Из чего состоит наземная станция?

Комплектация наземных станций приёма (НСП) зависит от поставленных задач, а также внешних условий. В нашей статье на примере станции Геоскана, подключённой к СОНИКС, вы узнаете об основных компонентах станции и их назначении, а также сможете проверить свои знания.

Основные составляющие НСП:

• Антенна квадрифилярная, всенаправленная
• Малошумящий усилитель 
• Кабельная сборка
• SDR-радиоприемник  
• Одноплатный компьютер Raspberry Pi 
• Адаптер питания для Raspberry Pi
• Карта памяти 

Антенны

Для передачи и приёма сигналов в различных диапазонах существуют различные антенны. Одна из классификаций: направленные и всенаправленные.

•    Всенаправленные – способные принимать/передавать радиоволны во всех направлениях более или менее одинаково. К ним относятся турникетные, квадрифилярные, патч-антенны и т.д.

•    Направленные – как намекает название, это те антенны, которые могут передавать/принимать радиоволны преимущественно в определённом направлении. Наиболее популярны направленная антенна «волновой канал» (Яги), рамочная антенна и петлевая антенна.

Хотя направленные антенны зачастую более эффективны, у них есть один большой недостаток – они работают только в определённом направлении. Это часто означает, что для слежением за пролётом спутника, вам нужно либо самостоятельно рукой во время приёма направлять антенну, либо установить её на поворотное устройство. Только в этом случае сигнал будет достаточно хорошим. С всенаправленными процесс значительно упрощается. Вы просто ставите антенну где-нибудь на высоте, в зоне без высоких зданий и других помех, и она работает.

Геометрические размеры антенны зависят от длины волны и для каждого типа антенны рассчитываются по своим формулам.

Квадрифилярная антенна

Quadrifilar Helical Antenna (QHA), или квадрифилярная спиральная антенна, была разработана в середине 20 века и применяется во многих областях радиотехники и связи. Она представляет собой тип антенны, состоящей из четырёх спиралей, вытянутых параллельно и расположенных по кругу. Благодаря своей конструкции, QHA обеспечивает улучшенные характеристики направленности и круговую поляризацию сигнала, что делает её эффективной для работы в условиях изменяющейся окружающей среды и помех.

Данная антенна сделана из медных проводников, поэтому для предотвращения коррозии при использовании накрывается защитным радиопрозрачным колпаком, приклеенным герметиком.

Малошумящий усилитель LNA

Малошумящий усилитель, МШУ (LNA — low noise amplifier) — электронное устройство, которое усиливает сигнал для увеличения отношения сигнал/шум, то есть усиления сигнала без значительного увеличения шума.

Малошумящим данный усилитель назван потому, что он выполняется с основным требованием – вносить как можно меньше помех в усиливаемый сигнал. Это достигается за счет использования высококачественных и дорогостоящих материалов, а также сложных схем шумоподавления.

МШУ рекомендуется устанавливать сразу после антенны. Для соединения с разъёмом на антенне требуется переходник.

SDR-приёмник

SDR приёмник – это маленькое устройство, подключаемое в USB порт компьютера, ноутбука или планшета. По внешнему виду напоминает флешку. 

SDR (англ. Software-defined radio, программно определяемая радиосистема) – радиопередатчик и/или радиоприёмник, с помощью которого можно устанавливать или изменять рабочие радиочастотные параметры. Например, диапазон частот, тип модуляции или выходную мощность. Это делают через специальную программу.

Как это происходит?

Сигнал попадает на приёмник и проходит через фильтр, чтобы собрать только волны заданного диапазона (диапазон можно задать самостоятельно с компьютера, на станциях Геоскана уже установлен). После этого частота сигнала понижается для последующей обработки. Далее сигнал идёт на Аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) – устройство, преобразующее входной аналоговый сигнал в цифровой сигнал (в цифровой двоичный код). В таком виде данные передаются в ПК по USB шине для дальнейшей обработки. 

Raspberry Pi

Raspberry Pi – это одноплатный компьютер, где все компоненты, обычно находящиеся на разных платах, собраны на одной. А ещё он отличается своими небольшими габаритами: 58х85 мм. Но это абсолютно не означает, что при этих габаритах он не может «поспорить» со своими десктопными конкурентами (в том числе и со многими ноутбуками).

Концепция компьютеров Raspberry была придумана Дэвидом Брэбеном в 2012 году с целью популяризации электротехники и программирования с помощью доступных и компактных ПК. Эти компьютеры должны быть легкими в использовании, с возможностью расширения функционала для различных задач и при этом оставаться доступными по цене.

К настоящему времени микрокомпьютеры Raspberry претерпели множество трансформаций, используют более производительные компоненты, но базовые идеи о популярности и стоимости остаются без изменений, как и стандартные интерфейсы для подключения дополнительного оборудования. Кстати, такой компьютер часто используется и на кубсатах.

Также для работы компьютера нужны питание и карта памяти, так как встроенной постоянной памяти у него нет.

Соединяет компоненты кабель. Он должен передавать радиосигнал с наименьшими потерями, при этом иметь близкие к предельно достижимым показания электрической прочности и передаваемой мощности. Таким характеристикам соответствует коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 50 Ом.

Проверь себя!

Впишите наименования элементов на схеме. Ответ можно найти здесь.

Вопрос:
Что нужно изменить у данной станции, чтобы она работала на другой диапазон?

Вопрос для дополнительного изучения:
Что можно изменить в составе станции, чтобы уменьшить количество помех? 

Ответы здесь.