دانلود تحقیق ماهواره

رسانه ارتباطی متداول دیگر، کابل هم‌محور است که اغلب coax نامیده‌ می‌شود.

محافظ آن بهتر از جفتِ تابیده است، لذا در فواصل طولانی‌تر با سرعت‌های بیشتری کار می‌کند.

دو نوع کابل هم‌محور به طور گسترده به کار می‌روند.

یک نوع ( کابل 50 اهمی ) معمولاً برای انتقال دیجیتال به کار می‌روند و نوع دیگر ( کابل 75 اهمی ) معمولاً برای انتقال آنالوگ و تلویزیون کابلی به کار می‌رود و با حضور اینترنت که از کابل استفاده می‌کند، اهمیت آن بیشتر می‌شود.

کابل هم‌محور متشکل از سیم مسی راست به عنوان هسته است که توسط ماده‌ای عایق محاصره شده است.

عایق توسط رسانای استوانه‌ای پوشانده می‌شود که به صورت شبکه طوری بافته شده است.

رسانای خارجی با یک لایه محافظ پلاستیکی پوشانده شده است.

نمای بریده کابل هم‌محور در شکل بالا آمده است.

ساختمان و حفاظ کابل هم‌محور، ترکیب خوبی از پهنای باند بالا و ایمنی اختلال را موجب شده است.

پهنای باند به کیفیت کابل، طول و نسبت سیگنال به اختلالِ مربوط به سیگنال داده بستگی دارد.

پهنای باند کابل‌های جدید نزدیک به 1GHz است.

کابل‌های هم‌محور به طور گسترده در سیستم تلفن برای فواصل طولانی به کار می‌روند، اما اکنون برای مسیر‌های طولانی از فیبر نوری استفاده می‌شود.

کابل‌های هم‌محور هنوز برای تلویزیون کابلی و شبکه‌های محلی استفاده می‌شود.

1-2 کابل جفتِ تابیده

سیستم انتقال نوری 3 مولفه دارد: منبع نور، رسانه انتقال، و آشکار ساز(detector).

پالسی از نور نشان دهنده بیت 1 و عدم وجود نور نشان‌دهنده بیت 0 است.

رسانه انتقال فیبر بسیار نازکی از شیشه است.

وقتی نور به آشکارساز می‌تابد، پالس الکتریکی توسط آن تولید می‌شود.

با وصل کردن منبع نور به یک طرف فیبر نوری، و آشکارساز به طرف دیگر آن، سیستم انتقال داده یکسویه‌ای ایجاد می‌شود که سیگنال الکتریکی را پذیرفته، توسط پالس‌های نوری آن را تبدیل می‌کند و انتقال می‌دهد و سپس در طرف گیرنده آن را دوباره به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌نماید.

فیبر‌های نوری از شیشه ساخته می‌شوند و شیشه نیز از ماسه به وجود می‌آید که بسیار ارزان بوده و به مقدار کافی وجود دارد.

ساخت شیشه توسط مصریان قدیم کشف شد، ولی ضخامت شیشه آنها بیش از 1 میلیمتر نبود.

و نور از طریق آن به خوبی نمی‌درخشید.

شیشه‌های شفافی که برای پنجره‌ها مفید بودند در دوره رنسانس ایجاد شد.

شیشه‌هایی که در فیبر‌های نوری امروزی به کار می‌رود بسیار شفاف است، به طوری که اگر اقیانوس به جای آب، پر از این شیشه‌ها بود سطح اقیانوس چه در سطح و چه داخل هواپیما به خوبی مشخص بود.

تضعیف نور از طریق شیشه به طول موج نور بستگی دارد.

پالس‌های خارج شده از فیبر همانطور که انتشار می‌یابند، به طور طولی پخش می‌شوند، این پخش شدن را پراکندگی می‌گویند.

مقدار آن به طول موج بستگی دارد.

یک راه جلوگیری از هم‌پوشانی این پالس‌ها، زیاد کردن فاصله بین آنهاست.

اما این کار فقط با کاهش سرعت سیگنال‌دهی انجام می‌شود.

