Nanosatellit W-Cube Neue Frequenzen: Erstmals Testsignale im Q- und W-Band aus dem Orbit

| Aktualisiert am 07.09.2021Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Seit August dieses Jahres sendet der Nanosatellit W-Cube im erdnahen Orbit auf 37,5 und 75 GHz. Der Test ist für zwei Jahre angelegt und Forscher wollen damit neue Erkenntnisse über die Erschließung neuer Frequenzen gewinnen.

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Neue Frequenzen: Der Nanosatellit W-Cube sendet in einer Höhe von 500 km Testsignale im Q- und W-Band (37,5 und 75 GHz), um neue Frequenzen für zukünftige Datenübertragungen zu erschließen.
Neue Frequenzen: Der Nanosatellit W-Cube sendet in einer Höhe von 500 km Testsignale im Q- und W-Band (37,5 und 75 GHz), um neue Frequenzen für zukünftige Datenübertragungen zu erschließen.
(Bild: Joanneum Resarch / Bergmann)

Der Nanosatellit W-Cube sendet aus einem erdnahen Orbit auf einer Umlaufbahn in einer Höhe von 500 km seine Testsignale im Q- und W-Band. Damit unterscheidet sich der Satellit zwar von zukünftigen operationellen Satelliten, die das W-Band in einer geostationären Umlaufbahn nutzen werden, jedoch erlaubt die Nähe zur Erde bei der Messung entscheidende Zeitvorteile und der Einfluss durch Wetterlagen ändert sich kaum. Basierend auf den Messdaten wird ein statistisches Modell entwickelt, das die Planung und Dimensionierung zukünftiger Satellitenstrecken in diesem Frequenzbereich ermöglichen soll.

Der Satellit wurde im Rahmen des Verbundprojekts „ARTES“ gebaut. Die recht exotischen Frequenzen des Q- (33 bis 50 GHz) und W-Bandes (75 bis 110 GHz) zeigen, dass die nutzbaren Frequenzen langsam knapp werden. Funkfrequenzen und Bandbreiten sind eine global heiß umkämpfte Ressource. Treiber ist das Internet der Dinge (IoT) und die Kommunikation zwischen den Geräten. Die Kommunikation über das W-Band über einen Satelliten ist für die Entwickler Neuland.

Minisatellit mit zweijähriger Messkampagne

Mit dem Start des Minisatelliten beginnt eine zweijährige Messkampagne, bei der Testsignale routinemäßig am Boden empfangen und verarbeitet werden. Die Testsignale werden von einer Antenne am Dach des Johanneum-Research-Standorts in Graz empfangen. Die Empfangsantenne wurde vom Projektpartner Luis Cupido Technologies entwickelt, der Satellit von Reaktor Space Lab, Fraunhofer und VTT Technical Research Centre of Finland, die eingegangenen Daten werden vom Team der Johanneum Research und der Universität Stuttgart ausgewertet.

Rauscharme Elektronik ist notwendig

Für präzise und aufschlussreiche Messungen der Kanalausbreitung zwischen Orbit und Erde wird hochempfindliche und extrem rauscharme Elektronik benötigt. Hierzu besitzt der Projektpartner Fraunhofer IAF umfangreiche Expertise und hat im Zuge des Projekts sowohl für den Satelliten selbst als auch für die Bodenstation Hochfrequenz-Frontends entwickelt. Die HF-Komponenten bestehen aus Frequenzvervielfachern sowie Treiber- und Leistungsverstärker für die beiden Frequenzbänder Q- und W-Band.

Die Forscher mussten ein Sendemodul mit ausreichender Ausgangsleistung bis zum W-Band entwickeln, um ein optimales Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) auch unter nicht idealen atmosphärischen Bedingungen zu gewährleisten. Dem Team um Projektleiter Markus Rösch vom Fraunhofer IAF ist es gelungen, durch den Einsatz der institutseigenen Technik die notwendigen Sendermodule mit der notwendigen Leistung zu entwerfen. Diese wurden in Split-Block-Gehäusen aufgebaut, ebenso wie die Frequenzvervielfacher.

Das Verbundprojekt ARTES

Den Satellit W-Cube haben Forscher im Rahmen des Verbundprojekts ARTES – Advanced Technology CubeSat-based W-band channel measurements entwickelt. Das Projektkonsortium besteht aus: Joanneum Research, die das Projekt leiten, Fraunhofer IAF, LC Technologies (LCT), Millimetre Wave Laboratory of Finland (MilliLab), Reactor Space Lab Oy (RSL), der Universität Stuttgart und der Katholieke Universiteit Leuven.

In den ersten zwei erfolgreich abgeschlossenen Projektphasen wurden der Nanosatellit und eine korrespondierende Bodenstation entwickelt und aufgebaut, die nun in der dritten Projektphase Daten für die Erschließung des Q- und W-Bands aus einer erdnahen Umlaufbahn sammeln. Das Fraunhofer IAF hat die Hochfrequenz-Frontends für den Satelliten und die Bodenstation entwickelt, einschließlich Medium Power Amplifiers (MPAs), Low Noise Amplifiers (LNAs), Frequenzvervielfacher und Mischer.

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