"05-TAMSAT AR-GE" kategorisindeki yazılar:

Küpsat Uydu Dokümantasyon Çalışmaları Son Hızla Devam Ediyor

 Barış DİNÇ, TA7W
 1 Eylül 2018

1 Eylül 2018 tarihinde, değerli TAMSAT üyeleri ve destekçilerinin bir araya geldiği geleneksel haftalık toplantısında bu hafta, Küp Uydu Ar-Ge çalışmaları ve yapılacak başvurular kapsamında kullanabilmek amacı ile hazırlanan dokümantasyon üzerinden geçilerek eşdeğer gözden geçirmeler yapıldı.

Toplantı için alışılagelmiş toplantı odaları yerine bu hafta yapılan toplantı bir “Kahveci” dükkanının VIP salonunda gerçekleştirildi.

Oldukça eğlenceli ve bol şakalaşmalı ama bir o kadar da bilimsellik ve üretkenlik içeren sıradışı toplantımız kapsamında aşağıdaki konularda fikir tartışmaları yapıldı;

  • Küy Uydu Mimarisi
  • Küp Uydu Yapısı (Frame)
  • Anten sistemleri
  • Yer Kontrol İstasyonu
  • Elektrik Güç Sistemi   (EPS)
  • İletişim Sistemleri
  • Güneş Panelleri

Hazırlanan taslak dokümanın içeriğinde aşağıdaki düzenlemelerin yapılmasına karar verilmiş ve yapılan toplantıya ait ekteki toplantı tutanağı hazırlanmıştır. (tamsat_010918)

Toplanti sonrasinda Turker Dolapci tarafindan yapilan küp uydu anten simülasyonu sonuçları konusundaki anlatımı gerçekleştirildi.

Katılımcılar:

  • Tahir DENGİZ
  • Barış DİNÇ
  • Burcu AYBAK
  • Baran AKBIYIK
  • Türker DOLAPÇI
  • Prof. Dr. Yıldırım SARA
  • Doç. Dr. Ergin DİLEKÖZ
  • Prof. Dr. Yücel BALBAY
  • Bora YURTÖREN
  • Şahin KÜLİĞ
  • Levent POSTOĞLU

Yapılan bu eğlenceli çalışmayı unutmamak ve gelecekte hatırlayarak TAMSAT tarafından yapılan çalışmaları tarihe not edebilmek amacıyla bu güne ait güzel fotoğraf karelerini bu yazı ile paylaşmak istedik.

Bu çalışmalarımızda konuya ilgi duyan her gönüllüyü/meraklıyı aramızda görmek isteriz.

 

Güneş Panelini Simüle Eden Güç Kaynağı

 Şahin Külig
 27 Haziran 2018

Güneş paneli ile çalışacak bir devreyi test etmek isteseniz o gün hava ya kapalı ya da yağmurlu olur. Peki akşam test etmek isterseniz?
Bir güneş paneli bildiğimiz bir güç kaynağı biçiminde çalışmıyor. Bu sebepten test edilecek devrenin girişine ayarlı bir güç kaynağı bağlayarak doğru sonuçlara ulaşamayız.
Bir güneş paneli özellikleri nelerdir nasıl çalışır? Aşağıdaki grafiklerde basit açıklamalar bulacaksınız.

TAMSAT Cubesat VHF/UHF Transponder V1.0

 Barış DİNÇ, TA7W
 9 Mart 2018

1KAPSAM / SCOPE

1.1Tanım / Identification

Yeryüzündeki verici istasyonlarından (uydu kullanıcılarından) gönderilen radyo sinyallerini alıp başka bir frekanstan zaman gecikmesi olmaksızın yeryüzüne geri gönderecek alt sistem transponder modulüdür.

1.2Sistem / Alt Sisteme Genel Bakış / System / Subsystem Overview

Hazırlanacak olan 3U büyüklüğündeki (30X10X10 cm) Amatör Uydu’nun yer istasyonları arasında iki yönlü haberleşme yapabilmesi amacıyla kullanılacak olan iletişim modulüdür. Temel olarak görevi; yer istasyonlarından alınan sinyallerin başka bir frekansa taşınarak yeniden dünyaya gönderilmesi, olarak tanımlanabilir.

Uydu üzerinde en az iki farklı muhaberenin aynı anda yapılabilmesini sağlayan ve amatörler tarafından kullanılan iltişim modulasyon tiplerini (AM/FM/CW/SSB/PacketRadio vb.) destekleyecek özellikte olması hedeflenmektedir.

Şekil 1 – Uydu Çalışma Konsepti

1.3Dokümana Genel Bakış / Document Overview

Bu dokümanda uydunun “Transponder Modülü”nün teknik gereksinimleri, kısıtları, tasarım kararları, teknik tasarım detayları, çalıştırılma şekli ve diğer modüller ile olan ilişkileri anlatılacaktır.

