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Kommunikation im Q- und W-Band
Redaktion
/ Pressemitteilung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt
astronews.com
6. September 2021
Der im Juni gestartete Nanosatellit W-Cube sendet
aus seiner Umlaufbahn in 500 Kilometer Höhe erfolgreich Testsignale im Q- und
W-Band zur Erde. Dabei sammelt er wichtige Daten für die Erschließung neuer
Frequenzbereiche für zukünftige Satellitenkommunikationssysteme. Der
Kapazitätsbedarf steigt nämlich immer weiter an.
Der Nanosatellit W-Cube sendet in 500
Kilometer Höhe Testsignale im Q- und W-Band (37,5
und 75 GHz), um neue Frequenzen für zukünftige
Datenübertragungen zu erschließen.
Foto: Fraunhofer IAF [Großansicht] |
Der Kapazitätsbedarf zur Datenübertragung steigt zunehmend an. Weltweit wird
an neuen Datenhighways für den digitalen Konsum geforscht, denn die gängigen
Frequenzen sind schon heute knapp. Um in Zukunft neue, leistungsstarke
Satelliten ans Internet anzubinden, arbeiten mehrere europäische Partner im
Projekt "ARTES – Advanced Technology CubeSat-based W-band channel measurements"
zusammen, um bislang ungenutzte Frequenzen im Q und W Band (37,5 und 75 GHz) zu
testen. Bei dem Projekt handelt es sich um die weltweit erste
Low-Earth-Orbit-Mission in diesem Frequenzbereich.
Bevor der Satellit seine Reise antreten konnte, musste in der ersten Hälfte
des Projekts die Hardware entwickelt und aufgebaut werden. Dabei sind die
Sendermodule und extrem rauscharmen Empfängermodule Kernkomponenten, die vom
Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF entwickelt wurden. Mit
dem Start des Nanosatelliten beginnt nun eine zweijährige Messkampagne, bei der
Testsignale routinemäßig am Boden empfangen und verarbeitet werden.
Um in Zukunft neue Frequenzbänder für die Satellitenkommunikation nutzen zu
können, bedarf es Messkampagnen, welche die spezifischen atmosphärischen
Kanalausbreitungen charakterisieren. "Nicht jeder Frequenzbereich eignet sich
für alle Übertragungen. Deswegen ist es wichtig, dass wir uns die Auswirkungen
des Wetters auf die Frequenzen genau anschauen", erläutert der
Projektkoordinator Dipl.-Ing. Michael Schmidt von Joanneum Research.
Auf seiner Testmission umkreist der Nanosatellit "W-Cube" die Erde im
erdnahen Orbit. Damit unterscheidet er sich zwar von zukünftigen operationellen
Satelliten, die das W-Band in einer geostationären Umlaufbahn nutzen werden,
jedoch erlaubt die Nähe zur Erde bei der Messung entscheidende Zeitvorteile und
der Einfluss durch Wetterlagen ändert sich kaum. Basierend auf den Messdaten
wird ein statistisches Modell, das die Planung und Dimensionierung zukünftiger
Satellitenstrecken in diesem Frequenzbereich ermöglichen soll, entwickelt.
Für präzise und aufschlussreiche Messungen der Kanalausbreitung zwischen
Orbit und Erde wird hochempfindliche und extrem rauscharme Elektronik benötigt.
Das Fraunhofer IAF besitzt umfangreiche Expertise in diesem Forschungsbereich
und hat im Zuge des Projekts sowohl für den Satelliten selbst als auch für die
Bodenstation Hochfrequenz-Frontends entwickelt. Die HF-Komponenten bestehen aus
Frequenzvervielfachern sowie Treiber- und Leistungsverstärker für die beiden
Frequenzbänder Q- und W-Band.
"Neben der Empfindlichkeit des Empfängers bestand eine der größten
Herausforderungen in Bezug auf die HF-Hardware darin, ein Sendemodul mit
ausreichender Ausgangsleistung bis zum W-Band zu entwickeln, um ein optimales
Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) auch unter nicht idealen atmosphärischen
Bedingungen zu gewährleisten", erklärt Dr.-Ing. Markus Rösch, Projektleiter
seitens des Fraunhofer IAF. Dem Team um Rösch ist es gelungen, durch den Einsatz
der institutseigenen Technologie Sendermodule mit der nötigen Leistung zu
entwerfen. Diese wurden in Split-Block-Gehäusen aufgebaut, ebenso wie die
Frequenzvervielfacher.
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