خوشبختانه روشن شد که ساختن شکل خاصی از پالس‌ها به عمل متقابل کسینوس هیپربولیک وابسته است، تمام اثرات پراکندگی از بین می‌رود و می‌توان پالس‌ها را هزاران کیلومتر فرستاد، بدون اینکه شکل خاصی داشته باشد.

این پالسها تک پالس نام دارند.

تحقیقات زیادی در حال انجام است تا تک پالس‌ها را از آزمایشگاه به عرصه عمل ببرند.

1-4-1استاندارد Fiber Distribution Data Interface <== fddi="">


نسل ما به اطلاعات وابسته است.

مردم نیازمند تماس دائمی با منابع اطلاعات‌اند.

برای این کاربران سیار، جفت‌های تابیده، کابل هم‌محور و فیبر نوری کاربرد ندارند.

آنها می‌خواهند بدون اتصال به سازمان ارتباط زمینی، اطلاعات مورد نیاز را بر روی کامپیوتر‌های کیفی، جیبی، دستی و ساعت مچی داشته باشند.

برای این کاربران نیاز به ارتباط بی‌سیم است.

بعضی از مردم معتقدند که در آینده 2 نوع ارتباط وجود خواهد داشت، فیبر و بی‌سیم.

تمام کامپیوتر‌های ثابت (غیر همراه)، تلفن‌ها، فاکس‌ها و غیره فیبری خواهند بود و تمام افراد سیار از بی‌سیم استفاده خواهند کرد.

بی‌سیم نسبت به دستگاه‌های ثابت امتیازاتی دارد.

به عنوان مثال اگر به دلیل موقعیت زمینی (کوه، جنگل، دریا و …) نصب فیبر مشکل باشد، بی‌سیم ارجح است.

باید توجه داشت که ارتباط دیجیتال بی‌سیم در جزایر هاوایی (جایی که قطعات بزرگ اقیانوس آرام، کاربران را جدا کرده و سیستم تلفن کفایت نمی‌کند.) به‌کار گرفته شده است.

2-1 طیف الکترو مغناطیس
وقتی الکترون‌ها حرکت می کنند، امواج الکترو مغناطیسی ایجاد می‌شود که می‌تواند در فضای آزاد (حتی در خلاء) انتشار یابد.

این امواج توسط فیزیکدان انگلیسی به نام جیمز کلارک ماکسول در سال 1865 پیشگویی شد و اولین بار در سال 1887 توسط فیزیکدان آلمانی هنری هرتز تولید و مشاهده شد.

تعداد نوسانات موج الکترو مغناطیسی را فرکانس ( ¦ ) گویند که با هرتز (به یادبود هنری هرتز) سنجیده می‌شود.

فاصله‌ی بین دو بیشینه‌ی متوالی (یا دو کمینه‌ی متوالی) را طول موج نامند که با حرف یونانی  ( لاندا ) نمایش داده می‌شود.

وقتی آنتنی به اندازه‌ی مناسب به مدار الکتریکی نسب می‌شود، امواج الکترو مغناطیسی به خوبی پخش می‌شوند و در فاصله‌ی دورتر توسط گیرنده دریافت می‌شوند، و این اساس تمام ارتباطات بی‌سیم است.

در خلاء تمام امواج الکترو مغناطیسی با سرعت یکسانی حرکت می‌کنند و فرکانس‌های آنها بی تاثیر است.

این سرعت معمولاً سرعت نور، c، نامیده می‌شود و تقریباً m/s 3*108 ، یا در حدود 1 فوت (30 cm ) در نانو ثانیه است.

در مس یا فیبر، سرعت به 2/3 این مقدار کاهش می‌یابد و تا حدودی به فرکانس بستگی دارد.

سرعت نور بالاترین سرعت است.

هیچ سیگنال یا شیئی نمی‌تواند با این سرعت حرکت کند.

رابطه‌ی  و ¦ و c (در خلاء) به صورت زیر است:
  = c
چون c ثابت است، اگر ¦ معلوم باشد،  مشخص خواهد شد و بر عکس.

2-2 انتقال رادیویی
تولید امواج رادیویی ساده‌ است، مسافت‌های زیادی را طی می‌کند و به راحتی در ساختمان‌ها نفوذ می‌کند.

تولید امواج رادیویی ساده‌ است، مسافت‌های زیادی را طی می‌کند و به راحتی در ساختمان‌ها نفوذ می‌کند.

