UHF แบนด์สำหรับการสื่อสารผ่านดาวเทียมคืออะไร

ย่านความถี่ UHF สำหรับการสื่อสารผ่านดาวเทียมโดยทั่วไปจะทำงานระหว่าง 300 MHz ถึง 3 GHz โดยมีความถี่ดาวน์ลิงก์ (Downlink) ทั่วไปอยู่ที่ประมาณ 250-270 MHz และอัปลิงก์ (Uplink) ใกล้กับ 300-320 MHz ย่านความถี่นี้เป็นที่นิยมเนื่องจากความสามารถในการทะลุผ่านสิ่งกีดขวางที่เชื่อถือได้และความต้องการสายอากาศที่ไม่ซับซ้อนนัก

การกำหนดความถี่ย่าน UHF

ย่านความถี่ UHF (Ultra High Frequency) สำหรับการสื่อสารผ่านดาวเทียมทำงานภายใน ​​ช่วงเฉพาะตั้งแต่ 300 MHz ถึง 3 GHz​​ นี่คือส่วนสำคัญของสเปกตรัมวิทยุ ซึ่งอยู่ระหว่างย่านความถี่ VHF (Very High Frequency, 30–300 MHz) และ SHF (Super High Frequency, 3–30 GHz) ความถี่ที่ใช้จริงจะแตกต่างกันไปตามการใช้งานและได้รับการควบคุมอย่างเข้มงวดโดยสหภาพโทรคมนาคมระหว่างประเทศ (ITU) เพื่อป้องกันการรบกวนระหว่างบริการต่างๆ

ส่วนย่อยที่สำคัญภายใน UHF คือ ​​ย่านความถี่ UHF milsatcom​​ ซึ่งมีตั้งแต่ ​​240 MHz ถึง 315 MHz​​ สำหรับการปฏิบัติการดาวเทียมทางทหาร สำหรับการดาวน์ลิงก์ดาวเทียมเชิงพาณิชย์และของรัฐบาลหลายแห่ง ช่วงความถี่ ​​2500–2690 MHz​​ มักถูกใช้งาน ความยาวคลื่นสำหรับสัญญาณเหล่านี้ค่อนข้างยาว อยู่ระหว่าง ​​10 ซม. ถึง 1 เมตร​​ ซึ่งส่งผลโดยตรงต่อการออกแบบสายอากาศและประสิทธิภาพของระบบ

ช่วงความถี่นี้ไม่ได้ถูกเลือกมาอย่างสุ่มๆ แต่ถูกเลือกเพราะมันให้ ​​ความสมดุลที่ดีระหว่างขนาดทางกายภาพของสายอากาศและความสามารถในการทะลุทะลวงสัญญาณ​​ ตัวอย่างเช่น สายอากาศดาวเทียม UHF ทั่วไปสามารถมีขนาดค่อนข้างกะทัดรัด โดยมักจะมีเส้นผ่านศูนย์กลาง ​​60 ซม. ถึง 1.2 เมตร​​ สำหรับสถานีภาคพื้นดินแบบติดตั้งคงที่ ทำให้ใช้งานได้จริงและราคาถูกกว่าจานพาราโบลาขนาดใหญ่ที่ใช้สำหรับความถี่ที่สูงกว่า

