Băng tần IEEE Ku
– Dải tần số: 12-18 GHz
– Dải bước sóng: 2,5-1,67 cm.
Băng tần Ku (/ˌkeɪˈjuː/) là một phần của phổ điện từ trong dải vi sóng có tần số từ 12 đến 18 gigahertz (GHz). Biểu tượng này là viết tắt của “K-under” (nguyên văn tiếng Đức: Kurz-unten), bởi vì nó là phần dưới của dải NATO K ban đầu, được chia thành ba dải (Ku, K và Ka) vì sự hiện diện của cực đại cộng hưởng hơi nước trong khí quyển ở 22,24 GHz, (1,35 cm) khiến trung tâm không thể sử dụng được để truyền tầm xa. Trong các ứng dụng radar, nó nằm trong khoảng từ 12 đến 18 GHz theo định nghĩa chính thức về danh pháp dải tần radar trong Tiêu chuẩn IEEE 521-2002.
Băng tần Ku chủ yếu được sử dụng cho thông tin vệ tinh, đáng chú ý nhất là đường xuống được sử dụng bởi các vệ tinh phát sóng trực tiếp để phát sóng truyền hình vệ tinh và cho các ứng dụng cụ thể như Vệ tinh chuyển tiếp dữ liệu theo dõi của NASA được sử dụng cho thông tin liên lạc của Trạm vũ trụ quốc tế (ISS) và các vệ tinh Starlink của SpaceX. Các vệ tinh băng tần Ku cũng được sử dụng cho các đường truyền ngược và đặc biệt là vệ tinh từ các địa điểm ở xa trở lại trường quay của mạng truyền hình để chỉnh sửa và phát sóng. Băng tần được Liên minh Viễn thông Quốc tế (ITU) chia thành nhiều phân khúc khác nhau tùy theo khu vực địa lý. NBC là mạng truyền hình đầu tiên liên kết phần lớn các nguồn cấp dữ liệu liên kết của mình qua băng Ku vào năm 1983.
Một số tần số trong băng tần vô tuyến này được sử dụng trong súng radar được cơ quan thực thi pháp luật sử dụng để phát hiện các phương tiện chạy quá tốc độ, đặc biệt là ở châu Âu.
Phân đoạn và khu vực
Mỹ
Các phân đoạn ở hầu hết Bắc và Nam Mỹ được đại diện bởi ITU Vùng 2 từ 11,7 đến 12,2 GHz (Tần số dao động cục bộ (LOF) 10,75 đến 11,25 GHz), được phân bổ cho FSS (dịch vụ vệ tinh cố định), đường lên từ 14,0 đến 14,5 GHz. Có hơn 22 vệ tinh băng tần FSS Ku quay quanh Bắc Mỹ, mỗi vệ tinh mang 12 đến 48 bộ phát đáp, 20 đến 120 watt mỗi bộ phát đáp và yêu cầu ăng-ten dài 0,8 m đến 1,5 m để thu sóng rõ ràng.
Phân đoạn 12,2 đến 12,7 GHz (LOF 11,25 đến 11,75 GHz) được phân bổ cho BSS (dịch vụ vệ tinh quảng bá). BSS (Vệ tinh phát sóng trực tiếp DBS) thường mang 16 đến 32 bộ phát đáp băng thông 27 MHz chạy ở công suất 100 đến 240 watt, cho phép sử dụng ăng-ten thu nhỏ tới 450 mm.
Châu Âu và Châu Phi
Các phân đoạn trong các khu vực đó được đại diện bởi ITU Khu vực 1 và chúng là các băng tần 11,45 đến 11,7 và 12,5 đến 12,75 GHz được phân bổ cho FSS (dịch vụ vệ tinh cố định, đường lên 14,0 đến 14,5 GHz). Ở Châu Âu, băng tần Ku được sử dụng từ 10,7 đến 12,75 GHz (LOF Thấp 9,750 GHz, LOF Cao 10,600 GHz) cho các dịch vụ vệ tinh quảng bá trực tiếp chẳng hạn như các dịch vụ do vệ tinh Astra mang theo. Phân đoạn 11,7 đến 12,5 GHz được phân bổ cho BSS (dịch vụ vệ tinh quảng bá).
