การทดลองเรื่อง การรับสัญญาณจากดาวเทียม(Satellite Communication)


วัตถุประสงค์ 
      1. เพื่อให้เข้าใจวิธีการและรู้จักอุปกรณ์ในการรับสัญญาณจากดาวเทียม
      2. เพื่อให้ทราบวิธีการคำนวณมุม look angle
      3. เพื่อฝึกการใช้งานและอ่านค่าจากเครื่องวิเคราะห์แถบความถี่

เครื่องมือและอุปกรณ์    
     1. จาน 120 cm. Parabolic และ จาน 90cm. offset parabolic(ไม่ได้ใช้ในการทดลอง)

รูป จาน 120 cm. Parabolic

     2. Ku band Feed & LNB
     3. RG 6 A/U Transmission Line
     4. Spectrum Analyzer

     5. Bias Tee network

     6. Inclinometer

     7. Magnetic Compass 

ทฤษฎีที่เกี่ยวข้อง

• Thaicom5 Ku Spot Beam

รูปที่ 1 : ฟุตพริ้นท์ของลำคลื่น KU จาก Thaicom5 บริเวณประเทศไทย

 

• การคำนวณมุมเงยและมุมกวาด

สถานีรับฯ ในการทดลองนี้ อยู่ที่ 13, 38, 58 N, 100, 29, 34 E และดาวเทียม GSO อยู่ที่ลองกิจูด 78.5 E เขียนตัวแปรจากข้อมูลที่กำหนดนี้โดยกำกับเครื่องหมายตามที่แสดงในรูปที่ 2

 

สถานีภาคพื้นดิน:

แปลงละติจูดเป็นแบบทศนิยม : LE= 13.6944 N = +13.6944

แปลงลองกิจูดเป็นแบบทศนิยม : IE = 100.49378 E = +100.49378

ความสูง              : H = 0 km.

 

 ดาวเทียม:

ละติจูด                : LS = 0 (i=0)

ลองติจูด             : IS = 78.5 E = +78.5

คำนวณระยะทาง d, มุมเงย และมุมในแนวราบที่ชี้ไปยังดาวเทียม

ขั้นตอนที่ 1 หาความแตกต่างของลองกิจูด, B

B = 1E-1S = (+100)-(+78)  = +21.5

 

ขั้นตอนที่ 2 หารัศมีของโลกที่สถานีฯ, R, ใช้ในการคำนวณระยะทาง

 

ขั้นตอนที่ 3 หาระยะทาง d

 

ขั้นตอนที่ 4 หามุมเงย

 

ขั้นตอนที่ 5 หาค่ามุม Ai

ขั้นตอนที่ 6 หาค่ามุมในแนวราบ , จากค่ามุม Ai, จากรูปและตารางข้างล่างนี้ที่แสดงความสัมพันธ์ของตำแหน่งดาวเทียม และสถานีฯ

 

 

วิธีการทดลอง      

      1. ต่ออุปกรณ์ตามรูป

     ความถี่ขาลงที่สามารถรับได้ จากดาวเทียม Thaicom5 มีค่าในช่วง 12.25 – 12.75 GHz ถูกแปลงค่าลดลงโดยการทำงานของ Ku band LNB ซึ่งมีออสซิเลเตอร์แบบ DRO ความถี่ 11.30000 GHz. เมื่อความถี่ขาเข้าผสมกับความถี่ออสซิเลเตอร์ เราจะได้ความถี่ผลต่างในช่วง 950-1450 MHz

     

      2. ตั้งค่าในเครื่องวิเคราะห์แถบความถี่ดังนี้: 

          - Center frequency                    1200 MHz. 

          - Span                                       500 MHz 

          - Reference level                       -60 dBm 

          - Vertical scale                           2 dB/div. 

          - Resolution bandwidth               1 MHz. 

          - Video filter                              10 KHz. 

    

      3. จ่ายแรงดันไบอัส LNB ที่18 V dc.จำกัดกระแสที่ 0.3 แอมป์ 

     4. ถ้าหากตั้งมุมเงยและมุมกวาดถูกต้องจะสามารถสังเกตุว่ามีสัญญาณคลื่นพาห์( C ) เข้าเครื่องวิเคราะห์แถบความถี่ ในช่วง 950 - 1450 MHz. โดยมีระดับสัญญาณสูงกว่าระดับ น้อยส์ ( N) ซึ่งสามารถปรับให้อัตราส่วน C/N สูงขึ้นอีกโดยการขยับมุมกวาด และมุม เงยเล็กน้อย 

     5. ปรับให้สามารถอ่านค่า C/N สูงสุด โดยการค่อยๆ หมุน LNB ให้การวางตัวของ LNB ตรงกับระนาบคลื่นที่เข้ามา 

     6. อ่านค่า ความถี่ตรงกึ่งกลางของแต่ละคลื่นพาห์ ซึ่งเท่ากับ ผลต่างระหว่าง ความถี่ส่งขาลงลบด้วย ความถี่ออสซิเลเตอร์ 11300 MHz และวาดรูปสเปคตรัมที่สังเกตได้ทั้งสองระนาบคลื่น