เมื่อเทียบกับย่านความถี่ที่สูงกว่าอย่าง Ku-band (12–18 GHz) หรือ Ka-band (26.5–40 GHz) สัญญาณ UHF จะไวต่อการลดทอนของสัญญาณที่เกิดจาก ​​ฝน (rain fade)​​ น้อยกว่า ฝนซึ่งอาจมีหยดน้ำขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ ​​1 มม. ถึง 5 มม.​​ มีผลในการกระเจิงที่น้อยมากต่อคลื่น UHF ส่งผลให้มี ​​ความพร้อมใช้งานของลิงก์สูงกว่า 99.5%​​ ในสภาวะอากาศส่วนใหญ่ ซึ่งเป็นปัจจัยด้านความน่าเชื่อถือที่สำคัญสำหรับกองทัพและบริการฉุกเฉิน อย่างไรก็ตาม แบนด์วิดท์ที่ใช้งานได้นั้นแคบกว่า ทรานสปอนเดอร์ดาวเทียม UHF มาตรฐานมักมีแบนด์วิดท์เพียง ​​5 MHz​​ ซึ่งจำกัดความจุข้อมูลรวมไว้ที่ประมาณ ​​50-100 kbps​​ ซึ่งเป็นเพียงเศษเสี้ยวของสิ่งที่ย่านความถี่สูงสามารถทำได้ สิ่งนี้ทำให้มันไม่เหมาะสำหรับการสตรีมวิดีโอความละเอียดสูง แต่เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการส่งคำสั่งและการควบคุมที่สำคัญซึ่งมีอัตราข้อมูลต่ำ

การใช้งานทั่วไปในระบบดาวเทียม

ความยืดหยุ่นของย่านความถี่ UHF และความต้องการฮาร์ดแวร์ที่ไม่ซับซ้อนทำให้เป็นตัวเลือกแรกสำหรับการใช้งานดาวเทียมที่สำคัญหลายอย่าง ซึ่งความน่าเชื่อถือมีความสำคัญเหนือกว่าความเร็วข้อมูลสูง บทบาทหลักของมันมักจะเป็น ​​ลิงก์หลักหรือลิงก์สำรองที่แข็งแกร่งสำหรับการสื่อสารแบบ narrowband ที่จำเป็น​​

ผู้ใช้หลักของการสื่อสารผ่านดาวเทียม UHF คือ ​​ภาคส่วนการทหารและการป้องกันประเทศ​​ ระบบต่างๆ เช่น UFO (UHF Follow-On) ของกองทัพเรือสหรัฐฯ และ Mobile User Objective System (MUOS) ที่มาแทนที่ ให้การครอบคลุมทั่วโลก ดาวเทียม MUOS เพียงดวงเดียวซึ่งมีอายุการใช้งาน 15 ปี สามารถรองรับผู้ใช้พร้อมกันได้เกือบ ​​4,000 ราย​​ ต่อดาวเทียมภายในช่องสัญญาณกว้าง ​​5 MHz​​ โดยให้อัตราข้อมูลสูงสุด ​​384 kbps​​ สำหรับการสื่อสารทางยุทธวิธีที่มีลำดับความสำคัญสูง ซึ่งรวมถึงทุกอย่างตั้งแต่คำสั่งเสียงไปจนถึงการส่งข้อมูลเซ็นเซอร์และพิกัดเป้าหมาย โดยมีความหน่วง (Latency) มักจะต่ำกว่า ​​500 มิลลิวินาที​​

นอกเหนือจากกองทัพแล้ว UHF ยังมีความสำคัญต่อ ​​บริการของรัฐบาลและเหตุฉุกเฉิน​​ ในช่วงที่เกิดภัยพิบัติทางธรรมชาติ เมื่อโครงสร้างพื้นฐานภาคพื้นดินความถี่สูงอาจถูกทำลาย เครือข่ายดาวเทียม UHF จะยังคงใช้งานได้ หน่วยงานต่างๆ จะติดตั้งสถานีปลายทางแบบพกพาที่มีสายอากาศขนาดเล็กเพียง ​​0.5 เมตร​​ ซึ่งสามารถติดตั้งได้ในเวลาไม่ถึง ​​15 นาที​​ ระบบเหล่านี้ส่งข้อมูลการรับรู้สถานการณ์ที่สำคัญ เช่น รายงานรูปแบบข้อความ อีเมล และการติดตามตำแหน่งที่ความเร็วคงที่ ​​64 kbps​​ ช่วยให้การประสานงานสำหรับเจ้าหน้าที่กู้ภัยเป็นไปอย่างมีประสิทธิภาพ

