3U 큐브싯용 9600보드 UHF 다운링크 크기 조정: 전체 설명

미션

대학이나 스타트업을 위한 아마추어 라디오 미션을 위한 3U 큐브셋을 디자인하고 계시군요.다운링크 주파수: 437.5MHz (아마추어 UHF).데이터 속도: 9600 보드, BPSK 또는 GMSK.그라운드 스테이션: **방위각/고도 로터에 십자형 야기를 장착한 소박한 뒷마당 설치 또는 라즈베리 파이 (Raspberry Pi) 로 만든 Satnogs 스테이션.

링크를 닫을 수 있을까요?페이드 마진은 어떻게 되나요?낮은 고도에서 지평선을 거의 비울 수 없는 패스 중에는 어떤 일이 벌어질까요?

rftools 새틀라이트 링크 버짓 애널라이저 와 내장된 아마추어 큐브샛 (UHF, AMSAT/Satnogs) 프리셋을 사용하여 자세히 살펴보겠습니다.

프리셋

아마추어 큐브샛 (UHF, AMSAT/Satnogs) 프리셋을 로드하면 다음과 같은 결과를 얻을 수 있습니다. 이 프리셋은 약 500mW를 방사하는 소형 전방향 큐브샛 안테나 (0dBi 경사진 턴스타일) 를 사용한다고 가정하며, 이는 27dBW EIRP를 제공합니다.-12dB/k의 그라운드 G/T는 전형적인 SatnoGS급 설정을 나타냅니다. 즉, 피드 손실이 약 2dB인 13개 요소 크로스 야기 (각 편광에서 약 12dBi 게인) 로, 수신기에 시스템 잡음 지수 약 1.5dB와 스카이 노이즈를 제공합니다.

1단계: 맑은 하늘 예산

실행을 클릭하면 도구가 다음을 계산합니다.

• FSPL = 20·log( 4π·400,000·437×10/c) ≈ 137.3dB.이는 437MHz에서 400km 오버헤드 패스를 할 때 발생하는 여유 공간 경로 손실입니다.해수면까지 두 배로 올라갔고, 낮은 고도에서는 조금 더 높아졌습니다.
• 대기+기체 흡수율 437MHz에서 0.1dB 미만.1GHz 미만에서는 기본적으로 무시할 수 있습니다.
• 빗물 감쇠 ≈ 0dB.VHF/UHF 레인 페이드는 문제가 아닙니다.
• 편광 손실 — 이 도구의 기본 모델에는 없지만 위성 방향에 따라 큐브샛 경사형 회전식 문과 지상 횡단 야기 간의 교차 편광을 위해서는 0.5—3dB의 예산을 책정해야 합니다.
• C/N = EIRP − FSPL + G/T − k = 27 − 137.3 + (−12) + 228.6 = 106.3dBhz
• 필수 C/N = Eb/N+ 10·log( r_b) = 5 + 10·log( 9600) = 5 + 39.8 = 44.8 dBhz
• 마진 = 106.3 − 44.8 = 61.5dB

이는 어마어마한 차이입니다.UHF 아마추어 링크는 데이터 속도가 너무 낮기 때문에 현대 기준으로는 넉넉합니다.이것이 바로 SatNOGS가 백야드 스테이션에서 안정적으로 작동하는 이유입니다. 9600보트의 심볼 레이트는 고속 데이터 링크에 비해 40dB 이상의 자연스러운 헤드룸을 제공합니다.

2단계: 저고도에서의 스트레스 테스트

프리셋의 30° 고도는 대표적인 미드패스 값입니다.이제 고도를 수평선 방목 경로인 5°로 변경하고 다시 실행하세요.변경된 사항:

• 경사 범위가 증가합니다.궤도 고도 400km의 5° 고도에서 경사 범위는 약 1900km (400km가 아님) 입니다.FSPL은 20·log( 1900/400) ≈ 13.5dB 증가하여 약 150.8dB로 증가합니다.
• 대기 흡수율은 약간 증가하지만 UHF에서는 여전히 미미합니다.
• 로터가 최소 고도 이하로 추적할 수 없거나 지형이 시야를 가리는 경우 지상국 안테나 게인이 떨어집니다.

경로 거리를 1900km로 조정하고 고도 각도를 5°로 조정하고 다시 실행하십시오.

• 여백이 61.5dB에서 약 48dB로 떨어집니다.아직 충분하죠.

교훈: UHF 아마추어 큐브샛 링크는 링크 예산 때문에 사라지지 않습니다.색이 바래는 이유는 다음과 같습니다.

1.도플러 — 437MHz에서 LEO 패스는 몇 분 동안 캐리어를 ±10kHz 이동시킬 수 있습니다.수신기가 이를 추적해야 합니다. 2.우주선 추락으로 인해 희미해짐 — 회전식 회전식 안테나가 2RPM으로 회전하는 큐브싯은 15초마다 널 (null) 을 통과합니다.5~10dB의 “텀블 마진”으로 예산을 책정할 수 있습니다. 3.지면 다중 경로 — 고도가 낮으면 지면 반사가 발생하여 상쇄 간섭을 일으킬 수 있습니다.레일리 페이드 통계가 적합한 모델입니다. 4.로컬 노이즈 플로어 — 뒷마당에서 잡음이 심하면 (전력선 윙윙 거림, 케이블 TV 누수, 판잣집의 전원 공급 장치 스위칭) 수신기 소음 유효 노이즈 온도가 10—20dB 상승할 수 있습니다.