2İLGİLİ DOKÜMANLAR / REFERENCED DOCUMENTS

Yoktur.

3SİSTEM / ALT SİSTEM TASARIM KARARLARI / SYSTEM / SUBSYSTEM DESIGN DECISIONS

Transponder tasarımı için aşağıdaki kısıtlar ve tasarım kriterleri göz önüne alınmıştır;

  • Uydu transponderine UPLINK (yerden uyduya çıkışlar) VHF bandından, DOWNLINK(uydudan yere inişler) UHFbandından olacaktır. Eğer iniş için VHF bandı kullanmak istenir ise, VHF’nin 3. harmoniği UHF bandına denk geleceği için, ve bu harmoniğin dinleme üzerine olacak olumsuz etkisini azaltmak için çok keskin filtreler kullanılması gerekeceği için bu çıkış/iniş bantları tercih edilmiştir.

  • Transponder üzerinde alıcı temel frekansı 145.800Mhz ile 146.000 Mhz arasında ayarlanabilir olacaktır. Frekans seçimi uydu fırlatılmadan önce ayarlanacak olup fırlatma sonrasında frekans değişikliği yapılmayacağı öngörülmüştür.

  • Transponder üzerinde verici temel frekansı 435.000Mhz ile 438.000 Mhz arasında ayarlanabilir olacaktır. Frekans seçimi uydu fırlatılmadan önce ayarlanacak olup fırlatma sonrasında frekans değişikliği yapılmayacağı öngörülmüştür.

  • Yeryüzünden gönderilen zayıf sinyalleri işelenebilecek seviyeye getirebilmek amacı ile üzerinde bir önkuvvetlendirici katı bulunduracaktır.

  • Filitreleme ve bant genişliği sınırlandırmaları için öncelikle uygun bir frekansa (arafrekansa downconvert) çevrilip ardından hedef frekansa çevrim (upconvert) işlemleri ile çalışacak bir yapı hazırlanacaktır.

  • Transponder gönderici modulasyon tipinden bağımsız olarak lineer olarak çalışacaktır. Gönderici sinyalleri için herhangibir kanal bant genişliği sınırlaması uygulanmayacaktır. Gönderenin sinyal özellikleri (modulasyon tipi, bant genişliği, vb.) değiştirilmeden aynı şekilde downlink frekansından güçlendirilerek dünyaya gerigönderilecektir.

  • Downlink UHF vericisinin toplam çıkış gücü maximum 30dBm olacaktır. Bu güç en az 2 (iki) kademeli olarak ayarlanabilir olacaktır.

  • Uydu transponderi FC (Flight Computer) tarafından devreye alınıp çıkartılacak, böylece kullanımayacağı zamanlarda transponderin devre dışı olması sağlanacaktır.

  • Transponder en fazla 250 gram ağırlığında olacaktır.

  • Uydunun kendisi 3U standardında olacağı için hazırlanacak olan tüm birimlerin ölçüleri gerekli standard için uygun olacarak hazırlanacaktır (Örn; boyutları 9x9cm olmalı, vb.)

4SİSTEMİN YAPISAL TASARIMI / SYSTEM ARCHITECTURAL DESIGN

VHF Bandında belirlenmiş bir bant genişliğine sahip bir aralıktan sinyalleri alıp UHF bandına taşıyacak ve güçlendirerek tekrar yayınlayacak olan transponder modulünün genel yapısı aşağıdaki şekilde verilmiştir.

Şekil 2 – Transponder genel Yapısı

Yukarıdaki blok gösterimindeki birimler şu şekilde isimlendirilmektedir;

VHF anten giriş birimi,

Güç yükselteç birimi,

Mixer birimi,

VCO (Voltage Controlled Oscillator),

Band Geçiren Filtre,SAW Filtre,

Mixer,

VCO,

Güç yükselteç birimi,

UHF anten çıkış birimi.

Bu birimlerin görevleri, çalışma prensipleri, teknik özellikleri ve birbirleri ile olan ilişkileri aşağıdaki bölümlerde açıklanacaktır.

4.1Genel Yürütme (Execution) Kavramı / Concept of Execution

Transponder’in alt birimlerini ve kısaca çalışma prensinini şu adımlarla açıklayabiliriz;

  • VHF anteninden algılanan sinyaller bir helical filitre ile sınırlandırılırlar, böylece sadece belirlenmiş bir aralıktaki VHF sinyalleri bir sonraki bölüme ulaşabilecektir.