สำหรับ ​​การตรวจสอบทางวิทยาศาสตร์และสิ่งแวดล้อม​​ UHF เป็นเครื่องมือหลักสำหรับระบบรวบรวมข้อมูล (DCS) แพลตฟอร์มอัตโนมัตินับพัน เช่น ทุ่นตรวจอากาศในมหาสมุทรหรือเซ็นเซอร์ตรวจวัดแผ่นดินไหวในภูเขาที่ห่างไกล ใช้เครื่องส่งสัญญาณ UHF ที่มีการใช้พลังงานต่ำมากเพียง ​​2 ถึง 10 วัตต์​​ เพื่อส่งข้อมูลแพ็กเกจเล็กๆ หลายครั้งต่อวัน เซ็นเซอร์ทั่วไปอาจส่ง ​​แพ็กเกจขนาด 200 ไบต์​​ ซึ่งประกอบด้วยค่าอุณหภูมิ ความดัน และความชื้นในทุกๆ ​​6 ชั่วโมง​​ โดยทำงานได้นาน ​​5-7 ปี​​ ด้วยแบตเตอรี่ก้อนเดียวเนื่องจากประสิทธิภาพสูงสุดของรอบการส่งสัญญาณ

ข้อได้เปรียบที่สำคัญเหนือย่านความถี่อื่น

คุณค่าที่ยั่งยืนของย่านความถี่ UHF ในการสื่อสารผ่านดาวเทียมไม่ใช่การที่เร็วที่สุดหรือมีความจุสูงสุด แต่มันคือการมอบ ​​ความน่าเชื่อถือที่ไม่มีใครเทียบได้และความเรียบง่ายในการใช้งานในสภาวะที่ท้าทาย​​ ข้อดีของมันจะปรากฏชัดเจนที่สุดเมื่อเปรียบเทียบโดยตรงกับย่านความถี่สูงอย่าง Ku-band (12-18 GHz) และ Ka-band (26.5-40 GHz)

ข้อได้เปรียบที่ใหญ่ที่สุดเพียงข้อเดียวคือ ​​การทะลุทะลวงของสัญญาณที่เหนือกว่าและความทนทานต่อการลดทอนของสภาพแวดล้อม​​ สัญญาณ UHF ที่ 300 MHz จะพบการลดทอน ​​น้อยกว่า 0.1 dB/km​​ อันเนื่องมาจากฝนในการตกหนัก (50 มม./ชม.) ในทางตรงกันข้าม สัญญาณ Ka-band ที่ 30 GHz อาจสูญเสีย ​​มากกว่า 5 dB/km​​ ในสภาวะเดียวกัน ซึ่งอาจทำให้ลิงก์ขาดหายไปโดยสิ้นเชิง สิ่งนี้แปลเป็น ​​ความพร้อมใช้งานของลิงก์ 99.8%​​ สำหรับ UHF ในเกือบทุกสภาพอากาศ เมื่อเทียบกับประมาณ ​​97% สำหรับ Ka-band​​ ในเขตร้อน ทำให้เป็นภารกิจสำคัญสำหรับการใช้งานที่ไม่สามารถล้มเหลวได้

ความทนทานนี้ครอบคลุมถึง ​​การปฏิบัติงานที่ไม่มีเส้นสายตาตรง (non-line-of-sight หรือ NLOS)​​ ความยาวคลื่น UHF ที่ยาวประมาณ ​​1 เมตร​​ สามารถเลี้ยวเบนรอบสิ่งกีดขวางและทะลุผ่านใบไม้ที่เบาบางและวัสดุก่อสร้างได้โดยมีการสูญเสียสัญญาณที่จัดการได้ที่ ​​3-6 dB​​ ในขณะที่สัญญาณ Ka-band ที่มีความยาวคลื่นประมาณ ​​1 ซม.​​ จะถูกบล็อกโดยสิ่งกีดขวางเดียวกันอย่างมีประสิทธิภาพ จึงต้องการเส้นสายตาที่เคลียร์อย่างสมบูรณ์ นี่คือเหตุผลที่สถานีปลายทาง UHF มักจะรักษาลิงก์ไว้ได้ภายใต้ร่มไม้ในป่าหรือในตึกแถวกลางเมืองที่สัญญาณ Ka-band จะขาดหายไป

