Communications Subsystem Test Bench and Design Verification for Foresail-1 CubeSat
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Sähkötekniikan korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2021-12-13
Department
Major/Subject
Microwave Engineering
Mcode
ELEC3051
Degree programme
Master’s Programme in Electronics and Nanotechnology (TS2013)
Language
en
Pages
90+1
Series
Abstract
Nanosatellites, with weight less than 10 kg have become very popular with the help of the CubeSat standard, low launch prices and usage of cheaper electronic components. Many new countries have launched their first satellite in this category. Educational institutions and amateurs have been able to build and launch satellites with limited resources, and many new companies use nanosatellites to provide new services. Unfortunately, the rapid development times and inexperienced teams brings up a problem with reliability. Many satellites in this category never make contact to a ground station and are congesting the low Earth orbits as space junk. The aim of this thesis is to create a framework for CubeSat communications subsystem testing. In this work, a test bench is created from current methods in the CubeSat testing practices, as well as industry level standardized tests. The tests are applied to theForesail-1 satellite communications subsystem development. A part of successful testing is a good design and therefore, a part of the thesis is dedicated to simulating and implementing matching circuits and filters to radio frequency signal paths of the mentioned satellite. Proper filter design and impedance matching ensures high efficiency for the transmit side and a high sensitivity for the receive side. The test benches are used to confirm that the Foresail-1 communications subsystem not only meets the requirements set to the system by the mission, but the requirements set by the regulation from the International Telecommunications Union. Additionally important aspects such as the Doppler shift is considered. The developed approach is documented, and it can be adapted to future CubeSat projects.Nanosatelliitit, joiden massa on alle 10 kg, ovat yleistyneet CubeSat-standardin myötä. Standardi on mahdollistanut edullisemmat laukaisut ja tavallisten elektroniikan komponenttien käytön satelliiteissa. Monet maat ovat lähettäneet ensimmäiset satelliittinsa tässä satelliittiluokassa. Koulutuslaitokset ja amatöörit ovat pystyneet rakentamaan ja lähettämään satelliitteja matalilla resursseillaan, ja monet uudet yritykset käyttävät nanosatelliitteja uusien palveluiden tuottamiseen. Valitettavasti nopeat kehitysaikataulut ja kokemattomuus ovat tuoneet mukanaan luotettavuuteen liittyviä ongelmia. Monet satelliitit tässä kategoriassa eivät laukaisunsa jälkeen saa enää yhteyttä maa-asemaansa. Tämä johtaa siihen, että satelliiteista tulee avaruusromua. Tämän työn tarkoituksena on luoda CubeSat kommunikaatiojärjestelmäntestausjärjestely. Tässä työssä tehdään testausjärjestelmä, jossa hyödynnetään nykyisin käytössä olevia CubeSat testaustapoja ja teollisuuden standardeihin perustuvia testitapoja. Testausta sovelletaan Foresail-1 satelliitin kommunikaatioalijärjestelmänkehitykseen. Osa onnistunutta testikampanjaa liittyy hyvään suunnitteluun. Tästä syystä osa tästä työstä keskittyy radiotaajuuspiirien suunnittelutyökaluihin ja mittaukseen, joiden avulla sovituspiirejä ja radiotaajuussuodattimien toiminta varmistetaan. Hyvät suodattimet ja sovituspiirit takaavat signaalin lähetyspuolella hyvänhyötysuhteen, ja vastaanottopuolella hyvän herkkyyden. Lopulta testataan Foresail-1satelliitin kommunikaatiojärjestelmän toiminta, ja varmistetaan että toimintakykyvastaa satelliitille sen tehtävän asettamia vaatimuksia. Testeillä varmistetaan myös toiminnan noudattavan kansainvälisten radiotaajuuskäyttöä valvovien sopimustenasettamia rajoja. Lisäksi testataan satelliittijärjestelmälle tärkeitä parametreja, kuten Doppler siirtymän vaikutus radion vastaanottokykyyn. Kehitetty testijärjestely on dokumentoitu työssä, ja sitä voidaan soveltaa tuleviin nanosatelliittiprojekteihin.Description
Supervisor
Praks, JaanThesis advisor
Niemelä, PetriKeywords
CubeSat, communications, UHF, testing