  • Anten katından gelen sinyalin kendisininin ve bu sinyalin filitreleme ile de bir miktar zayıflamaya uğrayacağı göz önüne alındığından helical filitre devresinin hemen ardından bir sinyal güçlendirme işlemi yapılmaktadır.

  • Sinyali direkt olarak UHF bandındaki yayın frekansına taşımak yerine önce başarılı bir filitrelemenin yapılabileceği 86.850 Mhz bandına birinci mixer devresi ile daha sonra asıl çıkış frekansına taşınacaktır. Bu nedenle birinci mixer frekansı olarak 58.950Mhz tercih edilmiştir.

  • Birinci mixer çıkışı da oluşabilecek zayıflamalara karşın ve sistemin hassasiyetini artırmak için bir yükselteçten geçirilmektedir.

  • Birinci mixer çıkışında oluşacak ve yükselteç devresinde yükseltilecek olan giriş frekanslarının toplam ve farklarından, frekansların toplamları bileşenini seçebilmek için sinyaller bir filitreden daha geçirilmektedir. Bu filitre sistemdeki en kritik bant genişliği seçimini yapacağı ve sinyal üzerindeki kirlenmeyi minimize etmesi gerekeceği için SAW filitre olarak tercih edilmiştir. Bu amaçla piyasadan temini kolay olan 86.850Mhz filitreler seçilmiştir.

  • 86.85Mhz bandındaki sinyalimiz ikinci mixer devresinde 524.350Mhz’lik bir sinyal ile karıştırılmaktadır. Birinci mixer çıkışının aksine, ikinci mixer çıkışında, giriş frekanslarının toplamı yerine farkının kullanılması tercih edilmiştir. Bu nedenle ikinci mixer çıkışındaki frekansımız 437.5 Mhz civarında olacaktır. Çıkış frekansının bandının belirlenmesinde temel olarak ikinci mixerde kullanılacak lokal osilatör frekansı etkili olacaktır.

  • İkinci mixer çıkışında hedeflenen UHF bandındaki frekans aralığında yer alan sinyali, uçuş bilgisayarından alınan güçlendirme katsayısı değeri kullanılarak güçlendirilip anten katına gönderilmektedir.

  • Olası anten sorunlarını algılayıp, transponderin RF çıkış devrelerinin zarar görmesini engellemek amacı ile anten katı öncesinde bir anten kuplör (antenna coupler) devresi kullanılarak buradan elde edilen bilgi çıkış RF yükseltecinin hemen önüne yerleştirilmiş bir sinyal zayıflatıcıyı kontrol etmek için kullnılmıştır. Böylece antende bir sorun oluştuğunda bu zayıflatıcı sinyal seviyesini zayıflatacak, RF yükseltecine giren RF gücü azalacağı için çıkış gücü de azalmış olacak, böylece anten katından geri yaznsıyacak RF miktarı da azaltılmış olacaktır. Bu durum RF çıkış modulünün zarar görmesini engelleyecektir.

  • Güçlendirilmiş ve çıkış frekans aralığındaki sinyal UHF anteni yardımı ile havaya/uzaya gönderilecektir.

4.1.1Otomatik Kazanç Kontrolü (AGC)

Transponder’in sağlıklı çalışması ve farklı seviyelerdeki giriş sinyallerinin sistemi olumsuz etkilememesi için RF yolu üzerinde bir kazanç kontrolü kontrol geribesleme sistemi kurmak gerekmektedir. VHF girişindeki sinyallerin seviye olarak birbirlerinden farkının maksimum 40.9dB civarinda olacağı varsayıldığında otomatik kazanç kontrolünün en az 40-45dB civarında olması gerektiği öngörülmektedir. Bu durum aşağıdaki tabloda yapılan bütçe hesapları ile değerlendirilmiştir, tablo ile ilgili varsayımlar şunlardır;

  • Çalışma frekansı 145.800Mhz’dir,

  • Yer istasyonlarının uyduya uzaklığı minimum 800Km (tepe geçişi durumu) olacaktır,

  • Yer istasyonlarının uyduya uzaklığı maksimum 3000Km (ufuk uzaklığı) olacaktır,

  • Yer istasyonu ile uydu arasındaki en yüksek kayıp 145.22dB’dir,

  • Yer istasyonları 1-500 Watt arasında çıkış gücü kullanabilirler,

  • Yer istasyonlarının her birinde 3dB iletim hattı kaybı olmaktadır,

  • Yer istasyonları 6-20dBi kazançlı antenler kullanabilirler,

  • Uydu alıcı antenimizin kazancı 2dBi’dir.

