أجهزة الإرسال والاستقبال في اتصالات الأقمار الصناعية Satellite Transponder

يُعد النظام الفرعي الذي يوفر رابط الاتصال بين هوائيات الإرسال والاستقبال للقمر الصناعي هو المستجيب، كما إنّه أحد أفضل الأنظمة الفرعية لأنظمة الجزء الفضائي، حيث يقوم جهاز الإرسال والاستقبال وظائف كل من المرسل والمستلم “المستجيب” في القمر الصناعي، ومن ثم يتم الحصول على كلمة “مرسل مستجيب” من خلال الجمع بين أحرف قليلة من كلمتين هي المرسل “Trans” والمستجيب “ponder”.

ما هو المرسل المستجيب Satellite Transponder؟

المرسل المستجيب “Satellite Transponder”: هو جهاز الإرسال والاستقبال عبر الأقمار الصناعية وهو عبارة عن قناة ترحيل شفافة تربط هوائيات الإرسال والاستقبال بغرض الاتصال، كما إنّها في الأساس قناة معدات متعددة وليست مجرد عنصر واحد من المعدات يربط بين المحطتين المنفصلتين، لذلك هو سلسلة من الأجهزة المترابطة التي تشكل قناة اتصال واحدة بين المرسل والمستقبل.

يُطلق على مجموعة من نظام المرسل والمستلم المستخدم معاً لتنفيذ الاتصال بين الاثنين جهاز الإرسال والاستقبال، حيث عندما تكون هناك حاجة لإرسال إشارة أو استقبالها بين الطرفين، فإنّ هناك حاجة إلى قناة يمكن من خلالها أن يتم الإرسال أو الاستقبال، كما لا تتطلب بعض الإشارات أي وسيط محدد ويتم نشرها ببساطة من خلال فراغ، ولكن في حالة الاتصالات الساتلايتية تغطي موجات الراديو مساحة كبيرة جداً من الأرض.

بالتالي يلزم وجود قناة مناسبة يمكنها دعم انتشار موجات الراديو من طرف إلى آخر، كما إنّ عرض النطاق الترددي لجهاز الإرسال والاستقبال يظهر اعتماداً على طبيعة الإشارة، والتي ينفذها القمر الصناعي والتكنولوجيا المستخدمة في الإرسال، أمّا بالنسبة لخدمة الأقمار الصناعية النموذجية للنطاق “C”، يبلغ عرض النطاق الترددي المخصص حوالي “500 ميجاهرتز” وهذا مقسم بين نطاقات فرعية مختلفة.

يتم تخصيص كل نطاق فرعي لجهاز مرسل مستجيب واحد، كما أنّ عرض النطاق الترددي لجهاز الإرسال والاستقبال النموذجي هو “36 ميجا هرتز”، حيث إذا تم استخدام “12 جهازاً” مرسلاً مستجيباً مع “4 ميجاهرتز” من نطاق الحماية بين كل جهاز مرسل مستجيب، فيمكن تحقيق استيعاب “12 جهازاً” مرسلاً مستجيباً في عرض النطاق الترددي “500 ميجاهرتز”.

ما هو الاتصال عبر الأقمار الصناعية؟

الاتصالات عبر الأقمار الصناعية: هي ركيزة أساسية لنظام الاتصالات العالمي، حيث يستخدم العديد من الأقمار الصناعية الاصطناعية التي تدور حول الأرض من أجل تمرير الإشارات التماثلية والرقمية التي تحمل البيانات والفيديو والصوت إلى مواقع مختلفة، كما إنّ تشغيل القمر الصناعي في الفضاء يستقبل الإشارات الراديوية المجمعة من الهوائيات الموجودة على سطح الأرض ويعيد إرسالها باستخدام جهاز مرسل مستجيب.

الأقمار الصناعية المستخدمة في الاتصالات من نوعين، أحدهما نشط والآخر سلبي، حيث إنّ تشغيل الساتلايت المنفعل من شأنّه أن يعكس ببساطة الإشارة من المصدر نحو المستقبل، وفي المقابل من ذلك توفر الأقمار الصناعية النشطة الإشارات المضخمة إلى المستقبل والتي يتم الحصول عليها من المصدر، أمّا في الوقت الحاضر يتم استخدام الأقمار الصناعية النشطة بشكل كبير.

يسهل الاتصال عبر الأقمار الصناعية نقل الإشارات واستقبالها بسرعة وسهولة، حيث تحظى الاتصالات عبر الأقمار الصناعية بأهمية كبيرة في عالم اليوم؛ لأنّها تقوم بتعميم الإشارات بكفاءة إلى الموقع المطلوب كما هو الحال في المناطق النائية والريفية من الأرض، حيث لا تُظهر التقنيات الأرضية الملائمة.

وظائف جهاز استقبال الأقمار الصناعية:

• تضخيم إشارة الدخل المستقبلة.

• ترجمة التردد.

آلية عمل مرسلات الأقمار الصناعية:

إنّ جهاز الإرسال والاستقبال عبر الأقمار الصناعية عبارة عن مجموعة من العناصر المختلفة التي تعمل كقناة للاتصال.

