Caratterizzazione dei componenti e analisi delle misure del

FACOLTÀ DI INGEGNERIA DELL’INFORMAZIONE, INFORMATICA E STATISTICA CORSO DI LAUREA DI INGEGNERIA ELETTRONICA CARATTERIZZAZIONE DEI COMPONENTI E ANALISI DELLE MISURE DEL RICEVITORE IN BANDA Ka DEL SATELLITE ALPHASAT Relatore Prof. Frank S. Marzano Correlatori Ing. Elio R. Restuccia Fernando Consalvi Laureando Augusto M. Marziani INDICE IL PROGETTO ALPHABUS • 
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ALPHABUS, SATELLITE A FINI COMMERCIALI E SCIENTIFICI NEL 2007 L’ESA STIPULA UN ACCORDO CON INMARSAT MASSA DI CARICO DI 15000 kg E FINO A 18 kW DI POTENZA PER I CARICHI PAGANTI 4 TECHNOLOGY DEMONSTRATION PAYLOADS (TDPs) •  TDP1: COMUNICAZIONE TRA SATELLITI GEO E LEO •  TDP5: STUDIO DI PROPAGAZIONE IN BANDA Ka E Q •  TDP6: ADVANCED STAR TRACKING •  TDP8: SENSORE DI MISURAZIONE DELLE RADIAZIONI E.M. CHE CIRCONDANO IL SATELLITE SPECIFICHE ESA ALPHASAT SATELLITE GEOSTAZIONARIO POSIZIONATO A 25 DEG E SPECIFICHE DEL TRASMETTITORE DIAMETRO ANTENNA TX: 12 cm EFFICIENZA DI ANTENNA: 60% ANGOLO A METÀ POTENZA: 8.88° GUADAGNO MAX DI ANTENNA: 26.7 dBi POTENZA TRASMESSA: -­‐3.9 dBW FREQUENZA DEL SEGNALE: 19.701 GHz TIPO DEL SEGNALE INVIATO: CW SPECIFICHE DEL RICEVITORE DIAMETRO DI ANTENNA: ≤ 1.5m EFFICIENZA DI ANTENNA: ≥ 60% BANDA DEL RICEVITORE DI BEACON: 1 kHz RAPPORTO C/N: ≥ 5 dB LINK BUDGET L’ANTENNA A PARABOLOIDE ANTENNA A PARABOLOIDE: DIAMETRO: 1.5 m GUADAGNO: 47 dBi ANGOLO A METÀ POTENZA: 0.7° EFFICIENZA: 60% LINK BUDGET L’ANTENNA A TROMBA CONICA VALUTAZIONE DEL GUADAGNO Dal diametro di 11.7 cm = 0.117 m si oeene: Ag=π⋅r2=0.011 m2 Poichè l’efficienza dell’antenna è del 60%: η= Ae/Ag=0.6 ⇒ Ae=0.6⋅Ag=0.0066 m2 e l’area efficace: Ae=(λ2⋅Glin)/4π=0.0066 ⇒ Glin= 360.58 Il guadagno dell’antenna in dBi sarà quindi: GdBi=10log Glin= 25.6 dBi Inoltre: θ3dB=70⋅(λ/d)=9.09° LINK BUDGET ATTENUAZIONI SUPPLEMENTARI MODELLI ITU-­‐R (INTERNATIONAL COMMUNICATION UNION RADIOCOMMUNICATION SECTOR) • 
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ATTENUAZIONE DA PIOGGIA ATTENUAZIONE DOVUTA A GAS E VAPORE ACQUEO ATTENUAZIONE DA NUBI E NEBBIA EFFETTI DOVUTI ALLE SCINTILLAZIONI LINK BUDGET ITU−R: Freq(GHz)=19.701 − Site(°)=41.8314,12.4662 − Elev(°)=40 − Dant(m)=1.5
2
10
Prob. abscissa is exceeded (%)
Total
Rain
1
10
0
10
−1
10
−2
10
0
5
10
15
Path attenuation (dB)
20
25
