Wenn ich einen Kommunikationssatelliten wie MarCO bauen möchte, welche Formeln benötige ich, um die perfekte Antenne zu berechnen? Gibt es einen Unterschied zwischen dem X-Band und dem klassischen UHF? Wenn der CubeSat für einen Saturnmond bestimmt ist, muss er dann wegen der Interferenz seiner anderen Monde eine größere Antenne haben? Wie erhalte ich die Antenneninformationen?
Hier gibt es zu viele allgemeine Fragen, die buchkapitellange Antworten erfordern. Ich möchte zunächst konkretisieren:
Möchten Sie die Antennenleistung, das Antennendiagramm oder was genau berechnen? Welche Antenne haben Sie außerdem im Sinn: Bodenstationsantenne für ein Uplink-Szenario, Antenne an Bord des CubeSat für einen Downlink? In Bezug auf die Leistung würde ich vorschlagen, nach einer solchen Berechnungsverallgemeinerung wie einem Link-Budget zu suchen, da Sie durch die alleinige Berechnung der Antennenleistung nicht sagen können, ob Sie den Link mit Ihrem geplanten CubeSat erfolgreich schließen können. Es gibt unzählige Beispiele im Internet und in wissenschaftlichen Publikationen, daher rate ich Ihnen, diese zuerst zu überprüfen. Diese Präsentation gibt Ihnen zum Beispiel ein gutes Gefühl dafür, was Linkbudget ist.
Natürlich gibt es Unterschiede zwischen den Bands. X-Band ist ein Frequenzband zwischen 7 bis 11,2 GHz, während UHF zwischen 300 MHz und 1 GHz liegt. In Bezug auf die Frequenz, die am besten zu Ihrer Mission passt, ist es wieder eine ziemlich weit gefasste Frage. Es bricht wirklich auf die Missionsanforderungen herunter und wird einer gründlichen Trade-off-Analyse unterzogen.
Größere Antennen auf CubeSats (und Satelliten im Allgemeinen) haben nichts mit Interferenzen zu tun. Der Hauptvorteil einer größeren Antenne (nehmen wir einen Parabolreflektor an) ist der größere Gewinn. Was ist Gewinn? Siehe hier .
Sie können natürlich einige technische Annahmen bezüglich Ihrer Antenne treffen, wenn Sie Ihre Link-Budget-Berechnungen durchführen. Ohne vorherige Kenntnis des Stands der Technik oder einer bestimmten Antennenvorrichtung im Hinterkopf ist dies jedoch eine schwierige Aufgabe. In Anbetracht des gewünschten Deep-Space-Szenarios würde ich Ihnen empfehlen, eine gründliche Literaturrecherche durchzuführen, die Flugerbe erfolgreicher Missionen zu überprüfen und zu überprüfen, welche Art von Kommunikationsstrategien sie verwendet haben. Unter Berücksichtigung der bisherigen Erfahrungen können Sie einen Iterationsprozess starten, bei dem Sie alle Elemente Ihres Kommunikationsszenarios zu einer Link-Budget-Berechnung kombinieren und sehen, welche Art von Ressourcen Sie benötigen würden, um den Link erfolgreich zu schließen. Dieser Prozess würde eine Weile dauern, da er als Kompromiss zwischen gewünschter Leistung, verfügbaren Energieressourcen und aktuellem Stand der Technik angesehen wird.
Aber auch hier rate ich Ihnen, sich etwas Mühe zu geben und uns einige etwas spezifischere Fragen zu stellen. Bisher gibt es in Ihrer Frage so viele Unklarheiten, dass Sie nicht erwarten können, dass Ihnen jemand eine genaue Antwort gibt.
Es gibt keine "perfekte" Antenne. Antennen sind nur für einen bestimmten Zweck besser oder schlechter als einander. Wählen Sie einen anderen Zweck, und im Allgemeinen ist eine andere Antenne am besten geeignet. Antennen verkörpern Design-Kompromisse; Eine herausragende Stärke in einer Anwendung erfordert normalerweise herausragende Schwächen in anderen Anwendungen. Antennen ohne nennenswerte Schwächen haben auch keine nennenswerten Stärken, es sei denn, das Fehlen von Schwächen ist selbst Ihr Ziel.
Die Einschränkungen Ihrer Mission verdeutlichen die Dinge erheblich. Ratschläge, die ich für generische CubeSats in einer niedrigen Erdumlaufbahn geben würde, sind nicht anwendbar, wenn Ihr Zielort Saturn ist. Angesichts dessen sind Sie so ziemlich gezwungen, die Antenne mit dem höchsten Gewinn zu verwenden, die Sie verwalten können, da Saturn viel weiter entfernt ist als typische Satellitenumlaufbahnen, sodass Sie den zusätzlichen Ausbreitungsverlust im freien Raum irgendwie ausgleichen müssen.
Die Hauptprobleme, die Sie haben werden, sind Größe und Kontrolle.
Erstens wird für eine gegebene Übertragungsfrequenz die Erhöhung des Antennengewinns am einfachsten erreicht, indem die Antenne physisch größer gemacht wird. Es gibt noch andere Dinge, die Sie tun können, aber sie erfordern komplizierte Konstruktionsdetails, wie z. B. eine ungleichmäßige Aperturgewichtung. Die physische Größe ist in einem 1U-Cubesat eine sehr enge Einschränkung, und Sie werden die Grenzen dessen, was Sie tragen, bereitstellen und steuern können, ernsthaft erweitern.
Zweitens, je höher die Verstärkung, desto mehr leidet sie unter falscher Ausrichtung. Daher wird es umso wichtiger, zu wissen, wohin Sie zeigen müssen, und in der Lage zu sein, dort ausgerichtet zu bleiben, um Drift und Jitter zu minimieren. Für einen LEO-Cubesat würde ich raten, Uwes Kommentar zu folgen und den Gewinn so gering wie möglich zu halten, um die Anforderungen an die Präzisionsausrichtung zu beseitigen oder zumindest zu reduzieren, um mit einer viel einfacheren, kleineren und billigeren Lagebestimmung und -steuerung davonzukommen. In Ihrem Fall gibt es wahrscheinlich keine Möglichkeit, die Verwendung einer Antenne mit sehr hoher Verstärkung zu vermeiden, da die Winkelgröße der Erde vom Saturn aus gesehen winzig ist. Sie müssen nur den Planeten verfolgen, keine bestimmte Bodenstation, aber der Planet sieht so klein aus, dass die Ausrichtungsanforderungen nicht allzu unterschiedlich sind.
äh
Uwe