จาก ​​มุมมองด้านต้นทุนและพลังงาน​​ ระบบ UHF มอบผลประโยชน์ที่สำคัญ ส่วนประกอบต่างๆ ไม่ว่าจะเป็นออสซิลเลเตอร์ เครื่องขยายสัญญาณ และเครื่องรับ สำหรับความถี่ที่ต่ำกว่า 3 GHz นั้นมีราคาถูกกว่าและประหยัดพลังงานมากกว่า เครื่องขยายกำลัง UHF สามารถมี ​​ประสิทธิภาพได้ถึง 55-60%​​ สำหรับเอาต์พุต 50W ในขณะที่ Ka-band ที่เทียบเท่ากันอาจทำได้ยากที่จะถึง ​​ประสิทธิภาพ 40%​​ และสร้างความร้อนส่วนเกินออกมามากกว่า ประสิทธิภาพนี้ช่วยให้สถานีปลายทาง UHF แบบพกพาทำงานได้ ​​6-8 ชั่วโมง​​ ด้วยการชาร์จแบตเตอรี่เพียงครั้งเดียวในขณะที่ส่งสัญญาณที่ ​​20-30W​​ ซึ่งระยะเวลาใช้งานนี้จะลดลงเกือบครึ่งหนึ่งสำหรับสถานีปลายทาง Ka-band ที่ทำงานแบบเดียวกัน

การออกแบบสายอากาศ UHF ทั่วไป

สายอากาศรอบทิศทาง (Omnidirectional) แบบนี้มีชื่อเสียงในเรื่องของ ​​รูปแบบการแผ่กระจายคลื่นรูปหัวใจ (cardioid)​​ ซึ่งให้ลำคลื่น (Beamwidth) ที่กว้าง ​​120-140 องศา​​ และอัตราขยายปกติที่ ​​2 ถึง 4 dBi​​ ข้อดีหลักของมันคือ ​​ไม่ต้องใช้การเล็งตำแหน่ง​​ เพียงแค่ติดตั้งในแนวตั้ง มันก็จะมองเห็นท้องฟ้าได้เกือบครึ่งทรงกลม ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานบนแพลตฟอร์มที่เคลื่อนที่ เช่น เรือหรือเครื่องบิน QHA เชิงพาณิชย์ทั่วไปมีขนาดกะทัดรัด สูงประมาณ ​​30 ซม. และเส้นผ่านศูนย์กลาง 15 ซม.​​ และหนัก ​​น้อยกว่า 2 กก.​​

สำหรับสถานีภาคพื้นดินแบบติดตั้งคงที่หรือการใช้งานที่ต้องการอัตราข้อมูลสูงกว่า จะใช้สายอากาศแบบกำหนดทิศทาง ​​สายอากาศแบบ Crossed Yagi-Uda​​ เป็นตัวเลือกที่ได้รับความนิยม Yagi ทั่วไปสำหรับดาวเทียม UHF อาจมี ​​8 ถึง 12 อิลิเมนต์​​ ความยาวบูม ​​1.2 ถึง 2 เมตร​​ และให้อัตราขยาย ​​9 ถึง 12 dBi​​ ลำคลื่นจะแคบกว่า อยู่ที่ประมาณ ​​30-40 องศา​​ ซึ่งต้องมีการเล็งตำแหน่งไปทางดาวเทียมคร่าวๆ แต่ก็ยังยืดหยุ่นกว่าจาน Ka-band มาก ชุดสายอากาศทั้งหมดมีน้ำหนักเบา โดยมักจะ ​​น้อยกว่า 5 กก.​​ และสามารถติดตั้งบนโรเตอร์มุมทิศทางอย่างง่ายเพื่อการติดตามได้