LINK BUDGET ATTENUAZIONE DI SPAZIO LIBERO COMPONENTE DOMINANTE DELL’ATTENUAZIONE TOTALE L’aoenuazione di spazio libero è pari a: ASL=((4πR)/λ)2 Dove λ è la lunghezza d’onda ed R è la distanza del satellite dal ricevitore. Nel nostro caso R≈36000 km. Si oeene quindi: ASLdB=209.47 dB LINK BUDGET ATTENUAZIONE TOTALE Caso peggiore tra AR e Ac: ARC=AR+AC RSS tra As e ARC: ASRC=(AS2+ARC2)1/2 Caso peggiore tra AG e ASRC: Ed infine: ASTOT= AG+ASRC= AG+(AS2+ARC2)1/2 ATOT=ASL+ASTOT CARATTERIZZAZIONE DEI COMPONENTI IL RICEVITORE CARATTERIZZAZIONE DEI COMPONENTI LNA (Low Noise Amplifier) CaraMerisNche dichiarate dal costruMore: • 
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Amplificazione: 30 dB Cifra di rumore: 2.5 dB BW di funzionamento: 17.7-­‐20 GHz Piaoezza in banda: ±1 dB CARATTERIZZAZIONE DEI COMPONENTI RISPOSTA IN FREQUENZA DELL’LNA E FILTRI LNA CON FILTRO DI INGRESSO LNA CON ENTRAMBI I FILTRI CARATTERIZZAZIONE DEI COMPONENTI RISPOSTA IN FREQUENZA: RISPOSTA DEI FILTRI SPAN 300 MHz CARATTERIZZAZIONE DEI COMPONENTI MISURAZIONE DELLA CIFRA DI RUMORE METODO DEL FATTORE Y MIXER Y-­‐1 CARATTERIZZAZIONE DEI COMPONENTI MISURAZIONE DELLA CIFRA DI RUMORE METODO DEL FATTORE Y Alternando fasi di accensione e di spegnimento della sorgente di rumore in ingresso al DUT e misurando la potenza in uscita, si ha: Ylin= NON/NOFF Da cui si può ricavare il rumore interno del DUT tramite: Na=KT0BG ( ENR -­‐1) Y-­‐1 NFdB= ENRdB-­‐10log(Y-­‐1) CARATTERIZZAZIONE DEI COMPONENTI IL DOWN CONVERTER ORIGINARO •  PRIMO STADIO DI CONVERSIONE: 19.770 GHZ → 820 MHz •  SECONDO STADIO DI CONVERSIONE: 820 MHz → 70 MHz •  ATTENUAZIONE DEL PRIMO MIXER: 9 dB •  AMPLIFICAZIONE DEL PRIMO STADIO: 3dB •  ATTENUAZIONE DEL SECONDO MIXER: 9dB •  AMPLIFICAZIONE DEL SECONDO STADIO: 61 dB CARATTERIZZAZIONE DEI COMPONENTI PRIMO STADIO DI CONVERSIONE CARATTERIZZAZIONE DEI COMPONENTI SECONDO STADIO DI CONVERSIONE CARATTERIZZAZIONE DEI COMPONENTI SECONDO STADIO DI CONVERSIONE CARATTERIZZAZIONE DEI COMPONENTI FILTRO SU MICROSTRISCIA MODIFICA DEL DOWN CONVERTER RISULTATI FINALI Probabilità di fuori servizio richiesta: 0.1% ASPETTATIVE ESA: C/N @ 0.1% = 21.41 RISULTATI SIMULAZIONE: C/N @ 0.1% = 21.36 dB MISURAZIONI EFFETTUATE: C/N @ 0.1% = 22.1 dB CONCLUSIONI •  IL RICEVITORE RIESCE A CONVERTIRE IL SEGNALE A f=19.701 GHz •  RISULTA NECESSARIO IL TRACKING PER L’ANTENNA A PARABOLOIDE MENTRE QUELLA A TROMBA CONICA NON RISULTA ADATTA •  IL SEGNALE PUÒ ESSERE AGGANCIATO DAL PLL ANCHE PER PROBABILITÀ INFERIORI ALLO 0.01% •  L’OBIETTIVO DEL RICEVITORE È QUELLO DI PERMETTERE LO STUDIO DI PROPAGAZIONE UNA VOLTA CHE IL SATELLITE SARÀ IN ORBITA