 

İstasyon-1

İstasyon-2

İstasyon-3

İstasyon-4

Çıkış Gücü (Watt)

1.00

5.00

100.00

500.00

Çıkış Gücü (dBm)

30.00

36.99

50.00

56.99

İletim Kayıpları (dB)

3.00

3.00

3.00

3.00

Anten Kazancı (dBi)

6.0

12.0

12.0

20.0

EIRP (dBm)

33.00

45.99

59.00

73.99

Polarizasyon Kaybı (dB)

3.00

3.00

3.00

3.00

Iyonosfer Zayıflatması (dB)

1.00

1.00

1.00

1.00

Uydu Anten Kazancı (dBi)

2.0

2.0

2.0

2.0

Uydu İletim Hattı Kaybı (dB)

0.20

0.20

0.20

0.20

Alıcı Gürültü Eşiği (dBm)

-138.0

-138.0

-138.0

-138.0

Uyduya Ulaşan En Zayıf Sinyal (dBm)

-114.42

-101.43

-88.42

-73.43

Siyan Gürültü Oranı (S/N dB)

23.58

36.57

49.58

64.57

 

Tablo 1 – AGC Bütçe Hesapları

Yukarıdaki tablo şu şekilde özetlenebilir; 1 watt çıkış gücüne ve 6dBi anten gücüne sahip bir istasyon ile, 500 watt çıkış gücüne sahip 20dBi kazançlı bir anten kullanan istasyon uyduya aynı uzaklıktan erişiyor iken uyduya erişen sinyal seviyeleri sırası ile -114.42 dB ve -73.43 dB olacaktır.

4.2Sistem / Alt Sistem Bileşenleri / System / Subsystem Components

Transponder altistemleri ve bu altsistemlerin birbirleri ile olan ilişkileri aşağıdaki blok diyagramında verildiği gibidir;

Şekil 3 – Transponder Altsistemleri Blok Diyagramı

Şekil 4 – İlk Transponder Prototipi

Altasitemlerin teknik özellikleri aşağıdaki bölümlerde ele alınacaktır.

4.2.1VHF Ön Yükselteç Birimi

VHF anteni tarafından algılanan sinyallerin işlenebilir düzeye getirilmesi sağlamak amacı ile yapılacak olan ön yükselteç devresinde Mini-Circuit tarafından üretilen ERA-3 elemanı kullanılacaktır.

ERA-3 seçiminde dikkate alınan frekans aralığı, gerilim seviyeleri ve kazanç oranları vb. bilgiler aşağıdaki tabloda verilmiştir;

Tablo 2 – ERA-3 Teknik Özellikleri

ERA-3 elemanının fiziksel görünümü, bacak bağşantısı ve iç devre yapısı ile ilgili görünümler aşağıdaki gibidir;

Şekil 5 – ERA-3 Bacak Bağlantısı, Devre Yapısı ve Fiziksel Görünümü

ERA-3 örnek uygulaması aşağıdaki gibidir;

Şekil 6 – ERA-3 Örnek Uygulama

4.2.2VHF Band Geçiren Helikal Filtre

Transponder’in giriş frekansındaki sinyallerin süzülmesi ve diğer bantlardaki (frekanslardaki) sinyallerin giriş sinyallerini etkilememesini sağlamak amacı ile TOKO America firmasına ait 100-240Mhz aralığında çalışabilen 145Mhz merkez frekansına sahip CBT üçlü filitresinin kullanılması planlanmıştır.

CBT seçiminde dikkate alınan frekans aralığı, zayıflatma değerleri vb. bilgiler aşağıdaki tabloda verilmiştir;

Tablo 3 – CBT Teknik Özellikleri

CBT modulünün fiziksel görünümü ve bacak bağlantı bilgileri aşağıdaki gibidir;

Şekil 7 – CBT Bacak Bağlantısı ve Fiziksel Görünümü

CBT modulünün çalışma frekans karakteristiği aşağıdaki gibidir;

Şekil 8 – CBT Frekans Tepkisi Grafiği

Kart tasarımında dikkate alınacak fiziksel boyut ve kılıf bilgileri aşağıdaki gibidir;

Şekil 9 – CBT Modülü Fiziksel Boyutları

4.2.3Güç Yükselteç Elemanı

Güç yükselteci seçiminde; çalışılacak tüm frekanslar için ayrı ayrı güç yükselteç devreleri tasarlayıp bunların özelliklerinin değerlendirilmesi yerine geniş bantlı ve çok düşük gürültü oranına sahip bir bileşen olan PHILIPS firmasının ürettiği OM2045 geniş bantlı yükselteç modulü kullanılması tercih edilmiştir.