لذا هم برای ارتباط درونی (داخل ساختمان) و هم برای ارتباط بیرونی (خارج ساختمان) بطور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد.

امواج رادیویی چند سویه است، یعنی از منبع به تمام جهات منتشر می‌شود، به طوری که نیازی نیست فرستنده و گیرنده از لحاظ فیزیکی خود را تنظیم کنند.

خواص امواج رادیویی به فرکانس بستگی دارد.

در فرکانس‌های پایین، امواج رادیویی از موانع عبور می‌کند، اما قدرت آن با فاصله گرفتن از منبع و حرکت در هوا به شدت کاهش می‌یابد.

در فرکانس‌های بالا، امواج رادیویی تمایل دارند در خط مستقیم حرکت کنند و با برخورد به موانع منعکس می‌شوند.

باران به آنها آسیب می‌رساند.

در تمام فرکانس‌ها امواج رادیویی با موتورها و سایر تجهیزات الکترونیکی تداخل می‌کنند.

چون امواج رادیویی می‌توانند مسافت‌های زیادی را طی کنند، تداخل بین کاربران به عنوان یک مساله مطرح است.

به همین دلیل تمام دولت‌ها به استفاده از فرستنده‌های رادیویی مجوز می‌دهند.

در باندهای VLF، LF و MF امواج رادیویی از زمین تبعیت می‌کنند.

(شکل A) این امواج در فرکانس‌های پایین‌تر برای 1000 کیلومتر قابل کشف است و در فرکانس‌های بالاتر کمتر است.

پخش رادیویی AM از باند MF استفاده می‌کند، به همین دلیل ایستگاه‌های رادیویی AM بوستون به راحتی در نیویورک شنیده نمی‌شود.

امواج رادیویی در این باند‌ها به راحتی از میان ساختمان‌ها می‌گذرد.

به همین دلیل است که رادیوهای قابل حمل در داخل ساختمان کار می‌کنند.

مشکل اصلی از این باند‌ها برای ارتباط داده‌ها، پهنای باند نسبتاً کمی‌ است که ارائه می‌دهد.

در باند‌های HF، VHF امواج سطح زمین تمایل دارند که زمین آنها را جذب کند.

به هر حال امواجی که به یون کره می‌رسد، (لایه‌ای از ذرات باردار که در ارتفاع 100 تا 500 کیلومتری زمین را احاطه کرده‌اند.) شکست پیدا می‌کند و به زمین باز می‌گردد.

(شکل B).

تحت بعضی از شرایط جوی، سیگنال‌ها ممکن است چند بار برگردند.

دست اندر کاران ناشی رادیو از این باند‌ها برای ساختمان‌های طولانی استفاده می کنند.

ارتش نیز در باندهای HF و VHF ارتباط برقرار می‌کنند.

2-3انتقال مایکروویو سیستم‌های کنترل از راه دور که در وسایلی چون تلویزیون و استریو‌ها به کار می‌روند با انتقال زیر قرمز کار می‌کنند.

زیر‌قرمز به یک محیط کوچک محدود می‌شود (مثلا یک اتاق) و معمولاً نیاز دارد فرستنده در جهت گیرنده باشد.

سخت افزار زیر قرمز در مقایسه با مکانیسم‌های دیگر ارزانتر است و به آنتن نیازی ندارد.

شبکه‌های کامپیوتری می‌توانند برای انتقال داده‌ها از تکنولوژی مادون قرمز استفاده کنند.

مثلاً یک اتاق بزرگ می‌تواند به یک ارتباط زیر قرمز مجهز شود و دسترسی به شبکه برای تمام کامپیوتر‌های اطاق امکان‌پذیر شود.

کامپیوتر‌ها می‌توانند هنگام ‌جابجا شدن در اتاق ارتباط خود را با شبکه حفظ نمایند.

شبکه‌های مادون قرمز خصوصاً برای کامپیوتر‌های قابل حمل مناسب‌اند.

زیرا مادون قرمز امکان ارتباط بی‌سیم را بدون نیاز به آنتن فراهم می‌کند.

بنابراین همه‌ی سخت‌افزار ارتباطی می‌تواند در یک کامپیوتر قابل‌ حمل که از زیر قرمز استفاده می‌کند، قرار گیرد.