أولاً: نطاق “6/4 جيجاهرتز”:

يتم تحويل إشارة “6 جيجاهرتز” إلى “4 جيجاهرتز” أثناء نقلها من طرف إلى آخر، حيث في البداية يتم توفير إشارة “6 جيجاهرتز” المُستقبلة من هوائي إلى مكبر صوت منخفض الضوضاء، حيث يتم إجراء تضخيم الإشارة، وعلاوة على ذلك يتم تحويل الإشارة إلى “4 جيجا هرتز” باستخدام مذبذب محلي بتردد “2.225 جيجا هرتز”.

يأخذ مرشح ممر التردد المتوسط ​​إشارة “4 جيجاهرتز” كناتج ويزيل إشارة التردد غير المرغوب فيها وعلاوة على ذلك تخضع الإشارة المفلترة للتضخيم باستخدام مضخم مسبق، مثل مضخم أنبوب موجة متنقل وبعد ذلك يتم تغذية ناتج “TWTA” إلى مضخم عالي القدرة يخفف من اتساع وتغير الطور للإشارة “PM” المستقبلة، وبهذه الطريقة تقوم الوحدات المختلفة التي قامت ببناء جهاز مرسل مستجيب لأسفل بتحويل إشارة “6 جيجاهرتز” إلى “4 جيجاهرتز”، وتوفر الإشارة من ناتج “HPA” إلى هوائي الإرسال وبالتالي بهذه الطريقة يعمل مرسل مستجيب “6/4 جيجاهرتز”.

• “PM” هو اختصار لـ “Phase Modulation”.

• “TWTA” هو اختصار لـ “Traveling Wave Tube Amplifier”.

• “HPA” هو اختصار لـ “High Power Amplifier”.

ثانياً: نطاق “14/11 جيجاهرتز”:

يتم اعتماد تحويل التردد المزدوج لهذا النطاق من تشغيل المرسل المستجيب، لذلك في البداية يتم توفير الإشارة من الهوائي إلى مضخم منخفض الضوضاء من أجل التضخيم الأساسي، وعلاوة على ذلك تخضع الإشارة المكبرة لعملية تحويل لأسفل باستخدام محول لأسفل جنباً إلى جنب مع مذبذب محلي يبلغ تردد تشغيله “13 جيجاهرتز”، لذلك يتم تقليل الإشارة بعد التحويل إلى “1 جيجاهرتز” ويتم تغذية إشارة “1 جيجاهرتز” هذه إلى مرشح ممر النطاق “IF” المحلي.

كما تتم إزالة مكونات التردد غير المرغوب فيها، حيث يتم تغذية هذا بعد ذلك إلى مضخم “IF” لتضخيم الإشارة، ويتم توفيره لمحول صاعد بتردد مذبذب محلي يبلغ “10 جيجاهرتز”، ونتيجةً للتحويل يتم تحويل إشارة “1 جيجاهرتز” إلى “11 جيجاهرتز”، ويتم توفيرها لمرشح تمرير النطاق الترددي “RF”، كما يتم إجراء تضخيم عالي الطاقة للإشارة باستخدام “HPA” ويتم توفير الإشارة إلى وحدة الهوائي، وبهذه الطريقة يتم تشغيل نطاق “14/11 جيجاهرتز” لجهاز الإرسال والاستقبال.

• “IF” هي اختصار لـ “Intermediate Frequency”.

• “RF” هي اختصار لـ “Radio frequency”.

أنواع أجهزة الإرسال والاستقبال عبر الأقمار الصناعية:

يقوم كل من هذين المستجيبين بتحويل التردد وتضخيمه، ولكن إلى جانب هاتين العمليتين يقوم المستجيب المتجدد، بإزالة تشكيل إشارة حامل التردد اللاسلكي إلى إشارة النطاق الأساسي جنباً إلى جنب مع تجديد الإشارة والتعديل.

• الأنابيب المنحنية أو المرسلات المستجيبة التقليدية.

• المستجيبات المتجددة أو المعالجة.

مخطط تصميم جهاز الإرسال والاستقبال عبر الأقمار الصناعية:

أولاً: المزدوج “Duplexer”:

المزدوج “Duplexer”: هو جهاز عبارة عن بوابة ميكروويف ثنائية الاتجاه، حيث يستقبل إشارة الإرسال من هوائي القمر الصناعي وينقل إشارة الوصلة الهابطة إلى هوائي القمر الصناعي.

ثانياً: مضخم صوت منخفض الضوضاء “Low Noise Amplifier”:

يقوم مضخم الضوضاء المنخفض “LNA” بتضخيم الإشارة المستقبلة الضعيفة.

ثالثاً: معالج الموجة “Carrier Processor”:

يقوم “Carrier Processor” بتحويل التردد إلى أسفل للإشارة المستقبلة أي الوصلة الصاعدة، حيث تحدد هذه الكتلة نوع جهاز الإرسال والاستقبال.

رابعاً: مضخم الطاقة “Power Amplifier”:

يقوم مضخم الطاقة بتضخيم قوة الإشارة المحولة لأسفل التردد أي الوصلة الهابطة إلى المستوى المطلوب.