OM2045 seçiminde dikkate alınan frekans aralığı, gerilim seviyeleri ve kazanç oranları vb. bilgiler aşağıdaki tabloda verilmiştir;

Tablo 4 – OM2045 Teknik Özellikleri

OM2045 modulünün fiziksel görünümü, iç devre yapısı ve modulün PCB’si ile ilgili görünümler aşağıdaki gibidir;

Şekil 10 – OM2045 Bacak Bağlantısı, Devre Yapısı ve Fiziksel Yapısı

OM2045 geniş bantlı yükselteç modulünün çalışma frekans aralığı için kazanç grafiği aşağıdaki gibidir;

Şekil 11 – OM2045 Kazanç-Frekans Grafiği

Kart tasarımında dikkate alınacak fiziksel boyut ve kılıf bilgileri aşağıdaki gibidir;

Şekil 12 – OM2045 Fiziksel Boyutları

4.2.4VCO (Voltage Controlled Oscillator)

Transponder birimlerinde kullanılacak frekansların üretilmesi için Silicon Labs firmasının ürettiği 10Mhz ile 1.4Ghz arasında salınım üretmek üzere programlanabilir XO/VCXO modulü Si570 kullanılması planlanmıştır. (Özel NOT: Güç harcamasının çok yüksek olacağı değerlendirilerek Si570 yerine alternatif bir VCO çözümü üzerinde araştırma yapılacaktır. 1. Prototip Si570 ile hazırlanmıştır, transponder birim testleri bu devre ile yapılacak olup ilk revizyonda Si570 bileşeninin değiştirilmesi planlanmaktadır)

Si570 seçiminde dikkate alınan frekans aralığı, gerilim seviyeleri ve kazanç oranları vb. bilgiler aşağıdaki tabloda verilmiştir;

Tablo 5 – Si570 Teknik Özellikleri

Si570’in iç devresinin blok yapısı aşağıdaki gibidir;

Şekil 13 – Si570 Blok Yapısı

Si570’in bacak bağlantıları ve fiziksel görünümü aşağıdaki gibidir;

Şekil 14 – Si570 Bacak Bağlantıları ve Fiziksel Görünümü

Kart tasarımında dikkate alınacak fiziksel boyut ve kılıf bilgileri aşağıdaki gibidir;

Şekil 15 – Si570 Fiziksel Boyutları

4.2.5Mixer (Karıştırıcı) Birimi

Mixer seçiminde aşağıda teknik özellikleri verilmiş olan 500Mhz’e kadar kullanılabilen Mini-Circuits firmasına ait ADE-1L elemanı kullanılması planlanmıştır.

Mixer olarak ADE-1L seçiminde dikkate alınan frekans aralığı, izolasyon oranları, vb. bilgiler aşağıdaki tabloda verilmiştir;

Tablo 6 – ADE-1L Teknik Özellikleri

ADE-1L elemanının fiziksel görünümü ve iç devre yapısı ile ilgili görünümler aşağıdaki gibidir;

Şekil 16 – ADE-1L Devre Yapısı ve Fiziksel Görünümü

ADE-1L VHF/UHF uygulamalarında kullanılmak üzere tasarlanmış bir karıştırıcı olup çalışma frekans aralığı için kazanç izolasyon ve çevrim kayıpları grafikleri aşağıdaki gibidir;

Şekil 17 – ADE-1L Kazanç-Frekans Grafiği

Kart tasarımında dikkate alınacak fiziksel boyut ve kılıf bilgileri aşağıdaki gibidir;

Şekil 18 – ADE-1L Fiziksel Boyutları ve Bacak Bağlantıları

4.2.6SAW Filtre

Uydu transponderinin çok dar bantlı (30-70 Khz) çalışanilmesini sağlayabilmek amacı ile RFM firmasına ait PX1002 SAW filitresi kullanılacaktır. 86.85Mhz’de çalışan filitre ±12Khz ile ±25Khz arasında çalışabilmektedir.

SAW filitresi olarak PX1002 seçiminde dikkate alınan frekans aralığı, gerilim ve güç değerleri vb. Elektriksel özelliklerine ilişkin bilgiler aşağıdaki tabloda verilmiştir;

Tablo 7 – PX1002 Teknik Özellikleri

PX1002 elemanının fiziksel görünümü ve genel uygulama devresi yapısı ile ilgili görünümler aşağıdaki gibidir;

Şekil 19 – PX1002 Uygulama Devresi ve Fiziksel Görünümü

PX1002 frekans tepkisi ve bastırma oranları aşağıdaki spektrum görüntülerindeki gibidir;

Şekil 20 – PX1002 Frekans Tepkisi Spektrum Görüntüleri

Kart tasarımında dikkate alınacak fiziksel boyut ve kılıf bilgileri aşağıdaki gibidir;

Şekil 21 – PX1002 Fiziksel Boyutları

4.2.7Çıkış Güç Yükselteç Birimi

Transponder’in UHF çıkışında sinyali 30dBm seviyesine yükseltebilmek ve sinyal seviyesini kontrol edebilmek amacı ile RFMD firmasının ürettiği RF5110G güç yükselteç modulü kullanılması tercih edilmiştir.