2-5 نور لیزر ماهواره یک فرستنده – گیرنده (Transponder) دارد که شامل یک گیرنده و یک فرستنده‌ی رادیویی است.

Transponder موج رادیویی ورودی را دریافت و تقویت می‌کند و سیگنال تقویت‌شده را در زاویه‌ای که اندکی با موج ورودی تفاوت دارد به سمت زمین پس می فرستد.

مثلاً یک ایستگاه زمینی در یک طرف اقیانوس سیگنالی را به ماهواره ارسال می‌کند و ماهواره آن را به ایستگاه زمینی در طرف دیگر می‌فرستد.

چون قرار دادن یک ماهواره مخابراتی در مدار زمین گران تمام می‌شود، یک ماهواره عموماً شامل چندین Transponder مستقل است ( معمولاً بین 6 تا 12 ).

هر فرستنده – گیرنده در یک فرکانس رادیویی کار می‌کنند،( یک کانال) و بنابراین چندین ارتباط بطور همزمان امکان پذیر می‌گردد.

به علاوه نظر به اینکه یک کانال ماهواره می‌تواند به طور مشترک استفاده شود مشترکین متعددی از آن بهره می‌برند.

2-6-1 ماهواره‌های همزمان با زمین Geosynchronous ماهواره‌های مخابراتی می‌توانند با توجه به ارتفاعی که در آن قرار دارند، دسته‌بندی شوند.

ساده‌ترین نوع آنها نوع همزمان با زمین یا ایستان نسبت به زمین است.

این ماهواره‌ها در مداری قرار دارند که دقیقاً با گردش زمین سنکرون هستند و از این رو به این نام خوانده می‌شوند.

این مدار به عنوان مدار ایستان با زمین (GEO) خوانده می‌شود، زیرا ماهواره از زمین همواره در نقطه‌ی ثابتی دیده می‌شود.

برای مثال یک ماهواره‌ی سنکرون در مدار مدور بالای خط استوا بر روی اقیانوس اطلس می‌تواند برای رله کردن اطلاعات بین اروپا و آمریکای شمالی در تمام زمان‌ها استفاده شود چراکه همواره در نقطه‌ی بالای اقیانوس قرار دارد.

قوانین فیزیکی فاصله‌ای را که یک ماهواره باید از سطح زمین داشته باشد تا با گردش زمین همزمان شود را بدست می‌دهند.

این فاصله حدوداً 36,000 کیلومتر یا 20,000 مایل است.

مهندسین معمولاً این فاصله را مدار بلند زمین (High earth orbit) می‌نامند.

جالب است بدانید فضای محدودی روی مدار همزمان بالای خط استوا در دسترس است.

زیرا ماهواره‌های مخابراتی که فرکانس خاصی استفاده می‌کنند، برای جلوگیری از تداخل باید از همدیگر دور باشند.

حداقل فاصله‌ی آنها بستگی به توان فرستنده‌ها دارد، ولی عموماً یک زاویه‌ی جدایی 4 تا 8 درجه در نظر گرفته می‌شود.

بنا‌براین مدار 360 درجه‌ی بالای استوا فقط می‌تواند 45 تا 90 ماهواره را در خود جای دهد.

2-6-2 ماهواره‌های مدار پایین دسته‌ی دوم ماهواره‌های مخابراتی در مداری که مدار پایین زمین (Low Earth Orbit) یا به اختصار LEO ، نامیده می‌شود، فعال هستند.

یعنی مداری که چند‌صد مایل بالاتر از سطح زمین قرار دارد ( 100 تا 200مایل ).

مشکل اصلی مدار‌های پایین سرعت ماهواره در آن مدار است.

با توجه به اینکه گردش ماهواره از گردش زمین سریع‌تر است، ماهواره‌های سطوح پایین در بالای سطح یک نقطه از زمین ثابت نمی‌مانند و ناظری که از زمین با تلسکوپ این ماهواره را مشاهده می‌کند، حرکت این ماهواره را شاهد است.

در حقیقت یک ماهواره‌ی مدار پایین در مدت یک و نیم ساعت یک دور کامل به دور زمین می‌زند.