สายอากาศที่มีอัตราขยายสูงที่คุ้นเคยที่สุดคือ ​​แผ่นสะท้อนแบบพาราโบลา​​ หรือจานดาวเทียม อย่างไรก็ตาม ที่ความถี่ UHF จานเหล่านี้จะมีขนาดเล็กกว่าและจัดการได้ง่ายกว่าจานย่านไมโครเวฟมาก ​​จานพาราโบลามาตรฐานขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 1.2 เมตร​​ ที่มีการป้อนสัญญาณแบบเฮลิกซ์ (helix feed) สามารถทำอัตราขยายได้ ​​ประมาณ 18 dBi​​ ค่า ​​3 dB beamwidth​​ ของจานนี้อยู่ที่ประมาณ ​​15 องศา​​ ซึ่งต้องเล็งตำแหน่งในตอนแรก แต่ยังกว้างพอที่จะทนต่อการเคลื่อนที่เล็กน้อยของแพลตฟอร์มหรือความผิดพลาดในการเล็งได้ถึง ​​±5 องศา​​ โดยที่สัญญาณไม่ดรอปมากนัก จานเหล่านี้มักทำจากตะแกรงหล่อหรืออะลูมิเนียมเจาะรูเพื่อลดน้ำหนักและแรงต้านลม โดยมีน้ำหนักรวม ​​15-20 กก.​​

• ​​ประสิทธิภาพของ QHA:​​ สายอากาศ quadrifilar helix ที่ออกแบบมาอย่างดีจะมี ​​ประสิทธิภาพการแผ่รังสี 85-90%​​
• ​​ต้นทุนของ Yagi:​​ สายอากาศ UHF Yagi 12 อิลิเมนต์เชิงพาณิชย์มีราคาตั้งแต่ ​​400 ถึง 900 เหรียญสหรัฐ​​ ทำให้เป็นจุดเริ่มต้นราคาประหยัดสำหรับสถานีติดตั้งคงที่
• ​​ประสิทธิภาพของจาน:​​ จานขนาด 1.2 ม. ให้ ​​การปรับปรุงอัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวน 12 dB​​ เมื่อเทียบกับ QHA ขนาด 4 dBi ซึ่งช่วยให้ได้อัตราข้อมูลที่สูงขึ้นหรือลิงก์ที่เชื่อถือได้มากขึ้นในสภาวะที่มีสัญญาณรบกวน
• ​​เวลาในการติดตั้ง:​​ ช่างเทคนิคที่ได้รับการฝึกฝนมาสามารถติดตั้งและเล็งจานขนาด 1.2 ม. ไปยังดาวเทียมค้างฟ้าได้ในเวลาไม่ถึง ​​10 นาที​​ โดยใช้เครื่องวิเคราะห์สเปกตรัมแบบมือถือ
• ​​การรองรับพลังงาน:​​ สายโคแอกเชียลมาตรฐานอย่าง LMR-400 ที่ใช้กับสายอากาศเหล่านี้มีการลดทอน ​​น้อยกว่า 0.5 dB ต่อ 10 เมตร​​ ที่ความถี่ 2 GHz ทำให้มั่นใจได้ว่าพลังงานส่งส่วนใหญ่ ​​50-100W​​ จะไปถึงสายอากาศ

การเลือกวัสดุก็เป็นตัวสร้างความแตกต่างที่สำคัญ แม้ว่า QHA มักจะถูกหุ้มด้วยไฟเบอร์กลาสเพื่อป้องกันสภาพแวดล้อม แต่ Yagi และจานดาวเทียมจะใช้ ​​อะลูมิเนียม 6061​​ สำหรับอิลิเมนต์และโครงสร้าง ทำให้มีอายุการใช้งานยาวนานกว่า ​​15 ปี​​ โดยมีการบำรุงรักษาน้อยที่สุด การเลือกการออกแบบในที่สุดจะขึ้นอยู่กับการชั่งน้ำหนักระหว่างความต้องการในการใช้งานแบบเคลื่อนที่และความต้องการทางเทคนิคสำหรับงบประมาณของลิงก์ (link budget)

