Investigation and modeling of electromagnetic wave propagation for LEO satellites in the Equatorial region

Nowadays scientific satellites play an important role in space research and Earth-observation. High-resolution instrumentation onboard the satellites collect a massive amount of data, hence high data rates are required to download the data to ground stations. As the lower bands are more and more congested, the shift towards higher bands is necessary and unavoidable. This work, born within the HERMES mission, aims to study the tropospheric impairments at S-band, X-band and Ka-band on non-geosynchronous (non-GSO) space-Earth links. At Ka-band the tropospheric effects are extremely detrimental: the site diversity technique is proposed as a solution to achieve a successful communication link, to this aim a new analytical site diversity model for non-GSO systems (e.g. LEO) is developed showing satisfactory performances.

Oggigiorno i satelliti scientifici hanno un ruolo importante nella ricerca spaziale e nell’osservazione della Terra. Gli strumenti sempre più risoluti a bordo dei satelliti raccolgono un’immensa quantità di dati, e di conseguenza richiedono anche una velocità di trasmissione maggiore per scaricare i dati alle stazioni di terra. Dal momento che le bande a bassa frequenza sono sempre più utilizzate, lo spostamento verso le bande ad alta frequenza è necessario e inevitabile. Questo lavoro di tesi, nato all’interno della missione HERMES, mira allo studio degli effetti troposferici che limitano la propagazione delle onde elettromagnetiche in banda S, X e Ka nel collegamento spazio-Terra. In banda Ka gli effetti della troposfera sono molto forti e la tecnica della diversità spaziale è proposta come soluzione per ottenere un collegamento affidabile; a tale scopo, questo lavoro presenta un nuovo modello di diversità spaziale per sistemi satellitari in orbita non geosincrona (ad esempio, LEO).