Verbreiten oder dringen Satelliten-Uplink-/Downlink-Signale in den Weltraum?

Sie müssen ihr Signal verbreiten. Außerdem ist eine wirklich große Schüssel erforderlich, um Ihr Signal überhaupt nicht zu verbreiten.

Stellen Sie sich vor, es gäbe überhaupt keine Ausbreitung. Die Schüssel müsste genau auf den Satelliten gerichtet werden, bis zum Rand der Größe der Schüssel. Das geht weit über die Technik von heute hinaus! DSS hat sein Geschirr auf 0,1 Grad eingestellt. In der Entfernung der geosynchronen Umlaufbahn sind das 62 km. Laser können etwas präziser ausgerichtet werden, sind aber immer noch nicht so genau.

Der Betrag, um den sich ein Signal ausbreitet, ist umgekehrt proportional zur Größe der Antenne (in den meisten Fällen). Es gibt Rechner da draußen, aber im Allgemeinen ist die Strahlbreite umso kleiner, je höher die Frequenz und je größer die Schüssel ist. Aber es kann ohne eine unendlich große Antenne niemals nur in eine Richtung gerichtet werden.

Beispielsweise hat eine 10 m breite Antenne eine Strahlbreite von 0,14 Grad bei 14 GHz (wobei ich die Strahlbreite als den -3-dB-Punkt genommen habe).
Bei 36.000 km (geostationäre Umlaufbahn) ist ein Strahl, der von dieser Antenne gesendet wird, 88 km breit.

36000 * Bräune (0,14 Grad) = 88

Bei jeder angemessenen Antennengröße treten Leckagen auf, da die Hauptkeule viel breiter ist als die Empfangsantenne. Die Nebenkeulen befinden sich in einem ziemlich großen Winkel relativ zur Hauptkeule. Für ein Gericht sind die Nebenkeulen viel schwächer als die Hauptkeule, vermute ich.

Für den Uplink gibt es eine theoretische untere Grenze der Spreizbreite, die ~ (Entfernung zwischen Empfänger und Sender)*(Wellenlänge)/(Größe des Senders) ist. Dazu gibt es mehrere Möglichkeiten, wie zum Beispiel die Heisenbergsche Unschärferelation (je kleiner der Sender, desto besser kennt man die Position des Strahls, also desto weniger weiß man über die Richtung). Dies ist nur eine Größenordnungsformel; Offensichtlich hat der Strahl keine scharfe Kante. Nehmen Sie die Zahlen aus der Antwort von @Hobbes:

15 GHz -> Wellenlänge ~ 0,0214 m, Entfernung = 36*10^6 m und Sender = 10 m. 36*10^6*.0214/10 = 77*10^3. Meine Formel gibt also eine grobe Annäherung an das Ergebnis von Hobbes.

Beachten Sie, dass dies die untere Grenze ist; Es ist physikalisch unmöglich, es besser zu machen. In der realen Welt wird jedes praktische System schlechter abschneiden.

Für den Downlink wird diese Streuung deutlich kleiner sein als der Radius der Erde, solange sie im MHz-Bereich liegt, also wenn es nicht gegen die Quantenmechanik verstoßen würde, wenn nur ein kleiner Teil des Strahls die Erde verfehlen würde, aber wieder wird die praktische Technik eine andere Geschichte sein.

Wenn "Downlink" als Satellit zur Erde verstanden wird, scheint Ihr letztes Bild Übertragungen von Satellit zu Satellit zu zeigen, keine Downlinks.

PS "Empfänger/Transceiver" ist redundant; „transceiver“ weist bereits darauf hin, dass er sowohl Sender als auch Empfänger sein kann .