Journal of Space Science and Technology

Journal of Space Science and Technology

Payload Conceptual Design with Propagation Channel Study Mission for BIU CubeSat in Geostationary Orbit

Document Type : Original Research Paper

Authors
1 Instructor, Satellite Research Institute, Iranian Space Research Center, Tehran, Iran
2 Assistant Professor, Satellite Research Institute, Iranian Space Research Center, Tehran, Iran
3 M.Sc., Satellite Research Institute, Iranian Space Research Center, Tehran, Iran
Abstract
The rapid advancement of space technologies, alongside the growth of the communications industry, has intensified competition within the telecommunications sector—particularly in securing orbital points and associated frequency allocations. Given the strategic importance of geostationary orbit in global communications, national security, and economic development, preserving orbital positions for potential future use has become a critical priority for many nations. According to the regulations of the International Telecommunication Union (ITU), frequency allocation in geostationary orbit is granted only if a space station capable of transmitting and receiving at the designated frequency, occupies the declared orbital location for a continuous period of 90 days. Consequently, the development and deployment of small satellites equipped with telecommunications payloads have garnered significant interest due to their reduced design and manufacturing timelines. As emerging satellite communication services increasingly demand high-speed broadband channels, congestion in lower frequency bands (below Ku) has driven the shift toward higher bands such as Ku and Ka. However, these bands are more susceptible to atmospheric disturbances. While numerous models have been proposed to characterize these effects, their validation requires robust, real-world measurements over satellite propagation channels. This study presents the conceptual design of a telecommunications payload suitable for integration into a CubeSat platform. The payload is intended to evaluate propagation parameters in the Ku and Ka frequency bands to support the preservation of an orbital point in the geostationary orbit.
Keywords
Subjects

Article Title Persian

طراحی مفهومی محموله پایش پارامترهای کانال انتشاری برای ماهواره مکعبی با هدف حفظ نقطه مداری در مدار زمین ثابت

Authors Persian

راضیه نریمانی 1
بهزاد احمدی 2
الهام حسینی 2
لیلا فرهودی 3
1 مربی، پژوهشکده سامانه‌های ماهواره، پژوهشگاه فضایی ایران، تهران، ایران
2 استادیار، پژوهشکده سامانه‌های ماهواره، پژوهشگاه فضایی ایران، تهران، ایران
3 کارشناس، پژوهشکده سامانه‌های ماهواره، پژوهشگاه فضایی ایران، تهران، ایران
Abstract Persian

همگام با پیشرفت‌های صنعت ارتباطات، گسترش فناوری‌های فضایی یک محیط رقابتی در صنعت مخابرات از حیث دستیابی به نقاط مداری و فرکانس‌های مربوط به آن، تشکیل داده است. با توجه به نقش مدارِ زمین ثابت در ارتباطات جهانی، امنیت ملی و توسعه اقتصادی کشورها، حفظ یک نقطه مداری در این مدار به جهت استفاده احتمالی در آینده یک دغدغه جدی برای همه‌ی کشورها به شمار می‌رود. بر اساس قوانین اتحادیه بین‌المللی مخابرات، تخصیص فرکانس در مدار زمین ثابت در صورتی امکان‌پذیر است که یک ایستگاه فضایی با قابلیت ارسال و دریافت در فرکانس مورد نظر به مدت نود روز متوالی در موقعیت مداری اعلام شده قرار گیرد. از این رو ساخت و قرارگیری یک ماهواره کوچک‌ به همراه یک محموله مخابراتی با توجه به کوتاهتر بودن زمان طراحی و ساخت آن مورد توجه بسیاری از کشورها قرار گرفته است. نیاز سرویس‌های ارتباط ماهواره‌ای جدید به کانال‌های پرسرعت پهن‌باند و شلوغ شدن باندهای فرکانسی پایین‌تر ازKu، تقاضای استفاده از باندهای بالاتر را افزایش داده است ولی ازدیاد اثرات جوی با بالارفتن فرکانس، چالش جدی پیش‌روی طراحان در استفاده از این فرکانس‌ها به شمار می‌رود. مدل‌های بسیاری جهت شبیه‌سازی این اثرات ارائه شده است ولی پذیرش آن‌ها مستلزم وجود اندازه‌گیری‌های مطمئن و کافی در شرایط واقعی و روی کانال‌های انتشار ماهواره‌ای است. در این مقاله به طراحی مفهومی یک محموله مخابراتی مناسب برای قرار گیری بر روی یک ماهواره مکعبی با هدف ارزیابی پارامترهای انتشاری در باند فرکانسی Ku و Ka و حفظ نقطه مداری در مدار زمین ثابت پرداخته شده است.