     7. ทดลองปรับระยะโฟกัสของจาน เมื่อทำการปรับ focal point จะเห็นว่า ระดับสัญญาณที่อ่านได้จาก spectrum analyzer มีระดับ ลดลงถ้า sub reflector ไม่ได้อยู่ที่ focal point ของจานดาวเทียม ทำให้รับสัญญาณที่สะท้อนมา จากreflectorได้น้อยลง 

    8. ทดลองเปลี่ยน Polarizationโดยการหมุน LNB ทำการหมุนปรับ polarization ของ LNB ไป 90 องศา ทำให้สายอากาศไปรับสัญญาณอีกระนาบ หนึ่งแทน โดยสังเกตความแตกต่างของสเปคตรัมที่แสดงในเครื่องวิเคราะห์ 

     9. ทดลองเปลี่ยน Polarizationโดยการเปลี่ยนค่าแรงดัน เปลี่ยนค่าแรงดันไบอัส จาก 18V เป็ น 13V เท่ากับการหมุนปรับ polarization ของ LNB ไป 90 องศา ท าให้สายอากาศไปรับสัญญาณอีกระนาบหนึ่งแทน 

     10. แสดงสเปคตรัมที่รับได้ เมื่อ ใช้แรงดันไบอัส 18 V. 

     11. แสดงสเปคตรัมที่รับได้ เมื่อ ใช้แรงดันไบอัส 13V. 

     12. ระบุ Polarization, Beam ของผลการทดลองข้อ 9 และ 10

ผลการทดลอง 

     - ผลการทดลองเมื่อใช้แรงดันไบอัส 18 V.(Horizontal)

Thaicom5 transponder	LO(MHz)	IF(MHz)	RF(MHz)
12272 (H)	11300	975	12275
12313 (H)	11300	1015	12315
12355 (H)	11300	1057	12357
12396 (H)	11300	1097	12397
12438 (H)	11300	1139	12439
12479 (H)	11300	1179	12479
12521 (H)	11300	1221	12521
12562 (H)	11300	1263	12563
12604 (H)	11300	1303	12603
12657 (H)	11300	1358	12658
12720 (H)	11300	1418	12718

 -ผลการทดลองเมื่อใช้แรงดันไบอัส 13 V.(Vertical)

Thaicom5 transponder	LO(MHz)	IF(MHz)	RF(MHz)
12272 (V)	11300	975	12275
12313 (V)	11300	1015	12315
12355 (V)	11300	1056	12357
Thaicom6 transponder	LO(MHz)	IF(MHz)	RF(MHz)
12405 (V)	11300	1106	12406
12467 (V)	11300	1169	12469
12521 (V)	11300	1222	12522
12562 (V)	11300	1263	12563
12604 (V)	11300	1306	12606
12645 (V)	11300	1346	12646
12687 (V)	11300	1388	12688
12728 (V)	11300	1428	12728

สรุปผลการทดลอง
      ในการทดลองเมื่อเราต้องการรับสัญญาณจากดาวเทียมจะต้องมีการปรับมุมของจานรับสัญญาณดาวเทียมให้ตรงกับตำแหน่งของดาวเทียมที่เราต้องการรับสัญญาณ ซึ่งเราจะต้องทราบตำแหน่งของดาวเทียมก่อนจึงจะสามารถหมุนตำแหน่งจานรับสัญญาณดาวเทียมไปในมุมเดียวกับตำแหน่งของดาวเทียมได้ ถ้าหากตั้งตำแหน่งจานรับไม่ตรงกับตำแหน่งดาวเทียมจะทำให้สัญญาณที่รับได้มีกำลังต่ำลง โดยสามารถดูรูปสัญญาณได้จากเครื่อง spectrum analyzer ซึ่งจะแสดงคุณภาพของสัญญาณเห็นได้ชัดว่าเมื่อตั้งตำแหน่งของจานรับตรงกับตำแหน่งของดาวเทียมจะทำให้คุณภาพของสัญญาณที่รับดีขึ้น และกำลังของสัญญาณจะสูง
      และเนื่องจากความที่ที่ส่งมาจากดาวเทียมมีความถี่สูง ตัวรับที่จานจึงลดความถี่ลงให้อยู่ในช่วงความถี่ L-Band ( 950 - 1450 MHz ) เนื่องจากอุปกรณ์ที่ใช้กับความถี่สูงนั้นราคาสูงจึงลดความถี่เพื่อง่ายต่อการเลือกใช้อุปกรณ์

วิจารณ์ผลการทดลอง  
     จากการทดลองสัญญาณที่รับได้จากดาวเทียมไทยคม 5 จะมีสัญญาณรบกวนแทรกเข้ามาทำให้รูปสัญญาณผิดเพี้ยนไปบ้าง และในการทดลองอาจจะมีความผิดพลาดของสัญญาณไปบ้างเนื่องจากเราปรับมุมของจานรับสัญญาณดาวเทียมด้วยมือ ซึ่งการที่จะปรับให้ตรงกับตำแหน่งของดาวเทียมที่ต้องการรับสัญญาณทำได้ยาก จึงทำให้สัญญาณที่รับได้มีกำลังต่ำกว่าที่ควรจะเป็น อีกทั้งขนาดของจานรับก็มีผลต่อการรับสัญญาณเช่นกัน โดยยิ่งขนาดของจานรับใหญ่ๆ ก็ยิ่งทำให้รับสามารถรับสัญญาณในระยะไกลได้ดี