ماهواره‌ای که از زمین ثابت به نظر نرسد مشکلاتی را پدید می‌آورد: اول اینکه ماهواره تنها زمان‌هایی می‌تواند بکار آید که مدارش از بین دو ایستگاه زمینی می‌گذرد.

ثانیاً کاربرد کامل آن به سیستم‌های پیچیده‌ای نیاز دارد که پیوسته ایستگاه‌های زمینی را به نحوی حرکت دهند که همواره در جهت ماهواره قرار گیرند.

2-6-3 آرایه‌ای از ماهواره‌های مدار پایین روش جالبی برای ارتباط پیوسته از طریق ماهواره‌های مدار پایین ابداع شده است.

در این روش بجای متمرکز شدن بر روی یک ماهواره، یک شرکت مخابراتی مجموعا‌ای از ماهواره‌ها را در مدار‌هایی قرار می‌دهد.

با اینکه یک ماهواره‌ی خاص با سرعت می‌گذرد، مجموعه مدارهای ماهواره‌ها طوری انتخاب شده‌اند که هر نقطه از روی زمین در هر زمان، حداقل یک ماهواره را در بالای سر خود دارد (66 ماهواره برای پوشش دادن کل سطح زمین لازم است.).

از نقطه نظر یک شاهد زمینی یک ماهواره از یک نقطه‌ی افق طلوع می‌کند و از بالای سر او می‌گذرد و در افق مقابل ناپدید می‌شود.

نکته‌ی کلیدی این روش در مجموعه مدارهایی است که قابل دسترس بودن حداقل یک ماهواره را در هر زمان تضمین می‌نماید.

ماهواره‌ها علاوه بر فرستنده – گیرنده‌هایی که برای ارتباط با ایستگاه زمینی دارند، تجهیزات رادیویی برای برقراری ارتباط با ماهواره‌های دیگر آرایه نیز دارند و در عین حال که در مدار خود حرکت می‌کنند، با ماهواره‌های دیگر نیز ارتباط برقرار نموده و برای دست به دست کردن اطلاعات توافق می‌کنند.

مثلاً فرض کنید در زمان خاصی ماهواره‌ای که بالای اروپاست اطلاعاتی را از یک ایستگاه زمینی در آلمان به مقصد آمریکا دریافت می‌نماید.

ماهواره‌ی دریافت کننده ممکن است اطلاعات انتقالی را به ماهواره‌ی دیگری بفرستد، که آن ماهواره نیز به نوبه‌ی خود آن را به ماهواره‌ای تحویل دهد که به ایستگاه زمینی در آمریکا در نزدیکی مقصد دسترسی دارد.

با گذشت زمان ماهواره‌ها حرکت خود را ادامه می‌دهند و ماهواره‌های جدید جای آنها را می‌گیرند به این معنی که یک ارتباط دیگر از آلمان به آمریکا ممکن است از طریق 3 ماهواره‌ی دیگر آرایه برقرار شود.

2-6-4 محافظت آنتن های ماهواره‌ای از اختلال غالبا آنتن های کوچک موجود در بازار برای دریافت سیگنال برنامه های ماهواره ای، در اثر تداخل امواج رادیویی مزاحم زمینی Terrestrial Interference غیرقابل استفاده می شوند.

با روش های زیر می توان بدون نیاز به دانش فنی، تجهیزات و وسایل اضافی و صرف هزینه زیاد، مشکل را برطرف ساخت.

آنتن مورد نظر در مثال ما دارای قطر یک متر و زاویهelevation ده درجه روی افق است.

باید توجه کرد که این تکنیک‌ها، هنگامی موثر است که اختلال در امواج ماهواره‌های محلی باشد، نه هنگامی که امواج ماهواره هنگام unlink یا از مبداً، هدف اختلال قرار گیرند.

روش های مقابله با تداخل امواج رادیویی مزاحم: 2-6-4-1 انتخاب جای مناسب برای آنتن اگر در اطراف آنتن موانع طبیعی وجود ندارد، می توان از شبکه های توری فلزی برای ایجاد حفاظ در برابر امواج مزاحم و تابش های آن استفاده کرد.

این شبکه‌ها باید از توری های آلومینیومی یا فولادی ساخته شوند.

تور مسی علیرغم کیفیت بهتر، گران و کمتر قابل دسترس است.