Úc
Úc là một phần của ITU Khu vực 3 và môi trường pháp lý của Úc cung cấp giấy phép loại bao gồm đường liên kết xuống từ 11,70 GHz đến 12,75 GHz và đường lên từ 14,0 GHz đến 14,5 GHz.
Indonesia
ITU đã phân loại Indonesia là Khu vực P, các quốc gia có lượng mưa rất cao. Tuyên bố này đã khiến nhiều người không chắc chắn về việc sử dụng băng tần Ku (11-18 GHz) ở Indonesia. Sử dụng tần số cao hơn 10 GHz trong khu vực mưa lớn thường cho kết quả kém. Vấn đề này có thể được giải quyết bằng cách sử dụng ngân sách liên kết thích hợp khi thiết kế liên kết truyền thông không dây. Công suất cao hơn có thể khắc phục sự tổn hao do mưa.
Các phép đo suy giảm mưa ở Indonesia đã được thực hiện đối với các liên kết thông tin vệ tinh ở Padang, Cibinong, Surabaya và Bandung. Mô hình DAH để dự báo suy giảm lượng mưa có giá trị đối với Indonesia, cũng như mô hình của ITU. Mô hình DAH đã trở thành khuyến nghị của ITU từ năm 2001 (Khuyến nghị số ITU-R P.618-7). Mô hình này có thể tạo ra một liên kết khả dụng 99,7% để băng tần Ku có thể được áp dụng ở Indonesia.
Việc sử dụng băng tần Ku cho liên lạc vệ tinh ở các vùng nhiệt đới như Indonesia đang trở nên thường xuyên hơn. Một số vệ tinh phía trên Indonesia có bộ phát đáp băng tần K và thậm chí cả bộ phát đáp băng tần Ka. Newskies (NSS 6), ra mắt vào tháng 12/2002 và được định vị ở 95° Đông, chỉ chứa các bộ tiếp sóng băng tần Ku có dấu ấn ở Indonesia (Sumatra, Java, Borneo, Celebes, Bali, Nusa Tenggara, Moluccas). NSS 6 dự định sẽ được thay thế bằng SES-12 tại cùng một địa điểm, ra mắt vào tháng 6/2018 và mang theo bộ phát đáp băng tần 54 Ku. Vệ tinh iPSTAR, được phóng vào năm 2004 cũng sử dụng dấu chân băng tần Ku. Các vệ tinh khác cung cấp dải Ku phủ sóng Indonesia là Palapa D, MEASAT 3/3A, JCSAT-4B, AsiaSat 5, ST 2, Chinasat 11, Korea Telecom Koreasat 8/ABS 2 (nửa cuối năm 2013) và SES-8.
Lực lượng khác
Các phân bổ khác của ITU đã được thực hiện trong băng tần Ku cho nghiệp vụ cố định (tháp vi ba), nghiệp vụ vô tuyến thiên văn, nghiệp vụ nghiên cứu không gian, dịch vụ di động, dịch vụ vệ tinh di động, dịch vụ định vị vô tuyến (ra đa), dịch vụ vô tuyến nghiệp dư và định vị vô tuyến. Tuy nhiên, không phải tất cả các dịch vụ này đều thực sự hoạt động trong băng tần này và những dịch vụ khác chỉ là những người dùng nhỏ.
Ưu điểm
So với băng tần C, băng tần Ku không bị hạn chế tương tự về công suất để tránh nhiễu với các hệ thống vi ba trên mặt đất và công suất của các đường lên và đường xuống của nó có thể được tăng lên. Công suất cao hơn này cũng chuyển thành các đĩa thu nhỏ hơn và chỉ ra sự tổng quát giữa đường truyền của vệ tinh và kích thước của đĩa. Khi công suất tăng, kích thước của đĩa ăng-ten sẽ giảm. Điều này là do mục đích của phần tử đĩa của ăng-ten là thu thập các sóng tới trên một khu vực và tập trung tất cả chúng vào phần tử thu thực tế của ăng-ten, được gắn phía trước đĩa (và hướng ngược về phía mặt của nó); nếu sóng có cường độ cao hơn, thì cần thu ít sóng hơn để đạt được cường độ tương tự ở phần tử tiếp nhận.