RF5110G seçiminde dikkate alınan frekans aralığı, gerilim seviyeleri ve kazanç oranları vb. bilgiler aşağıdaki tabloda verilmiştir;

Tablo 8 – RF5110G Teknik Özellikleri

RF5110G modulünün fiziksel görünümü, iç devre yapısı ve bacak bağlantıları ile ilgili görünümler aşağıdaki gibidir;

Şekil 22 – RF5110G Bacak Bağlantısı, Devre Yapısı ve Fiziksel Yapısı

RF5110G yükselteç modulünün çalışma frekans aralığı için kazanç grafiği aşağıdaki gibidir;

Şekil 23 – RF5110G Kazanç-Frekans Grafiği

Transponderin çalışma bandı olan 450Mhz bandı için önerilen uygulama devresi aşağıdaki gibidir;

Şekil 24 – RF5110G Uygulama Devresi

Kart tasarımında dikkate alınacak fiziksel boyut ve kılıf bilgileri aşağıdaki gibidir;

Şekil 25 – RF5110G Fiziksel Boyutları

4.2.8Kuplör birimi

UHF antenine gönderilen RF sinyallerdeki giden ve dönen güç miktarlarını ölçmek amacı ile SYDC-20-13HP+ elemanı kullanılacaktır.

SYDC-20-13HP+ seçiminde dikkate alınan frekans aralığı ve performansdeğerleri aşağıdaki grafiklerde verilmiştir;

Şekil 26 – SYDC-20-13HP+ Teknik Özellikleri

SYDC-20-13HP+ modulünün fiziksel görünümü, iç devre yapısı ve modulün PCB’si ile ilgili görünümler aşağıdaki gibidir;

Şekil 27 – SYDC-20-13HP+ Bacak Bağlantısı, Devre Yapısı ve Fiziksel Yapısı

Kart tasarımında dikkate alınacak fiziksel boyut ve kılıf bilgileri aşağıdaki gibidir;

Şekil 28 – SYDC-20-13HP+ Fiziksel Boyutları

4.3Arayüz Tasarımı / Interface Design

Transponder birimi; enerji ihtiyacını karşılamak, çalışacağı güç miktarını belirlemek, RF sinyali almak ve RF sinyali gönderebilmek amacıyla dış birimler ile arayüzlere sahiptir. Bu dış arayüzler;

  • GC-TR-AY01 : Güç birimi ile transponder birimi arasındaki arayüz,

  • TR-UB-AY01 : Transponder birimi ile uçuş bilgisayarı birimi arasındaki arayüz,

  • TR-UA-AY01 : UHF anten birimi ile transponder birimi arasındaki arayüz,

  • VA-TR-AY01 : Transponder birimi ile VHF anten birimi arasındaki arayüz’dür.,

Transponder birimi ile diğer uydu birimleri arasındaki dış arayüzler aşağıdaki şekilde gösterilmiştir;

Şekil 29 – Transponder Dış Arayüzleri

Transponder biriminin dış arayüzlerinin fiziksel ve mantıksal detayları aşağıdaki bölümlerde detaylı bir şekilde ele alınacaktır.

4.3.1GC-TR-AY01

GC-TR-AY01 güç birimi ile transponder birimi arasındaki dış arayüzdür. Bu arayüzün amacı uydunun güç üreten birimlerinden (pil, güneş paneli, vb.) elde edilen gücü transponder modulüne aktarmaktır.

Bu arayüz ile transponder kartına ihtiyaç duyulacak 3.3V ve 5V gerilimlerin sağlanması hedeflenmiştir.

Şekil 30 – PC104 Konnektörü ve Kart geçişleri

GC-TR-AY01 arayüzü kart üzerindeki PC104 konnektörü ile sağlanacaktır. Bu konnektör üzerinde tüm moduller arasında paylaşılan ortak ve özerk sinyaller tüm kartlar için paylaşılmaktadır.

Bu arayüz ile sağlanacak gerilimlerin uydu üzerinde bulunan EPS (Electrical Power System) tarafından regüle edilmiş DC (Direct Current) gerilimler olacaktır. Bu gerilimler ±0.05V’dan daha büyük bir sapmaya sahip olmamalıdır. Bu değer sistem üzerindeki en düşük gerilim sapma hassasiyeti olan bileşen göz önüne alınarak belirlenmiştir.

Prototip çalışmalarında EPS modulü olmayacağı için prototip kartlar üzerinde gerilim regülatörleri bulundurularak yapılacak ölçümlerin doğru olması sağlanmalıdır.