فاصله بین سیم های شبکه نباید بیشتر از نیم سانتیمتر باشد.

شبکه های توری معمولی که برای جلوگیری از ورود حشرات جلوی پنجره گذاشته می شود، با حفره‌هایی حدود یک دهم سانتیمتر بهترین است.

شبکه توری فلزی محافظ باید کاملا دور تا دور آنتن را بگیرد و یک متر از آنتن بلندتر باشد.

شبکه‌ها نباید عمودی باشند بلکه باید با شیب 30 تا 45 درجه در اطراف آنتن قرار گیرند.

پایه شبکه توری باید تقریبـاً یک متر با پایه آنتن فاصله داشته باشد.

در صورت به کار گرفتن شبکه توری، زاویه میان پایین‌ترین نقطه رفلکتور آنتن و بلندترین نقطه شبکه توری باید تقریبا 5 درجه کمتر از زاویه ماهواره با افق باشد.

مثلا، اگر زاویه ماهواره 10 درجه است، زاویه میان پایین آنتن تا بالای شبکه توری نباید بیش از 5 درجه باشد.

در این مثال فاصله میان پایین شبکه تا آنتن باید 2 متر باشد.

شبکه توری باید با سیم کشی برق به سیم زمین مرتبط شود.

شکل (B) یک آنتن با پوشش شبکه فلزی را نشان می دهد.

این شبکه‌ها از چارچوبی فلزی یا چوبی ساخته اند که تور سیمی به آن میخ شده است.

2-6-4-3 تنظیم آنتن تنظیمی که برای جهت آنتن درنبود مزاحم انجام می شود، ممکن است پس از پدید آمدن امواج رادیویی مزاحم بهم بخورد زیرا اینگونه امواج رادیویی ایجاد کننده اختلال، احتمالا ً از جهتی وارد میشوند که آنتن دارای قدرت دریافت بیشتری است.

در اینگونه موارد یک تغییر جزیی جهت آنتن میتواند امواج مزاحم را بی اثر کند، بدون‌ آن‌که تاثیر نامطلوب چندانی در کیفیت سیگنال های ماهواره مورد نظر بگذارد.

این تنظیم‌ها غالبا به کمک سمت Azimuth و زاویه Elevation قابل دسترسی است.

2-6-4-4 تلفیق تکنیک های مختلفFPRIVATE "TYPE=PICT;ALT=" در اغلب موارد، استفاده از مجموعه تکنیک های مختلف، برای از بین بردن تداخل امواج مزاحم لازم است.

بعنوان مثال اگر ساختمان مناسبی برای گذاشتن آنتن در داخل آن موجود باشد می توان با تعبیه شبکه توری های فلزی در دیوارها به پس‌زنی امواج مزاحم کمک کرد.

در مواردی که گودی مناسبی برای آنتن وجود دارد، توری‌ها می توانند کار محافظت را عمیق تر کنند.

در شکل (C) توری های فلزی دور تا دور محل نصب آنتن قرار گرفته اند و سبب تقویت قدرت محافظت از امواج مزاحم می شوند اما فراموش نکنید که در این مورد باید یک گشادگی در جهت ماهواره مورد نظر ایجاد کنید تا بتوانید سیگنال های مطلوب را به روشنی دریافت دارید.

3 خلاصه شبکه‌های کامپیوتر محیط‌های متنوعی دارند، از جمله سیم‌های مسی، فیبر‌های نوری، انتقال رادیویی و مایکروویو، مادون قرمز و پرتو لیزری.

هر رسانه و تکنولوژیِ انتقال مزایا و معایبی دارد.

مثلا سیستم مادون قرمز می تواند ارتباط شبکه را برای کامپیوتر‌های قابل حمل ایجاد نماید، به طوری که آنها بتوانند در یک اتاق حرکت نمایند.

در حالی که برای فراهم کردن ارتباط بدون سیم از روی یک اقیانوس ارتباط دیگری نظیر ارتباط ماهواره‌ای لازم است.

در پایان امیدواریم با کار کوچکی که ارائه کرده‌ایم مخاطبانمان را اندکی با محیط‌های انتقال در شبکه‌های کامپیوتری آشنا کرده باشیم.