Keywords Persian

محموله تحقیقاتی
پارامترهای انتشاری
ماهواره مکعبی
باند ka
باند Ku
حفظ نقطه مداری
[1] X. Wang, "ITU regulatory procedures for small satellites," International Telecommunication Union (ITU), KiboCUBE (UNOOSA), 2023.
[2] A. Matas, Y. Henri, and Ch. Chern Loo, "The ITU radio regulations - challenges for small satellites," in Small Satellites: Regulatory Challenges and Chances, vol. 11, I. Marboe, Ed. Brill Nijhoff, 2016, pp. 237-264, https://doi.org/10.1163/9789004312234_014.
[3] "Notification and recording of frequency assignments," in Radio Regulations, Ed. 2020, vol. 1, Article 11, International Telecommunication Union, 2020, pp. 211-224.
[4] Y. Maekawa, "A study on long-term rain attenuation characteristics in Ka and Ku band satellite communications links," IEICE Transactions on Communications, vol. E108-b, no. 10, pp. 1202-1216, 2025, https://doi.org/10.23919/transcom.2024EBP3192.
[5] Y. Wang, R. Li, J. Ma, Y. Song, L. Liu, and X. Wang, "Effect of rain attenuation on the availability of leo satellite communication system," in 5th International Conference on Electronics and Communication, Network and Computer Technology (ECNCT), Guangzhou, China, 2023, pp. 11-17, https://doi.org/10.1109/ECNCT59757.2023.10281194.
[6] J. X. Yeo, Y. H. Lee, and J. T. Ong, "Rain attenuation prediction model for satellite communications in tropical regions," IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 62, no. 11, pp. 5775-5781, 2014, https://doi.org/10.1109/TAP.2014.2356208.
[7] J. X. Yeo, Y. H. Lee, and J. T. Ong, "Ka-band satellite beacon attenuation and rain rate measurements in Singapore - comparison with ITU-R models," in IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium, North Charleston, SC, USA, 2009, https://doi.org/10.1109/APS.2009.5172073.
[8] J. S. Ojo, M. O. Ajewole, and S. K. Sarkar, "Rain rate and rain attenuation prediction for satellite communication in Ku and Ka bands over Nigeria," Electromagnetics Research B., vol. 5, pp. 207-223, 2008, https://doi.org/10.2528/PIERB08021201.
[9] K. C. Igwe, O. D. Oyedum, M. O. Ajewole, and A. M. Aibinu, "Evaluation of some rain attenuation prediction models for satellite communication at Ku and Ka bands," Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, vol. 188, pp. 52-61, 2019, https://doi.org/10.1016/j.jastp.2019.03.005.
[10] W. L. Stutzman and W. K. Dishman, "Correction to a simple model for the estimation of rain-induced attenuation along earth-space paths at millimeter wavelengths," Radio Science, vol. 17, no. 6, pp. 1465-1476, 1982, https://doi.org/10.1029/RS017i006p01465.
[11] J. A. Garcia-Lopez, J. M. Hernando, and J. Selga, "Simple rain attenuation method for satellite radio links," IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 36, no. 3, pp. 444–448, 1988, https://doi.org/10.1109/8.192129.
[12] G. H. Bryant, I. Adimula, C. Riva, and G. Brussard, "Rain attenuation statistics from rain column, diameters and heights," International Journal of Satellite Communications, vol. 19, no. 3, pp. 263–283, 1999, https://doi.org/10.1002/sat.673.
[13] Propagation Data and Prediction Methods Required for the Design of Earth–Space Telecommunication Systems, Recommendation P.618-9 (08/07), International Telecommunication Union (ITU), 2007.
[14] R. Bahri, M. Keshavarzi, H. Yarmohammadi, and G. Moradi, "Typical Ka band satellite beacon receiver design for propagation experimentation," in 7'th International Symposium on Telecommunications (IST'2014), Tehran, Iran, 2014, pp. 145-149, https://doi.org/10.1109/ISTEL.2014.7000686.
[15] M. Rytir, "Results from simultaneous Ka- and X-band long-term satellite propagation measurements at low elevation angle in the arctic," in 19th European Conference on Antennas and Propagation (EuCAP), Stockholm, Sweden, 2025, pp. 1-5, https://doi.org/10.23919/EuCAP63536.2025.10999369.
[16] T. V. Omotosho, J. S. Mandeep, and M. Abdullah, "Atmospheric gas impact on fixed satellite communication link a study of its effects at Ku, Ka and V bands in Nigeria," in IEEE International Conference on Space Science and Communication (IconSpace), Penang, Malaysia, 2011, pp. 69-72, https://doi.org/10.1109/IConSpace.2011.6015854.
[17] H. J. Hansen, A. S. Kulessa, W. Marwood, M. Forrest, D. Borg, and O. Reinhold, "Multipath and anomalous propagation studies of Ka band emissions using a distributed transmit-receive radio link network experiment," in Asia-Pacific Microwave Conference, Melbourne, VIC, Australia, 2011, pp. 749-752.
[18] I. Dahman, P. Arbogast, N. Jeannin, and B. Benammar, "Rain attenuation prediction model for satellite communications based on the Météo-France ensemble prediction system PEARP," NHESS Articles, vol 18, no. 12, pp. 3327–3341, 2018, https://doi.org/10.5194/nhess-18-3327-2018.
Volume 18, Issue 3
2025
Pages 17-27

  • Receive Date 16 July 2025
  • Revise Date 01 October 2025
  • Accept Date 01 October 2025
  • First Publish Date 07 October 2025