4.3.2TR-UB-AY01

TR-UB-AY01 transponder birimi ile uçuş bilgisayarı arasındaki dış arayüzdür. Bu arayüzün amacı, uydunun ayarlanmış görev planı uyarınca veya uydudaki güç harcama verilerini değerlendirerek oluşturduğu transponder verici çıkış gücü değiştirme kararlarını, transponder biriminin çıkış gücünün ayarlaması amacıyla sayısal olarak kontrol edilmesidir.

Bu arayüz ile transponder kartına güç seviyesi birden fazla bağlantı ile ve TTL (Transistor-Transistor Logic) gerilim seviyelerinde ulaştırılacaktır.

Şekil 31 – PC104 Konnektörü ve Kart geçişleri

TR-UB-AY01 arayüzü kart üzerindeki PC104 konnektörü ile sağlanacaktır. Bu konnektör üzerinde tüm moduller arasında paylaşılan ortak ve özerk sinyaller tüm kartlar için paylaşılmaktadır.

Bu bağlantıda kabul edilecek TTL gerilim seviyeleri aşağıdaki gibi olacaktır;

 

TTL Seviyesi

Gerilim (Volt)

Min

Max

Mantıksal 0

0.0

0.8

Mantıksal 1

2.7

5.0

 

Tablo 9 – TTL Gerilim Seviyeleri

Prototip çalışmalarında görev bilgisayarından gelecek kontrol sinyali atlayıcı bağlatılar (jumper) kullanılarak yapılacaktır.

4.3.3TR-UA-AY01

TR-UA-AY01 transponder birimi ile UHF anten birimi arasındaki dış arayüzdür. Bu arayüzün amacı, transponderda üretilen RF enerjisinin havaya yayınlanması amacıyla UHF anten birimine gönderilmesidir.

Bağlantı noktası konnektörü kart tipi doksan derece SMA (SunMiniature version A) konnektör olacaktır.

Şekil 32 – Kart Tipi 90º SMA Konnektör

Bu konnektör ile anten elemanı arasında 50 ohm empedansa sahip düşük kayıplı koaksiyel kablo geçişi tercih edilecektir.

4.3.4VA-TR-AY01

VA-TR-AY01 VHF anten birimi ile transponder birimi arasındaki dış arayüzdür. Bu arayüzün amacı, VHF antene gelen RF sinyallerini elektriksel olarak transponderda transponder birimine iletilmesidir.

Bağlantı noktası konnektörü kart tipi doksan derece SMA (SunMiniature version A) konnektör olacaktır.

Şekil 33 – Kart Tipi 90º SMA Konnektör

Bu konnektör ile anten elemanı arasında 50 ohm empedansa sahip düşük kayıplı koaksiyel kablo geçişi tercih edilecektir.

4.4Test ve Performans Değerlendirme / Test and Performance Evaluation

Transponder masa üstü testlerini yapabilmek ve teknik özellikleri açısından yapılmış olan devrenin test edilebilmesi amacı ile gerçek ölçülerine uygun bir kart tasarımı yapılmıştır. Kart tasarımı yapılırken, kart mevcut imkanlarla hızlıca hazırlanabilmesi hedef alınmış olup, gerçek sistemin kısıtlarından daha çok teknik tetlerde alınacak verilerin doğruluğu hedef seçilmiştir. Bu nedenle hazırlanan kartın uzay şartları testlerine tabii tutulması hedeflemnmemiş, labratuvar ortamı elektronik testleri için veri oluşturulması planlanmıştır.

Şekil 34 – Prototip İçin Hazırlanan baskılı Devre Kartının Görüntüsü

PCB üzerinde numaralandırılmış olan bölümler şunlardır;

  1. PC104 geçiş Konnektörü,

  2. VHF Anten Giriş Konnektörü,

  3. Helikal Filtre,

  4. Ön Yükselteç Birimi,

  5. Regülatör,

  6. SAW Filtre,

  7. Mikrodenetleyici Birimi,

  8. VCO-1,

  9. VCO-2,

  10. UHF Anten Çıkış Konnektörü.

Yukarıda birimleri tanımlanan baskılı devre kartının hazırlanmış ve testlerde kullanılacak olan halinin fotoğraf görüntüsü aşağıdaki gibidir;

Şekil 35 – Prototip Baskılı Devre kartının Fotoğrafı

5GEREKSİNİMLERİN İZLENEBİLİRLİĞİ / REQUIREMENTS TRACEABILITY

Mevcut sistemin temel gereksinimleri için izlenebilirlik tablosu, yapılacak test aşamalarında oluşturulan test prosedürleri ile ilgili açıklamalar kritik tasarım denetim fazı için bu bölümde ele alınacaktır.

