Aalto-1 nanosatelliitin S-kaistan lähetin

Abstract

Tässä työssä esitellään Aalto-1 satelliitin S-kaistan lähettävän radion suunittelu. Aalto-1 on CubeSat-standardiin perustuva kaukokartoitussatelliitti, jossa on hyötykuormina kolme tieteellistä instrumenttia: korkearesoluutioinen AaSI sepktrikamera, säteilymittari ja plasmajarru. Spektrikamera tuottaa informaatiota jopa useita kymmeniä megatavuja yhden kuvauksen aikana, joten lähettimeltä vaaditaan suurta tiedonsiirtonopeutta. Työssä määritellään vaatimukset, jotka perustuvat CubeSat-satelliittien tehorajoituksiin, avaruusolosuhteiden haasteisiin sekä linkkibudjettisimulaatioihin. Lähetin rakennetaan kaupallisista komponteista, jotka on valittu edellä määritettyjen rajoitteiden perusteella. Lähettimen topologia perustuu Texas Instruments:n CC2500 lähetin-vastaanottimeen, RFMD:n RF5602 tehovahvistimeen ja Texas Instuments:n MSP430 mikro-ohjaimeen. RF-sovituspiirit suunnitellaan käyttäen RF-piirisimulaattoreita ja toteutetaan mikroliuskatekniikalla. Lähettimelle suunniteltiin ensimmäinen prototyyppilevy sekä kehitettiin mikro-ohjaimen ohjelmiston ensimmäinen versio. Prototyypin ensimmäiset funktionaaliset testit osoittavat, että suunniteltu lähettimen rakenne pystyy täyttämään sille asetetut vaatimukset. RF-sovituspiirien testit osoittavat, että sovituspiirien suunnitelmat vaativat jatkokehitystä, jotta lähetin pystyy tuottamaan lähetyksessä tarvittavan tehotason.

Aalto-1 is a CubeSat type nanosatellite mission used for Earth-observation. The satellite requires a radio link with high data throughput. The satellite carries AaSI spectral imager which is able to produce tens of megabytes of scientific data during an orbit period. In this thesis the design and implementation of an S-band transmitter for the Aalto-1 nanosatellite are presented. Requirements for the transmitter are defined by data throughput simulation, the CubeSat power limitations and the space environment. Based on the derived requirements, commercially available off-the-shelf components are selected. The transmitter consists of Texas Instruments CC2500 transceiver, RF Micro Devices RF5602 power amplifier and Texas Instruments MSP430 microcontroller. The RF transmission lines are designed and implemented with microstrip elements by using RF circuit simulators. First prototype board of the transmitter is implemented, as well as, control software developed for the microcontroller. First tests of the prototype indicate that the chosen architecture is capable of fulfilling the design requirements. The test results with the RF transmission lines indicate that further optimization work is required in order to deliver the maximum RF power to the output of the transmitter.