Was ist die höchste nichtoptische Frequenz, die für die Verwendung in der Weltraumkommunikation verwendet oder getestet wurde?

Bei Parabolantennen, die zum Übertragen eines Signals über große Entfernungen verwendet werden, skaliert die Verstärkung auf der Achse wie folgt D 2 / λ 2 oder D 2 F 2 / c 2 Wo λ Und F sind die Wellenlänge oder Frequenz und c ist die Lichtgeschwindigkeit. Bei sonst gleichen Bedingungen bedeutet die Verdoppelung der Frequenz die vierfache Leistung, die von einem entfernten Empfänger mit festem Empfangsantennenbereich empfangen wird.

Frage: Abgesehen von optischen Frequenzen, was ist die höchste Frequenz, die mit Raumfahrzeugen verwendet oder sogar getestet wurde, die außerhalb der Erdumlaufbahn verwendet werden könnten ? Ich suche eine ungefähre Frequenz, nicht nur einen Buchstabencode für eine Bandbezeichnung.

Anmerkung 1: Für diese Frage zählt der Empfang im Erdorbit (sowie auf der Erdoberfläche).

Anmerkung 2: Ich habe diese Frage ein wenig angepasst, um Tests zu ermöglichen, die nicht unbedingt außerhalb der Erdumlaufbahn durchgeführt wurden, solange die Ergebnisse für eine mögliche Verwendung außerhalb der Erdumlaufbahn anwendbar und informativ sind.

unten: Mikrowellenbandnamen und ungefähre Frequenzen, aus Ka vs. Ku – An Unbiased Review von Skyware Technology

Mikrowellenbänder

unten: 70-Meter-Schüssel im Goldstone-Komplex des DSN. Beachten Sie für den Maßstab, dass rote Farbe Gehwege und Treppen kennzeichnet. Von Gizmodo .

70-Meter-Schüssel aus Goldstone

Laut diesem Dokument spaceacademy.net.au/spacelink/radiospace.htm liegt die Oberkante des Funkfensters der Atmosphäre bei 30 GHz. „Über 30 GHz absorbiert die untere Atmosphäre oder Troposphäre, unter 10 km, Funksignale durch Sauerstoff und Wasserdampf. Selbst zwischen 20 und 30 GHz gibt es einige Absorptionsbänder, die vermieden werden müssen.“
@Uwe danke! Sicherlich ist das Ka-Band in Reichweite der Erdoberfläche. Aber ich bin mir nicht sicher, welche höchste Frequenz tatsächlich von einem Raumschiff außerhalb des cis-Mondraums verwendet wird. Siehe auch Ka-Band Represents the Future of Space Communications .
Der Frequenzbereich des Ka-Bandes beträgt 26,5–40 GHz. Die Absorptionsbänder (20 bis 30 GHz und über 30 GHz) liegen innerhalb des Ka-Bands, nicht alle Frequenzen des Ka-Bands dürfen für Verbindungen vom Boden zum Weltraum verwendet werden.
Ich verstehe was du meinst. Deshalb fragt die Frage nach "einer ungefähren Frequenz, nicht nur einem Buchstabencode für eine Bandbezeichnung".
Laut diesem Artikel tele-satellite.com/TELE-satellite-0709/eng/feature.pdf ist das Ka-Band sehr wetterabhängig. Die Bodenstation sollte sich in einer sehr trockenen Region befinden. Die Dämpfung nimmt mit der Häufigkeit und Intensität des Regens zu. Leichter Regen mit weniger als 5 mm/h ist kein Problem. Siehe Abbildung 4 auf der letzten Seite. Es besteht ein großer Unterschied zwischen einer Frequenz an der unteren oder oberen Grenze des Ka-Bandes.
@Uwe Ich habe nie aufgehört, Störungen durch Regen in Betracht zu ziehen, das könnte ein sehr ernstes Problem für zeitkritische Kommunikation oder Messungen sein. Danke für den Link!

Antworten (2)

Im Falle der Erde-Weltraum- und Weltraum-Erde-Kommunikation (dh nicht Weltraum-Weltraum) gibt es ein interessantes V-Band-Fenster über den aktuellen Bändern: Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein( diese Präsentation könnte interessant sein, sie vollständig zu lesen)

Am oberen Ende des unteren Fensters gibt es einen experimentellen Versuch unter Verwendung der Nutzlast von AlphaSat Aldo Paraboni , um Weltraum-Erde-Effekte in Ka/Q- und unteren V-Bändern zu messen. Die Ka/Q-Bemühungen betrachten Dämpfung und Ausbreitung um 40 GHz. Der V-Aufwand liegt bei 48 GHz. Es gibt mehrere IEEE-Paywall-Papiere zu Ergebnissen , aber leider sind die einzigen nicht-Paywall-Quellen, die ich finden kann, nur über die Gerätetests .

Diese V-Band-Kampagne könnte als „höchste getestete Frequenz“ gelten, obwohl dies noch nicht wirklich „Deep-Space-Kommunikation“ ist.

