Satelliti per comunicazione
I satelliti permettono telecomunicazioni tra luoghi molto distanti tra loro.
Le onde usate per questo tipo di comunicazioni sono le microonde, onde radio nel range da 1 GHz ai 300 GHz, ovvero nelle bande UHF, SHF, EHF.
Il principio è semplice: segnali radio nel range delle microonde vengono trasmessi da una stazione terrestre ad un satellite in orbita.
L'apparecchiatura a bordo del satellite riceve i segnali, li amplifica e li trasmette verso una particolare regione della Terra dove qualunque stazione ricevente può raccoglierli.
Un sistema di comunicazione via satellite può essere messo in funzione in tempi relativamente veloci, in quanto non c'è bisogno avere accesso diretto alla zona, come sarebbe invece necessario per stendere connessioni fisiche tipo cavi o simili. Questo è un notevole vantaggio in zone geograficamente o politicamente disagevoli.
Un tipico satellite per telecomunicazioni ha un certo numero di transponders. Ogni transponder consiste di un'antenna ricevente sintonizzato su un canale, o su un range di frequenze, in entrata (uplink, in inglese); di un apparecchio che scala queste frequenze al range di frequenze del canale di uscita (downlink) e di un amplificatore di potenza per fornire alle microonde in uscita una potenza adeguata. Il numero di transponders, o di canali, indica la capacità del satellite.
I segnali che viaggiano dalla terra ai satelliti devono attraversare l'atmosfera.
Un'attenuazione di 3dB (dB = decibel), corrispondente ad un dimezzamento (ovvero ad una variazione di un fattore 2) della potenza del segnale, è considerato eccessivo e quindi vengono evitate frequenze che vengono fortemente assorbite nell'atmosfera. Queste frequenze vengono invece adoperate per le comunicazioni, in genere militari, fra satelliti, per evitare intercettazioni da Terra.
Le bande di frequenze per comunicazioni via satellite per scopi civili sono state assegnate attraverso accordi internazionali. Ogni banda consiste di un range di frequenze per il cosiddetto uplink (collegamento dalla Terra al satellite) e di un range di frequenze più basse per il downlink (dal satellite alla Terra).
Il downlink, a causa della maggior attenuazione dovuta alle perturbazioni atmosferiche, è il collegamento più delicato e per esso sono state scelte bande di frequenze inferiori all'uplink, in quanto la pioggia e l'attenuazione atmosferica perturbano meno le frequenze più basse.
Le bande più usate comprendono
1. la banda C con frequenze fra i 5.925 e i 6.425 GHz per l'uplink e frequenze tra i 3.7 e 4.2 GHz per il downlink
2. la banda K che usa frequenze tra 14 e 14.5 GHz per l'uplink e da 12.75 a 13.25 GHz per il downlink.
La larghezza di banda tipica di un canale è di 36 MHz. Questo corrisponde ad un segnale TV a colori oppure 1200 segnali telefonici, ciascuno con una larghezza di banda di 4 kHz.
Il largo margine della larghezza di banda permettere di ridurre la potenza necessaria al trasmettitore e avere un buon rapporto segnale/ rumore.
Potenza. La potenza necessaria per una comunicazione satellitare soddisfacente dipende dalla potenza necessaria al ricevitore a Terra e dalla frazione della potenza trasmessa dal satellite che viene ricevuta a Terra. Questa frazione è uguale al rapporto fra l'area dell'antenna ricevente a Terra e l'area coperta dal fascio.
Quindi, nel caso di un'antenna parabolica di 30 metri di diametro di una stazione terrestre che riceve un fascio d'onde sufficientemente largo da ricoprire un intero emisfero, il rapporto fra l'area del piatto e l'area dell'emisfero terrestre è un numero molto piccolo (pari a 4 X 10
Nel caso in cui il fascio dal satellite sia molto più collimato, tale da ricoprire per esempio solo l'area degli Stati Uniti d'America o dell'Europa, la potenza ricevuta è in questo secondo caso solo circa 100 dB di quella trasmessa dal satellite, cioè circa 11 dB (corrispondenti a 14 volte) più forte che nel caso precedente.
Per questo conviene avere fasci collimati, diretti specificamente verso le regioni fra cui si desidera il collegamento via satellite.
Per ottenere fasci ben collimati che ricoprano aree limitate, l'apertura dell'antenna sul satellite deve essere sufficientemente grande: infatti la larghezza del fascio di microonde è proporzionale al rapporto tra la lunghezza d'onda e il diametro dell'antenna del satellite.