6NOTLAR / NOTES

6.1KISALTMALAR

3U 3 Units (10x10x30 cm)

AGC Automatic Gain Control (Otomatik Kazanç Kontrolü)

AM Amplitude Modulation (Genlik Modulasyonu)

cm Santimetre

CW Continious Wave (Devamlı Dalga Modulasyonu)

dB Desibel

FC Flight Computer (Uçuş Bilgisayarı)

FM Frequency Modulation (Frekans Modulasyonu)

IF Intermediate Frequency (Arafrekans)

Khz KiloHertz

LO Local Oscilator (Yerel Osilatör)

Mhz MegaHertz

PCB Printed Circuit Board (Baskılı Devre Kartı)

RF Radio Frequency (Radyo Frekans)

SAW Surface Acoustic Waves

SMA SunMiniature version A

SSB Single Side Band (Tek Yan Band Modülasyonu)

TTL Transistor to Transistor Logic

UHF Ultra Hight Frequency

VCO Voltage Controlled Oscillator

VHF Very High Frequency

VCXO Voltage Controlled Crystal Oscillator

XO Crystal Oscillator

SSDD Dokümanı’nı aşağıdaki linkten indirebilirsiniz:

EK-1_TAMSAT_TRANSPONDER_SSDD

DİKKAT !!!  Bu yazı TAMSAT Tarafından TURKSAT 3USAT uydusuna yerleştirilmekiçin prototip çalışması yapılan ilk VHF/UHF transponder’a ait Sistem/Altsistem Tanımlama dokümanıdır. Bu transponder çalışması yapılan TWACtestleri sonrasında değiştirilmiş ve TAMSAT VHF/UHF Transponder V2.0 iledeğiştirilmiştir. V2.0 için detaylar başka bir yazı kapsamında ele alınacaktır.

TAMSAT MicroBeacon

Uydu sistemlerinin kalp atışı olarak da adlandırlabilecek “BEACON” sinyallerinin amacı, uydunun sağlık durumu hakkındaki bilgiyi en kolay yolla takip eden izleme istasyonlarına ulaştırmaktır.
Beacon sinyalleri en basit alıcı/algılayıcı sistemlerle bile algılanabilecek şekilde ve uydunun diğer tüm birimlerinden bağımsız olarak tasarlanırlar. TAMSAT tarafından hazırlanan ve küp uydularda
kullanılması hedeflenen beacon arayüzleri konusundaki bilgiler bu doküman kapsamında konfigürasyon altına alınacaktır.

TAMSAT Proje Yönetimi

 Site Yöneticisi
 1 Ocak 2010

– Proje yöneticisi; TAMSAT Yönetim Kuruluna karşı, yürütülen tüm faaliyetlerden zamanında ve doğru bilgilendirmekten sorumludur.

– Konumu itibariyle projenin tümü hakkında bilgi sahibidir, projenin işlerliğini ve koordinasyonunu yürütür.

– Gerektiğinde grup ve takımlar arasında koordinasyon işlevini, görev dağılımını düzenler.

TAMSAT Dijital Yük Modül Grubu

 Site Yöneticisi
 1 Ocak 2010

– Yürütülen çalışmalarda Proje Yöneticisine karşı sorumludur.

– Proje aşamaları, ileri öngörü planlamalar ve entegrasyonda senkronizasyon sağlanması amacıyla Entegrasyon Grup liderini bilgilendirir.

– Faydalı Yük (PayLoad)’ın genel planlamasından ve kendisine bağlı alt modül tasarımcılarının personel, zaman ve bütçe çalışmalarını yürütür.

TAMSAT CAD/CAM/Animasyon Takımı

 Site Yöneticisi
 1 Ocak 2010

– Takım lideri; yürütülen çalışmalarla ilgili Proje Yöneticisine karşı sorumludur.

– Takım; projelerin işlevselliğinin arttırılması, uygulayıcıların modülleri ve yerleşimlerini sayısal ortamda simüle edilerek inceleyebilmeleri için ölçekli teknik çizimleri hazırlar, hazırlanacak olan animasyonlarla amatör uydu 3D ortamda incelenir, Türkçe kaynak ve (özellikle okullarda ve web video paylaşımlarında) görsel eğitim çalışmalarına destek sağlarlar.

TAMSAT Amatör Uydu Lab. Enteg. ve Test Takımı

 Site Yöneticisi
 1 Ocak 2010

– Takım lideri; Proje Yöneticisine bağlı olarak faaliyet yürütür.

– Takım; amatör uydu yükü dahil, uydunun tümünün uzay ortamı için hazırlık (ısıl, titreşim vb.) testlerini gerçekleştirir.

– Bu sistemlerin birbirleri ile sorunsuz çalışıp çalışmadığını denetler,

Sayfa 1 ile 212