علوم و فناوری فضایی

علوم و فناوری فضایی

طراحی دیپلکسر باند S برای زیرسیستم تله‌متری و تله‌کامند ماهواره‌های LEO

نوع مقاله : مقالة‌ پژوهشی‌

نویسندگان
1 استادیار، پژوهشکده سامانه‌های ماهواره پژوهشگاه فضایی ایران، تهران، ایران
2 مربی، پژوهشکده سامانه‌های ماهواره پژوهشگاه فضایی ایران، تهران، ایران
چکیده
در این مقاله ضمن بررسی الزامات موجود در زیرسیستم تله‌متری و تله‌کامند یک ماهواره در مدار LEO، مشخصات مورد نیاز دیپلکسر جهت استفاده در این زیرسیستم در باند فرکانسی S استخراج شده و تاثیر نشت سیگنال فرستنده و کف نویز فرستنده بر روی مشخصات دیپلکسر، مورد مطالعه قرار گرفته است. دیپلکسر دارای دو فیلتر میان‌گذر با فرکانس‌های گذر متفاوت است که در سیستم‌های مخابراتی دوطرفه هم‌زمان، ارسال و دریافت را از طریق یک آنتن امکان‌پذیر می‌کند. به دلیل سختی تولید توان در ماهواره‌ها یکی از قیود اصلی طراحی مربوط به توان مصرفی هر زیرسیستم است و به همین دلیل تا حد امکان می‌بایست از اتلاف توان جلوگیری شود. از آن‌جا که در زیرسیستم تله‌متری و تله‌کامند وجود دیپلکسر هم در مسیر ارسال و هم در مسیر دریافت باعث تاثیر قابل توجه بر توان مصرفی فرستنده و حساسیت گیرنده می شود، الزام اولیه در طراحی این قطعه کمینه کردن تلف عبوری آن است که این مهم به معنای استفاده از تکنولوژی‌هایی با ضریب کیفیت بالا در طراحی فیلتر است. استفاده از موجبرهای توخالی با وجود در اختیار گذاشتن ضریب کیفیت بسیار بالا، در باند S به دلیل ابعاد و جرم بالا مرسوم نیست. فناوری‌های مبتنی بر زیرلایه های سرامیکی مانند مایکرواستریپ و استریپ‌لاین نیز به دلیل تلفات زیر لایه‌ها ضریب کیفیت مورد نیاز را برآورده نمی‌کند. با توجه به این مسائل، در این مقاله با استفاده از فناوری کابل‌های هم محور با سطح مقطع مربعی که هم ضریب کیفیت مناسب و هم ابعاد و جرم کمی دارند، طراحی دیپلکسر انجام شده است. دیپلکسر طراحی شده دارای تلف بازگشتی بهتر از 20 dB، تلف عبوری کمتر از 0.5 dB و ایزولاسیون بهتر از 50 dB است.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