Inmarsat-4A F4 ist in GEO und geht daher nicht auf die Frage ein, aber es macht trotzdem Spaß, über das Experiment zu lesen. Ich hatte „Deep Space“ und „jenseits der Erdumlaufbahn“ angegeben, weil ich ziemlich sicher war, dass höhere Frequenzen zumindest lokal getestet worden waren.
Eigentlich habe ich den Wortlaut der Frage so angepasst, dass dies die akzeptierte Antwort sein kann. Das ist wirklich interessant!

Bearbeiten: Da ich auch der OP bin, habe ich die Frage nach dem Akzeptieren der Antwort von @BobJacobsen leicht überarbeitet, um eine weitere, sehr informative Antwort zu ermöglichen , die sich mit dem Testen eines höheren Frequenzbands durch die Erdatmosphäre befasst, obwohl der Test von durchgeführt wurde LEO und nicht Deep Space. Diese Antwort hier bezieht sich auf die höchste Frequenz, die aus dem Weltraum verwendet oder getestet wurde .

Ich werde dies als vorläufige Antwort posten. Ich bin mir nicht 100% sicher, ob eine höhere Frequenz nicht getestet wurde, aber es sieht so aus, als ob die Deep Space Ka-Band-Frequenzen um 32 GHz die höchsten sind, die umfangreiche, systematische Tests und Verwendung im Weltraum erhalten haben.

Ich sollte auch darauf hinweisen, dass der Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) das Ka-Band aus dem cis-Mond-Raum (grob gesagt) verwenden wird, wie in der Frage Wird es Ka-Band-Zuteilungen für TESS im „nahen Weltraum“ erörtert?

Aus dem DSN Telecommunications Link Design Handbook 201, Rev. B, Frequency and Channel Assignments, veröffentlicht am 15. Dezember 2009 :

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Ich sollte nicht, dass alle diese Downlinks zu sein scheinen. Ich habe keine entsprechenden Ka-Band-Uplink-Informationen gefunden.

Kepler:

Das Kepler-Teleskop hat das Ka-Band verwendet, um verarbeitete Daten regelmäßig über eine Entfernung von ungefähr 1 AE herunterzubinden.

Mars Reconnaissance Orbiter (MRO):

Gemäß der Zusammenfassung dieses Papiers Mars Reconnaissance Orbiter Ka-band (32 GHz) Demonstration: Cruise Phase Operations (auch diese Präsentation ):

Zu den Höhepunkten gehörte das Aufstellen eines Tagesrekords für die Datenrückgabe von einem Deep-Space-Raumschiff (133 Gbits), der während eines 10-Stunden-Durchgangs erreicht wurde; Erzielung der höchsten Datenrate aller Zeiten bei einer Planetenmission (6 Mbit/s) und erfolgreiche Demonstration von Ka-Band-DDOR.

Ich bin mir der Entfernungen nicht sicher, die Experimente scheinen während der Reisephase der Mission vor dem Einsetzen in die Umlaufbahn durchgeführt worden zu sein.

Juno:

Die Ka-Band-Übertragungen des Raumfahrzeugs Juno wurden über einen längeren Zeitraum hinweg systematisch untersucht. Im IPN-Fortschrittsbericht Cassini Downlink Ka-Band Carrier Signal Analysis . Hier ist die vollständige Zusammenfassung, in diesem Bericht gibt es viel zu lesen:

Telemetriebänder mit niedrigeren Frequenzen werden in der Bandbreite immer begrenzter, mit mehr Wettbewerb zwischen Flugprojekten und anderen Einheiten. Höhere Frequenzbänder bieten deutlich mehr Bandbreite und damit die Aussicht auf wesentlich höhere Datenraten. Zukünftige oder zukünftige Flugprojekte, die Telemetriedatenverbindungen im Ka-Band (32 GHz) in Betracht ziehen, sind an früheren Flugerfahrungen mit empfangenen Ka-Band-Daten interessiert. Über 10 Jahre Cassini-Closed-Loop-Empfang von Ka-Band-Trägerdaten mit über 2 Millionen Einzelmessungen wurden an allen drei Standorten des Deep Space Network (DSN) erfasst. Wir haben diese Daten analysiert, um die Verbindungsleistung bei einer Vielzahl von Wetterbedingungen und als Funktion des Höhenwinkels zu charakterisieren. Basierend auf dieser Analyse haben wir eine Empfehlung für die Telekommunikationsverbindungsspanne für Preflight-Planungszwecke abgeleitet.

Wenn 40 GHz statt 32 GHz für den Downlink verwendet werden, beträgt die Erhöhung des Antennengewinns (gleicher Spiegeldurchmesser) nur 1,9 dB. Ich denke, um die erhöhte ionosphärische und atmosphärische Dämpfung zu kompensieren, wird ein größerer Spielraum notwendig sein, um eine ähnliche Verfügbarkeit der Verbindung zu erhalten.
Siehe diesen Artikel zur Verwendung von W-Band. Es sieht so aus, als würden wir in absehbarer Zeit kein W-Band für den Weltraum sehen.
Was ist die höchste nichtoptische Frequenz, die für die Verwendung in der Weltraumkommunikation verwendet oder getestet wurde?
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