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用於低軌衛星通信的太空合格元件

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用於低軌衛星通信的太空合格元件

  本文將介紹S頻段螺旋天線、S頻段雙工器和X頻段號角天線等三個太空合格的低軌衛星通信關鍵元件。這些零件已用於多個低軌衛星計劃,包括臺灣的FORMOSAT-1、FORMOSAT-2、FORMOSAT-3、FORMOSAT-5、FORMOSAT-7、FORMOSAT-8、韓國衛星、新加坡衛星、阿拉伯聯合大公國衛星、烏克蘭衛星等。


  芳興科技公司於 1992 年開始支持臺灣低軌衛星計劃。在過去的三十年中,芳興科技是臺灣唯一一家全程參與全部FORMOSAT計劃(例如 FORMOSAT-1、FORMOSAT-2、FORMOSAT-3、FORMOSAT-5、FORMOSAT-7、FORMOSAT-8)提供太空合格通信零件的供應商。以下將逐一介紹數個低軌衛星通信關鍵元件。

 

S頻段螺旋天線

  S頻段螺旋天線是LEO(低軌道;Low-Earth Orbit,簡稱LEO)衛星TT&C(遙測、追踪和指令;Tracking Telemetry and Command station,簡稱TT&C)子系統的關鍵零件。 它可以發射和接收 S 頻段信號,為 LEO 衛星本身與地面站設施之間提供連接, 參見圖一照片。此衛星天線是一種緊湊、覆蓋範圍廣、圓極化、四臂螺旋的天線。 主要特點如下:

a) 提供了最佳化圓錐形輻射場型,在 +65 度和 -65 度時具有最大增益,並且在錐形中心處增益降低到局部最小值。 這會在整個衛星運行路徑上在接收器處產生均勻的信號強度。

b)通過底座內的 90度混合器對四臂螺旋部件產生相位相差90度的電流來得到右旋圓極化的訊號。

c) 天線和90度混合器都可以含蓋使用S-band頻率2.0-2.3GHz。

圖一:S頻段螺旋天線
圖一:S頻段螺旋天線

 

S頻段雙工器

  S頻段雙工器包含三個基本單元,一個發射帶通濾波器、一個接收帶通濾波器和一個位於兩個濾波器連接處的天線端口處的T形連接點。 發射帶通濾波器可以使來自發射機的發射頻帶信號通過,並拒絕從發射器到接收器的接收頻帶信號(圖二)。接收帶通濾波器可以將接收頻帶信號通過接收器,並拒絕從發射器到接收器的發射頻帶信號。該濾波器是基於柴比雪夫函數(Chebyshev function)設計的梳狀線(Combline)空腔濾波器, 濾波器包含多個腔體和調整螺絲。 中心頻率和帶寬可經由調整螺絲來進行調整。 

圖二:S頻段雙工器/濾波器
圖二:S頻段雙工器/濾波器

 

X頻段號角天線

  X頻段號角天用來將衛星酬載收集到數據,經下行鏈路到地面站的發射元件。參見圖三照片。該元件由一個錐形號角和一個隔板式極化器(Septum Polarizer)組成。此極化器有 2 個 SMA接頭端口,可以將 SMA接頭中的TEM(横電磁波;Transverse electromagnetic waves, 簡稱TEM wave)模態電場轉換為波導中的圓形極化電場。其中一個SMA端口是LHCP(左手圓極化),另一個SMA端口是RHCP(右手圓極化)。工作頻率介於8.0至8.4GHz之間。峰值增益將優於18dBic,兩個端口之間的隔離度將優於25dB。

圖三:X頻段號角天線
圖三:X頻段號角天線

 

  所有太空合格零件均須符合太空環境規範並通過環境測試要求,包括自然頻率測試、熱循環測試、隨機振動測試、正弦振動測試、衝擊測試。這些零件已用於多個低軌衛星計劃,包括臺灣的FORMOSAT-1、FORMOSAT-2、FORMOSAT-3、FORMOSAT-5、FORMOSAT-7、FORMOSAT-8、韓國衛星、新加坡衛星、阿拉伯聯合大公國衛星、烏克蘭衛星等。

 

 延伸閱讀-科技部(科技大觀園) 

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