Một điểm hấp dẫn chính của băng tần so với các băng tần vi ba tần số thấp hơn là các bước sóng ngắn hơn cho phép độ phân giải góc đủ để phân tách tín hiệu của các vệ tinh liên lạc khác nhau đạt được bằng ăng ten parabol trên mặt đất nhỏ hơn. Từ tiêu chí Rayleigh, đường kính của đĩa parabol cần thiết để tạo ra một dạng bức xạ với độ rộng chùm tia góc cho trước (độ lợi) tỷ lệ thuận với bước sóng và do đó tỷ lệ nghịch với tần số. Ở tuổi 12 GHz, đĩa 1 m có khả năng tập trung vào một vệ tinh trong khi loại bỏ đủ tín hiệu từ vệ tinh khác chỉ cách đó 2 độ. Điều này rất quan trọng vì các vệ tinh trong dịch vụ FSS (Dịch vụ vệ tinh cố định) (11,7-12,2 GHz ở Hoa Kỳ) chỉ cách nhau 2 độ. Ở tốc độ 4 GHz (băng tần C), cần có đĩa 3 m để đạt được độ phân giải góc hẹp này. Lưu ý mối tương quan tuyến tính nghịch đảo giữa kích thước và tần số đĩa. Đối với các vệ tinh Ku trong dịch vụ DBS (Vệ tinh phát sóng trực tiếp) (12,2-12,7 GHz ở Hoa Kỳ), có thể sử dụng các đĩa nhỏ hơn nhiều so với 1 m vì các vệ tinh đó cách nhau 9 độ. Khi các mức công suất trên cả C và Ku các vệ tinh băng tần đã tăng lên trong những năm qua, độ rộng chùm tia của đĩa trở nên quan trọng hơn nhiều so với mức tăng.
Băng tần Ku cũng mang đến cho người dùng sự linh hoạt hơn. Kích thước đĩa nhỏ hơn và sự tự do của hệ thống dải Ku khỏi các hoạt động trên mặt đất giúp đơn giản hóa việc tìm kiếm một vị trí đĩa phù hợp. Đối với người dùng cuối, băng tần Ku thường rẻ hơn và cho phép ăng-ten nhỏ hơn (do tần số cao hơn và chùm tia tập trung hơn). Băng tần Ku cũng ít bị ảnh hưởng bởi mưa mờ hơn so với phổ tần số của băng tần Ka.
Nhược điểm
Tuy nhiên, có một số nhược điểm của hệ thống băng tần Ku. Khoảng 10 GHz là đỉnh hấp thụ do sự giãn hướng của các phân tử trong nước lỏng. Trên 10 GHz, tán xạ Mie chiếm ưu thế. Hiệu quả là sự xuống cấp rõ rệt, thường được gọi là mưa phai, khi mưa lớn (100 mm/h). Vấn đề này có thể được giảm thiểu bằng cách truyền tín hiệu có công suất cao hơn từ vệ tinh để bù lại. Do đó, các vệ tinh băng Ku thường yêu cầu nhiều năng lượng hơn để truyền so với các vệ tinh băng C.
Một sự tổn hao khác do thời tiết gây ra được gọi là “snow fade” không dành riêng cho dải Ku. Đó là do tuyết hoặc băng tích tụ trên đĩa làm thay đổi đáng kể tiêu điểm của nó.
Ăng-ten trạm Trái đất của nhà điều hành vệ tinh yêu cầu điều khiển vị trí chính xác hơn khi hoạt động ở băng Ku do tiêu cự chùm tia hẹp hơn nhiều so với băng C đối với đĩa có kích thước nhất định. Độ chính xác phản hồi vị trí cao hơn và ăng-ten có thể yêu cầu hệ thống điều khiển vòng kín để duy trì vị trí dưới tải trọng gió của bề mặt đĩa.
Băng tần radio:
– ITU: 1 (ELF); 2 (SLF); 3 (ULF); 4 (VLF); 5 (LF); 6 (MF); 7 (HF); 8 (VHF); 9 (UHF); 10 (SHF); 11 (EHF); 12 (THF).
– EU / NATO / US ECM: A; B; C; D; E; F; G; H; I; J; K; L; M; N.
– IEEE: HF; VHF; UHF; L; S; C; X; Ku; K; Ka; V; W; mm.
– TV và radio khác: I; II; III; IV; V; VI; VII; v; t; e.