 
[1] J. Uher, J. Bornemann, and U. Rosenberg, Waveguide Components for Antenna Feed Systems: Theory and CAD, Artech House, 1993.
[2] A. Morini and T. Rozzi, "Analysis of compact E-plane diplexers in rectangular waveguide," IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 43, no. 8, pp. 1834-1839, 1995, https://doi.org/10.1109/22.402268.
[3] R. J. Cameron, C. M. Kudisa, and R. R. Mansour, Microwave Filters for Communication Systems: Fundamentals, Design, and Applications, 2nd ed., Wiley, 2018.
[4] A. García Lampérez, S. Llorente Romano, M. Salazar Palma, and T. K. Sarkar, "Efficient electromagnetic optimization of microwave filters and multiplexers using rational models," IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 52, no. 2, pp. 508-521, 2004, https://doi.org/10.1109/TMTT.2003.822021.
[5] F. M. Vanin, D. Schmitt, and R. Levy, "Dimensional synthesis for wide-band waveguide filters and diplexers," IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 52, no. 11, pp. 2488-2495, 2004, https://doi.org/10.1109/TMTT.2004.837146. 
[6] U. Rosenberg, M. Knipp, and S. Amari, "Compact diplexer design using different E-plane triplets to serve contiguous passbands with high interband selectivity," in European Microwave Conference, Manchester, UK, 2006, pp. 133-136, https://doi.org/ 10.1109/EUMC.2006.281218.
[7] J. M. Rebollar, J. R. Montejo Garai, and A. Ohoro, "Asymmetric H-plane T-junction for broadband diplexer applications," in Antennas and Propagation Society International Symposium. Transmitting Waves of Progress to the Next Millennium. 2000 Digest. Held in conjunction with: USNC/URSI National Radio Science Meeting (C, Salt Lake City, UT, USA, 2000, pp. 2032-2035 vol.4, https://doi.org/10.1109/APS.2000.874892.
[8] J. Bornemann and M. Mokhtaari, "The bifurcated E-plane T-junction and its application to waveguide diplexer design," in German Microwave Conference-GEMIC, Karlsruhe, Germany, 2006.
[9] J. Dittloff and F. Arndt, "Computer-aided design of slit-coupled H-plane T-junction diplexers with E-plane metal-insert filters," IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 36, no. 12, pp. 1833-1840, 1988, https://doi.org/10.1109/22.17420.
[10] E. Ofli, R. Vahldieck, and S. Amari, "Novel E-plane filters and diplexers with elliptic response for millimeter-wave applications," IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 53, no. 3, pp. 843-851, 2005, https://doi.org/10.1109/TMTT.2004.842506.
[11] A. V. G. Subramanyam, D. Sivareddy, V. V. Srinivasan, and V. K. Hariharan, "Multipaction-free combline diplexer for deep space applications," in International Microwave and RF Conference (IMaRC), Bangalore, India, 2014, pp. 217-220, https://doi.org/10.1109/IMaRC.2014.7039011.
[12] M. Fallahzadeh, B. Ahmadi, and A. Kheirdoost, "A low-profile interdigital diplexer for LEO
satellites applications," in 31st International Conference on Electrical Engineering (ICEE), Tehran, Iran, 2023, pp. 32-35, 10.1109/ICEE59167.2023.10334910.
[13] K. Kobrin, V. Rudakov, V. Sledkov, L. Zimeng, and M. Manuilov, "A novel design of wideband diplexer for base station applications," in Radiation and Scattering of Electromagnetic Waves (RSEMW), Divnomorskoe, Russia, 2019, pp.148-151, https://doi.org/ 10.1109/RSEMW.2019.8792810.
[14] M. B. Manuilov and K. V. Kobrin, "Small-size waveguide diplexer based on E-plane quasi-planar filters," Radiophysics and Quantum Electronics, vol. 59, no. 4, pp. 301-309, 2016, https://doi.org/10.1007/s11141-016-9698-2. 
[15] K. Kobrin, V. Rudakov, and M. Manuilov, "Compact design of diplexer for base stations operating within frequency bands 2.3–2.4/2.49–2.69GHz," in 29th International Crimean Conference “Microwave & Telecommunication Technology” (CriMiCo’2019), (ITM Web of Conferences), vol. 30, 2019, Art. no. 06002, https://doi.org/10.1051/itmconf/20193006002.
[16] F. Teberio, I. Arregui, P. Soto, M. A. G. Laso, V. E. Boria and M. Guglielmi, "High-performance compact diplexer for Ku/K-band satellite applications," IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 65, no. 10, pp. 3866-3876, 2017, https://doi.org/10.1109/TMTT.2017.2691773.
[17] E. M. Eldesouki, Kh. M. Ibrahim, and A. M. Attiya, "Analysis and design of a diplexer for satellite communication system," Applied Computational Electromagnetics Society Journal (ACES), vol. 35, no. 10, pp. 1236-1241, 2020, https://doi.org/10.47037/2020.ACES.J.351018.
[18] G. Macchiarella and S. Tamiazzo, "Novel approach to the synthesis of microwave diplexers," IEEE Ransactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 54, no. 12, pp. 4281–4290, 2006, https://doi.org/10.1109/TMTT.2006.885909. 
[19] G. Macchiarella and S. Tamiazzo, "Synthesis of star-junction multiplexers," IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 58, no. 12, pp. 3732–3741, 2010, https://doi.org/10.1109/TMTT.2010.2086570. 
[20] P. Zhao and K. L. Wu, "An iterative and analytical approach to optimal synthesis of a multiplexer with a star-junction," IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 62, no. 12, pp. 3362–3369, 2014, https://doi.org/10.1109/TMTT.2014.2364222
 

  • تاریخ دریافت 12 اردیبهشت 1403
  • تاریخ بازنگری 01 مهر 1403
  • تاریخ پذیرش 04 مهر 1403
  • تاریخ اولین انتشار 22 مهر 1403