 2 MHz lassen Ihre Datenrate von 2 Mbit/sec bei nur 1 Watt Sendeleistung gerade noch zu!

Wenn Sie stattdessen 10 Watt verwenden und alles andere perfekt ist , sollten Sie in Ordnung sein.

Von verwende ich das Shannon-Hartley-Theorem und das thermische Rauschen hier richtig? :

Wo$C$ist die theoretisch maximal mögliche Datenrate.