Προσαρμοστικές στοιχειοκεραίες για κινητές δορυφορικές επικοινωνίες

Abstract

Η διαρκώς αυξανόμενη εμπορική απαίτηση για κινητές δορυφορικές επικοινωνίες (Mobile Satellite Service, MSS) με διασφαλισμένη και υψηλή ποιότητα υπηρεσίας(Οο5), υψηλούς ρυθμούς μετάδοσης με χαμηλό ρυθμό σφαλμάτων (BER) και ικανότητα υψηλής κινητικότητας των χρηστών, διαθέτοντας σύγχρονες συσκευές μικρών διαστάσεων (handheld), επιφέρει την μελέτη τόσο των χαρακτηριστικών αυτών που διέπουν την δορυφορική ζεύξη όσο και την παρουσίαση νέων προτάσεων στον χώρο ανάπτυξης συστημάτων κεραιών που ικανοποιούν τις παραπάνω απαιτήσεις. Αντικείμενο της παρούσας μεταπτυχιακής διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη σύγχρονων μοντέλων πολλαπλών εισόδων-πολλαπλών εξόδων (ΜΙΜΟ) κινητών δορυφορικών διαύλων με στόχο την εφαρμογή σε αυτά μιας νέας προσαρμοστικής στοιχειοκεραίας ESPAR. Αρχικά επιχειρείται μια σύντομη περιγραφή των κινητών δορυφορικών συστημάτων (Mobile Satellite Service), της αρχιτεκτονικής δομής και των συνθετικών μερών τους, των διαθέσιμων συχνοτήτων, των σύγχρονων προτύπων (DVB-SH) αλλά κυρίως των γεωμετρικών τροχιακών χαρακτηριστικών που επηρεάζουν την εξέλιξη επιτυχίας μιας ζεύξης. Στο επόμενο κεφάλαιο, αναλύονται τα χαρακτηριστικά ενός δορυφορικού διαύλου, παρουσιάζονται οι μηχανισμοί διάδοσης ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας μέσω των ανομοιογενών στρωμάτων της ατμόσφαιρας αλλά και του διαρκώς εναλλασσόμενου γήινου χώρου λόγω κινητικότητας και αναλύονται τα αποτελέσματα των μηχανισμών αυτών στα χαρακτηριστικά ισχύος του ραδιοηλεκτρικού σήματος πληροφορίας. Στο 3° κεφάλαιο, περιγράφονται οι διάφορες κατηγορίες διαλείψεων ενώ βάσει αυτών παρουσιάζεται η ανάγκη στατιστικής περιγραφής του κινητού δορυφορικού καναλιού. Επιπλέον μελετώνται τα βασικά στοχαστικά μοντέλα διαλείψεων ασύρματων επικοινωνιών για πολυδιαδρομική διάδοση ακτινοβολίας και φαινομένων σκίασης αλλά κυρίως παρουσιάζονται δυο σύγχρονα μοντέλα διάδοσης πολλαπλών καταστάσεων. Κατόπιν, στο 4° κεφάλαιο περιγράφονται συντόμως οι διάφορες τεχνικές επίτευξης κέρδους διαφορισμού στις δορυφορικές επικοινωνίες για την επιθυμητή δημιουργία ΜΙΜΟ διαύλων μετάδοσης πληροφορίας ενώ στη συνέχεια μελετάται ενδελεχώς ο SIMO κινητός δορυφορικός δίαυλος μέσω διαφορισμού κεραίας στον χρήστη και παρουσιάζονται τα μεγέθη που τον χαρακτηρίζουν. Στο 5° κεφάλαιο, αφού παρουσιάζεται η αναγκαία θεωρία κεραιών, τα μεγέθη και τα φαινόμενα εκείνα που σχετίζονται με την παρούσα μελέτη(mutual coupling), τότε αναλύεται εκτενώς η θεωρία παρασιτικών στοιχειοκεραιών και ιδίως η 5-ESPAR. Τέλος, στο 6° κεφάλαιο υλοποιείται μέσω του λογισμικού MATLAB η εφαρμογή της κεραίας ESPAR και ο δυναμικός έλεγχος του διαγράμματος ακτινοβολίας της σε μια LEO δορυφορική τροχιά. Παρουσιάζεται ο αλγόριθμος επιλογής των κατάλληλων παραμέτρων με τον οποίο επιτυγχάνεται η επιτυχής στροφή του διαγράμματος της κεραίας στην κατεύθυνση του κινούμενου δορυφόρου.