48dB의 링크 버젯 마진은 이 모든 것을 편안하게 흡수합니다.

3단계: 더 작은 그라운드 스테이션을 사용해 보세요

이제 휴대용 스테이션을 운영하고 있다고 상상해 보십시오. 휴대용 스테이션은 약 3dB NF의 SDR 동글에 약 8dBi 게인을 지원하는 휴대용 Arrow 안테나를 사용한다고 가정해 보겠습니다.이는 G/T보다 훨씬 더 나쁜 수치입니다. 아마도 -22dB/k 정도일 것입니다.

G/T를 −22dB/k로 변경하고 기본 30° 고도로 다시 실행하십시오.

• C/N는 10dB 감소하여 96.3dBHz로 떨어집니다.
• 마진 = 96.3 − 44.8 = 51.5dB.

여전히 훌륭합니다.핸드헬드 애로우를 사용하면 일반적인 LEO 오버헤드에서 500mW 큐브샛 (9600 보드) 을 50dB의 여분으로 복사할 수 있습니다.휴대용 SatnoGS 키트가 초기 단계 임무에 적합한 지상 스테이션 옵션인 이유가 바로 여기에 있습니다.

4단계: 데이터 속도 확장

페이로드에서 9600bps의 텔레메트리 대신 115kbps의 속도로 이미지를 다운링크하려면 어떻게 해야 할까요?데이터 전송률을 115,000bps로 변경하세요.

• 필수 C/N= 5 + 10·log( 115,000) = 5 + 50.6 = 55.6 dBHz
• 마진 (기본 프리셋 기준) = 106.3 − 55.6 = 50.7dB

여전히 충분합니다.1Mbps까지 올라가도 30° 고도에서 링크를 닫을 수 있습니다.이 시점에서는 링크 버짓이 아닌 아마추어 서비스의 스펙트럼 할당 (25kHz 채널 폭) 과 규제 대역폭 제한의 제한을 받게 됩니다.

5단계: 설계 검토에 몬테카를로 사용

CubeSat 미션 인증 (IARU 또는 FCC) 을 제출하거나 설계 검토에서 발표하기 전에 몬테카를로를 실행하십시오.이 도구는 다음과 같은 문제를 야기합니다.

• EIRP ±0.3dB — 위성 전력 변동, 일치하는 네트워크 손실, 안테나 패턴 null을 고려합니다.
• G/T ±0.3dB — LNA 드리프트, 피드라인 손실 변동을 고려합니다.
• 포인팅 손실 지수, 평균 0.2dB — 회전자 추적 오류와 우주선 자세 지터가 원인입니다.
• 강우 속도 로그 정상 σ=0.5 — UHF에서는 관련이 없지만 아프지는 않습니다.
• 신틸레이션 σ=0.4dB 정상.

출력값은 p5/p50/p95 마진 분포입니다.UHF 아마추어 작업의 경우 60dB 헤드룸에 비해 불확실성이 작기 때문에 p5 ≈ p50 ≈ p95가 서로 약 2dB 이내로 표시됩니다.이는 좋은 온전성 검사입니다. 즉, 링크가 견고하다는 뜻입니다.

시나리오 저장

위의 변형을 살펴본 후, 시나리오 URL 복사를 클릭하고 링크를 임무 문서에 붙여넣으세요.리뷰어는 링크를 클릭하여 정확히 동일한 입력 내용을 볼 수 있습니다.CSV 내보내기를 클릭하여 AMSAT/IARU 형식 스프레드시트를 덤프하여 미션 설계 검토 패킷에 붙여넣을 수 있습니다.

큐브샛 팀을 위한 시사점

1.UHF 아마추어 링크에는 큰 마진이 있습니다. 과도하게 엔지니어링하지 마십시오. 500mW 및 옴니 안테나가 작동합니다. 2.구속력 있는 제약은 링크 버짓이 아닙니다. 도플러, 우주선 추락, 지상 다중 경로 및 로컬 노이즈입니다. 3.휴대용 핸드헬드로 위성을 복사할 수 있습니다. 주 지상국이 고장났다면 좋은 소식입니다. 4.가능하면 데이터 속도를 확장하십시오. 테이블의 대역폭은 9600보드로 남게 됩니다. 5.디자인 리뷰를 위해 몬테카를로를 실행하십시오. 배포가 빡빡하더라도 리뷰어들은 그것을 보고 싶어합니다.

디자인 리뷰 챕터를 작성하는 미션 플래너의 경우 시나리오 URL + CSV 내보내기 + 이 블로그 게시물을 링크 버짓 아티팩트로 사용하세요.STK Cloud는 완전히 건너뛰세요.

위성 링크 버짓 분석기 열기 →