مدارهای مخابراتی

مدارهای ماهواره‏ای مدار ماهواره مسیری است که ماهواره در اطراف هر جسم در فضا طي می‏کند. نیروی جاذبه زمین سبب می‎‎‎شود که ماهواره‏ها در مسیري دایره‎‎‎ای یا بیضی شکل قرار گیرند. هر مدار زمین ساکن مدار ممکن است در ارتفاعات متغیری نسبت به سطح زمین و زوایای گوناگوني نسبت به خط استوا قرار بگيرد؛ اما در هر صورت، زمین در مرکز صفحه اين مدار واقع می‎‎‎شود و این امر به علت نیروی جاذبه زمین است که همه چیز را به طرف مرکز خود می‎‎‎کشد.

بسیاری از ماهواره‎‎‎های مخابراتی در مدار مرتفع مركز زمین – كه این مدار به «مدار همزمانی زمینی» نیز مشهور است - قرار دارند.

برخی از ماهواره‎‎‎های علمی, در مدار کم‎‎‎ارتفاع فعالیت مي‎‎‎كنند. ماهواره‎‎‎های ردیابی در مدارهای تقریبا دایره‎‎‎ای شکل حرکت می‎‎‎کنند. ماهواره‎‎‎های شناسایی منابع زمینی و برخی از ماهواره‎‎‎های هواشناسی, در مدارهای قطبی زمین در حال گردش‎‎‎اند.

مداری که ماهواره‎‎‎ها به آن پرتاب می‎‎‎شوند، طبق کار و وظیفه ماهواره انتخاب می‎‎‎شود.

بييشتر ماهواره‎‎‎ها در فاصله ثابتي به زمین گردش مي‎‎‎كنند. برخی از ماهواره‎‎‎ها در بعضی از قسمت‎‎‎های مدار به زمین نزدیکتر مي‎‎‎شوند (نزدیکترین نقطه مدار زمین را «حضیض» می‎‎‎گویند) و در قسمت‏های دیگر, از زمین دورتر می‎‎‎شوند (دورترین نقطه از زمین را «اوج» می‏نامند).

ماهواره‎‎‎های مخابراتی روسیه که در مناطق دوردست خط استوا قرار دارند، بيشتر از این مدار استفاده می‎‎‎کنند. مداری که فاصله‎‎‎های نقاط گوناگون آن نسبت به زمین با هم برابر نیستند. ماهواره‎‎‎ای که در مدار قطبی قرار دارد, همراه با حرکت وضعی زمین, حرکت می‎‎‎کند و به دو قطب زمین می‎‎‎رسد. در این حالت ماهواره تقریبا همه سطح زمین را مشاهده مي‎‎‎کند.

اگر نقطه ثابتي را در مدار در نظر بگیریم، ماهواره در هر 24 ساعت یکبار و هر بار در همان وقت از روز قبل از آن نقطه می‏گذرد؛ به این ترتیب می‎‎‎توانیم عکس‎‎‎های گرفته‎‎‎شده از آن نقطه خاص را با هم مقایسه کنیم؛ این مدار را «مدار همزمان خورشیدی» می‏نامند.

سه ماهواره مخابراتی در ارتفاع 36 هزار کیلومتری روی خط استوا قادرند علایم رادیویی را از نقاط گوناگون زمین بگيرند و به نقاط دیگر در سطح کره زمین بفرستند.

مدار زمین ساکن

به طور معمول, حدود 200 ماهواره فعال در مدار زمین ساکن که مناسب‎‎‎ترین مسیر مداری است, قرار دارند. در ارتفاع 36 هزار کیلومتری از خط استوا، زمان كافي برای گردش کامل ماهواره به دور زمین, درست برابر است با زمان حرکت وضعی زمین؛ يعني حرکت زمین بدور خود. به همین علت، ماهواره همیشه در نقطه ثابتي بر فراز خط استوا قرار می‎‎‎گیرد؛ در صورتی که ماهواره‎‎‎ها از این مدار استفاده کنند، نیازی به حرکت دادن و تنظیم بشقاب‎‎‎های رادیویی با محل استقرار ماهواره‎‎‎ها نیست.

استفاده از ماهواره‎‎‎های مخابراتی را نخستین بار «آرتور چارلز کلارک»، نویسنده داستان‏های علمی - تخیلی، در سال 1945 - یعنی 12 سال قبل از پرتاب اولین ماهواره «اسپوتنیک» - پیشنهاد کرده بود.

