Elementi di sistemi satellitari
Antenne nei satelliti per le telecomunicazioni.
Un’antenna è un trasformatore di spazi, quindi è un oggetto che trasforma lo spazio dell’oggetto che emette onde elettromagnetiche
che viene manipolato da oggetti messi nelle sue vicinanze. Si ha una sorgente semplice, tipo un dipolo, e ciò che gli stà intorno,
come il riflettore, e qualunque oggetto messo nelle vicinanze serve a modificare lo spazio, e la distribuzione dell’energia nello spazio rispetto
a quella che viene creata dalla sorgente. Quindi, in generale, una sorgente crea una distribuzione semplice di energia e questa viene modificata
da un oggetto circostante. Nella struttura, la superficie metallica non fa altro che modificare l’energia che viene dallo spazio,
prima che venga modificato dalla presenza della superficie, quindi poi si crea una modifica dovuta all’interazione fra l’energia originale e
la presenza dell’oggetto. Si noti che la distribuzione viene interessata nella modifica, ma la quantità di energia rimane la stessa.
Nello spazio libero vi è l’attenuazione dovuta allo spazio naturale, ma l’energia non si perde, infatti, se si riuscisse a concentrarla,
si avrebbe tutta l’energia iniziale: la perdita è dovuta non al fatto che vi siano problemi legati alla trasmissione, ma solo alla distanza e
allo spazio libero.
Caratteristiche e Tipi di Antenne
Altri tipi di antenne, ad esempio, sono quelle montate sui satelliti meteosat: in questo caso si usano dei metodi per commutare i fasci,
tramite sistemi di antenne, e questa commutazione si ha tramite matrici. Quindi, per far funzionare bene un’antenna, oltre alla parte del progetto
che interessa lo specchio, uno o più specchi, vi è tutta la formazione del fascio, quindi un’area a microonde abbastanza complessa.
Quindi un progettista di antenne deve conoscere bene la parte condotta, cioè, l’onda, le guide d’onda, fino poi a portare l’energia nell’elemento
radiante e poi da quel momento in poi si studia il fascio. L’array di antenne serve per far muovere il fascio generato dalle antenne stesse,
indipendentemente dal movimento del satellite. L’antenna a singolo riflettore offset è una delle prime configurazioni che si usano nei satelliti:
questo tipo si usa per tre motivi principalmente:
1) Questa configurazione del feed, si vede, che è in posizione defilata rispetto all’energia di uscita, perché i raggi vengono paralleli
nella seconda fase, e non vi è bloccaggio del feed perché l’elemento radiante non si trova davanti alla bocca, e ciò può comportare un guadagno
più alto.
2) Non essendoci nulla davanti, i lobi laterali potrebbero avere una migliore disposizione in quanto, il feed non è bloccato da qualche
oggetto davanti e quindi i lobi laterali possono porsi seguendo la propagazione naturale, e quindi l’energia che si può incontrare
nello spazio dovuta ad altri oggetti può contribuire da disturbo.
3) Questa configurazione, inoltre, permette di chiudere le antenne sul corpo del satellite tramite un semplice movimento di rotazione,
e quindi ciò è utile per cui il satellite possa essere inserito facilmente nel lanciatore. Un’antenna leggermente complicata presenta due riflettori,
invece di uno solo, come quella precedente.
In questo modo si hanno più gradi di libertà, ma l’antenna cosi fatta è più complicata:
in un primo momento nel primo riflettore viene manipolata l’energia, per poi essa viene rimodellata sull’altro riflettore.
Questo tipo di antenne a due riflettori si dividono in due tipi:
-Cassegrain
-Gregoriana
La differenza fra i due tipi è la seguente: la Cassegrain ha il fuoco in una parte immaginaria, al di la dello specchio, cioè,
esso è un fuoco virtuale, cioè, esso serve per far si che un osservatore messo lì, vedesse l’energia come se essa provenisse dal fuoco.
Invece la configurazione di tipo Gregoriana ha un fuoco reale, cioè, ha due fuochi, tutti e due reali. Quindi l’energia viene concentrata tutta
nel fuoco per poi essere spedita sul riflettore.
L’inconveniente della configurazione offset è che si ha una cross-polarizzazione. Se però
il feed sarebbe molto lontano, allora il fenomeno sarebbe attenuato. Ma nei satelliti non è possibile allontanare il feed, ma lo si può fare
in modo virtuale, cioè, allontanare la focale per cui la cross-correlazione sia nulla. L’antenna toroidale, non ha un punto focale, ma
una linea focale, quindi, quando si tratta di stazioni di terra che deve comunicare con satelliti distanti fra loro, allora essa è una soluzione,
che permette il link fra satelliti lontani fra loro. Gli elementi vengono posto in una griglia esagonale, in quanto a parità di volume,
si ha il massimo numero di feed: in questo caso si ha il rapporto migliore fra quantità e volume, e si ha meno perdita quando si vuole coprire
una certa area con un certo numero di elementi radianti. La copertura multi-feed serve perché si riesce ad avere grossi guadagni,
in quanto ad alte frequenze, vi sono attenuazioni dovute alla pioggia. In questo caso, quindi se volessimo coprire con un solo feed
una grossa regione, avremmo piccoli guadagni: quindi se si vogliono alti guadagni, il fascio deve essere stretto. Il rapporto che conta è il d/λ,
cioè, il diametro su lunghezza d’onda: tanto questo rapporto è grande, allora si ha un alto guadagno. Quindi, rispetto ad un’antenna
a copertura globale, un’antenna a spot, ha la possibilità di aumentare il guadagno dell’antenna stessa, e quindi si ha più segnale a terra.
Per ottenere specifiche diverse, cioè, dare il servizio a determinate zone, vi sono delle tecniche, una delle quali utilizza una rete formatrice
di fascio, che compongono una matrice costituita da ibride. Un’ibrida è un dispositivo che non ha perdite, cioè, quelle che ha come perdite sono
di tipo non concettuale, in quanto impongono determinate condizioni al segnale di uscita. Questo tipo di rete si chiama rete loss-less, cioè,
senza perdite; mentre vi sono anche delle reti con perdite che si chiamano lossy. Questo tipo di rete loss-less, montate insieme, permettono
di avere una fase e una ampiezza mirate, cioè, non di tipo qualsiasi. Se si riuscisse a fare un qualunque fascio di antenne partendo da una rete,
si potrebbe ottenere un guadagno più alto rispetto a quello in ingresso, ciò, però, è un assurdo, e ciò si dimostra tramite un semplice rapporto
di potenze in gioco. Quindi in pratica questo ci fa capire che non possiamo scegliere le distribuzioni come vogliamo, ma ne esistono opportune,
in quanto se non fosse così si andrebbe contro il principio di conservazione. Cioè, le distribuzioni sono vincolate fra di loro dal concetto
di ortogonalità: si avranno due fasci splittati, al massimo si accoppieranno solo quando il massimo di un fascio corrisponde allo zero dell’altro.
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