Golven
Telecommunicatie-satellieten beroepen zich op de voortplantings-eigenschappen van elektromagnetische golven om informatie over te brengen. De informatie wordt uitgezonden via draaggolven in duidelijk begrensde frequentiebanden. We onderscheiden drie verschillende soorten golven: de grondgolf, de ruimtegolf en de directe golf. De grondgolf ontstaat bij een frequentie van 3 kHz tot 3000 kHz (VLF – MF), deze buigt met de aarde af. De ruimtegolf ontstaat bij een frequentie van 3 MHz tot 30 MHz (HF) en deze gaat de atmosfeer in, maar wordt de ionosfeer teruggekaatst naar de aarde. De directe golf krijgen we bij een frequentie van 30 MHz tot 300 GHz (VHF – EHF), de golfen planten zich rechtlijnig voort en gaan dwars door de ionosfeer. We gebruiken de directe golf voor satellietcommunicatie. Hier is de wetenschap druk mee bezig en wordt de laatste tijd veel geld ingestoken. We kunnen hiermee enorme afstanden overbruggen en zelfs grote delen van het aardoppervlak bestrijken.
Grondgolf (VLF-MF)
Ruimtegolf (HF)
Directe golf (VHF-EHF)
De signalen die door een grondstation uitgezonden worden, moeten de klimatologische omstandigheden in de atmosfeer trotseren. Daarom worden deze signalen uitgezonden in de SHF-band (3GHz-30GHz), want hoe hoger de frequentie hoe sterker het signaal. De frequenties waarop uitgezonden wordt bij up- en downlink zijn verschillend, om interferentie van beide signalen te vermijden. De frequentie bij uplink is steeds groter dan bij downlink, dit kan niet andersom omdat de satelliet dan veel energie nodig heeft op het signaal in frequentie te verhogen.
Om het signaalverlies te beperken, wordt de ontvangen energie met behulp van reflectoren geconvergeerd in smalle bundels van enkele meters breed. Het ontvangstgebied waar dit signaal ontvangen kan worden is als het ware de voetafdruk van de satelliet, en wordt de footprint genoemd. Eén satelliet kan verschillende gebieden van de aarde bestrijken. Het signaal komt het sterkst door in het hart van de footprint en hoe verder we aan de rand komen, des te groter moet de schotel (antenne) worden waarmee we willen ontvangen. De geringste verandering van het gezichtsveld van de grond- of satellietantennes kunnen leiden tot een verslechtering of verlies van het signaal. Om maximale precisie te handhaven, zijn satellieten uitgerust met stabilisatie- en richtsystemen om externe verstoringen tegen te gaan en bijna permanent in contact te blijven met de grond. Bij gebruik van dezelfde frequentiebanden als aardse radionetwerken kunnen storingen ontstaan. Daarom worden grondstations vaak buiten de stedelijke gebieden geplaatst en specifieke frequentiebanden gereserveerd voor telecommunicatie via satelliet.
Frequenties voor telecommunicatie
C- en Ku-banden worden normaal gesproken gebruikt voor digitale TV uitzendingen. Het frequentiegebied dat gebruikt kan worden voor satellietcommunicatie begint bij ongeveer 20 MHz en eindigt bij ongeveer 40 GHz. Signalen met een lage frequentie zijn niet geschikt voor het transporteren van grote hoeveelheden data per seconde. Verder gedraagt de aardse atmosfeer zich verschillend voor diverse frequenties. Lage en bijzonder hoge frequenties worden in hoge mate geabsorbeerd wanneer ze door onze atmosfeer dringen. Waterdamp in atmosfeer veroorzaakt een verzwakking rond 22 GHz. En de door regen veroorzaakte verzwakking neemt dramatisch toe bij het oplopen van de frequentie. Dit laatste is de reden dat de Ka band populairder is voor internettoegang met hoge snelheden dan voor de klassieke satelliet TV. Wanneer we het hebben over het verzenden van data van/naar het globale netwerk, is het verliezen van een paar pakketjes geen groot probleem. De apparatuur zal zorg dragen voor het net zolang vragen om de ontbrekende data totdat we uiteindelijk de webpagina zien zoals hij oorspronkelijk ontworpen was. De vertraging van een fractie van een seconde of zelfs langer vormt gewoonlijk geen enkel probleem bij de op internet gebaseerde communicatie. Uiteraard kunnen we ditzelfde niet zeggen over digitale TV ontvangst.
Omdat we continu meer en meer signalen met grote bandbreedte nodig hebben en de lagere banden tot de nok toe vol beginnen te raken, biedt de Ka-band aanvullende frequentiegebieden op al in gebruik zijnde satellietposities. Maar omdat hogere frequenties veel meer afhankelijk zijn van het weer dan de Ku-band en in het bijzonder de C-band, is het verplaatsen van digitale TV transponders van de lagere banden naar de Ka-band een heel riskante stap, tenzij het te bereiken gebied op de wereld gewoonlijk erg droog is.