مدار زمین ساکن به ماهواره‏ها امكان می‏دهد كه علایم خود را به نقاط ثابت مشخصی در زمین مخابره کنند.

مدار زمین ساکن آنچنان مورد استفاده این ماهواره‎‎‎ها قرار می‏گیرد که محل استقرار و امواج رادیویی آنها را توافق‏های بین‏المللی تعیین می‎‎‎کند. در این مدار، ماهواره‎‎‎ها تا فاصله 70 کیلومتری به هم نزدیک مي‎‎‎شوند.

برای جلوگیری از تداخل امواج فرستنده های آنها, این ماهواره‎‎‎ها باید از فرکانس‏های رادیویی متفاوت استفاده کنند.

مدار کم‏ارتفاع «لئو»

با استفاده از کمترین انرژی می‏توان به این مدار رسید. به همین دلیل است که ماهواره‏های سنگین‏تر دستيابي بیشتری به این مدار دارند.

شاتل فضایی و ایستگاه فضایی هر دو, با حرکت در این مدار – مدار کم‎‎‎ارتفاع – روزانه زمین را چند بار دور می‏زنند.

ایستگاه فضایی میر که در ارتفاع 300 تا 400 کیلومتری از زمین قرار دارد، هر 90 دقیقه یکبار و هر روز 16 بار مدار زمین را دور می‎‎‎زند. از زمین، حرکت ماهواره‎‎‎ها در مدار کم‏ارتفاع «لئو» خیلی آهسته به نظر می‏رسد.

مدارهای غیرعادی

«مدارهای غیرعادی», بر خلاف مدارهای دایره‏ای، طول بیشتر و عرض کمتری دارند. قسمت‏هایی از این مدار به زمین نزدیک و قسمت‏هایی نیز از آن دور هستند؛ این امر سبب می‎‎‎شود، ماهواره‏ها در بعضی از قسمت‏های مدار به زمین نزدیک و در قسمت‏های دیگر آن از زمین دور شوند.

برخی از ماهواره‎‎‎های مخابراتی ساخت روسیه از این مدار استفاده می‎‎‎کنند. مداری با زاویه 60 درجه نسبت به خط استوا امکان رسیدن ماهواره‎‎‎ها را به نقاط شمالی فدراسیون روسیه امكان‎‎‎پذير می‎‎‎كند؛ با این حال, ماهواره‎‎‎هایی که در مدار غیرعادی قرار دارند, مانند ماهواره‎‎‎های مستقر در مدار زمین ساکن حرکت نمی‎‎‎کنند. به همين علت، آنتن‎‎‎های زمینی برای برقراری ارتباط دايمی باید مرتب تغییر جهت دهند و نسبت به محل استقرار ماهواره‎‎‎ها تنظیم شوند. برای پوشش دايمی، از 2 یا 3 ماهواره با فاصله‎‎‎های مشخص از هم در هر مدار استفاده می‎‎‎شود.

مدارهای زمین ساکن انتقالی

مدارهای زمین ساکن انتقالی, مدارهای موقتی هستند که برای انتقال هر ماهواره از مدارهای نزدیک به زمین به مدارهای دور از زمین ساکن استفاده مي‎‎‎شود.

ماهواره‎‎‎های مخابراتی نخست به مدار کم‎‎‎ارتفاع «لئو» پرتاب می‏شوند. سپس موتورهای آنها روشن مي‎‎‎شود و نیروی اين موتورها, آنها را به مدار زمین ساکن انتقالی می‎‎‎برد.

ماهواره‎‎‎ها پس از رسیدن به دورترین نقطه این مدار, تغییر مسیر مي‎‎‎دهند، وارد مدار دایره‎‎‎ای‎‎‎شکل زمین ساکن می‎‎‎شوند.

روش دیگر این است که ماهواره‏ها را نخست در مدار زمین ساکن انتقالی قرار دهند و پس از آن, به مدار زمین ساکن مناسب هدایت کنند.

مدارهای مخابراتی

مطالب مشابه :

مدارهای مخابراتی

پروژه درس مدار مخابراتی

گزارش کار آز مدار مخابراتی

دانلود جزوه آزمایشگاه مدار مخابراتی

ماهواره مخابراتی

سری دوم گزارش کار آزمایشگاه مدار مخابراتی

مدار مخابراتی-دکتر فروهر فرزانه

منابع درس مدارهای مخابراتی