ข้อจำกัดและความท้าทายของสัญญาณ

การจัดสรรดาวเทียม UHF ที่ใช้งานได้ทั้งหมดมีความกว้างเพียงประมาณ ​​400 MHz​​ ตั้งแต่ประมาณ 300 MHz ถึง 3 GHz แต่ในทางปฏิบัติจะมีการแบ่งย่อยออกเป็นบริการต่างๆ มากมาย ในการใช้งานจริง ช่องสัญญาณทรานสปอนเดอร์ดาวเทียมช่องเดียวมักจะได้รับแบนด์วิดท์เพียง ​​5 MHz​​ ข้อจำกัดทางกายภาพนี้เป็นตัวกำหนดอัตราข้อมูลสูงสุดที่ทำได้โดยตรง เมื่อใช้การมอดูเลตที่มีประสิทธิภาพอย่าง BPSK หรือ QPSK ช่องสัญญาณ ​​5 MHz​​ สามารถรองรับปริมาณข้อมูลดิบได้ประมาณ ​​5-7 Mbps​​

หลังจากหักลบส่วนที่ใช้สำหรับการแก้ไขข้อผิดพลาดล่วงหน้า (Forward Error Correction – FEC) ซึ่งอาจกินแบนด์วิดท์ไปถึง ​​25-35%​​ ของบิตเรต อัตราข้อมูลสุทธิที่ผู้ใช้สามารถใช้งานได้จะลดลงเหลือ ​​ประมาณ 3.2 Mbps​​ เมื่อต้องแชร์ความจุนี้ให้กับผู้ใช้หลายร้อยหรือหลายพันรายในเครือข่าย อัตราข้อมูลรายบุคคลจะลดลงเหลือเพียง ​​19.2 kbps สำหรับช่องเสียงแบบเดิม​​ หรือ ​​64-128 kbps สำหรับลิงก์ข้อมูลเฉพาะ​​ สิ่งนี้ทำให้ UHF ไม่สามารถใช้งานได้เลยสำหรับการใช้งานแบนด์วิดท์สูงในปัจจุบัน เช่น การประชุมผ่านวิดีโอซึ่งต้องการความเร็วขั้นต่ำ ​​384 kbps​​ หรือการสตรีมที่ต้องการ ​​1.5 Mbps ขึ้นไป​​

ความขาดแคลนนี้สร้างปัญหา ​​ความแออัดของสัญญาณ​​ อย่างรุนแรง โดยเฉพาะในย่านความถี่ทหาร ​​240-270 MHz​​ ด้วยจำนวนช่องสัญญาณที่มีอยู่อย่างจำกัด ความน่าจะเป็นที่จะเกิดการรบกวนในสภาพแวดล้อมที่มีการแข่งขันสูงจึงมีค่าสูง อัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวน (SNR) สามารถแย่ลงได้ ​​3-6 dB​​ เนื่องจากการรบกวนจากช่องสัญญาณเดียวกัน (Co-channel interference) ซึ่งอาจทำให้ข้อมูลที่ส่งผ่านได้จริงลดลงครึ่งหนึ่ง ยิ่งไปกว่านั้น ​​ความยาวคลื่นที่ยาวถึง 1 เมตร​​ ยังทำให้สายอากาศไวต่อเสียงรบกวนที่มนุษย์สร้างขึ้นจากอุปกรณ์อุตสาหกรรมและสภาพแวดล้อมในเมือง สิ่งนี้ทำให้พื้นระดับเสียงรบกวน (noise floor) สูงขึ้น และ ​​ระดับเสียงรบกวนที่เพิ่มขึ้น 3 dB​​ จะต้องใช้ ​​กำลังส่งของสถานีปลายทางเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า​​ จาก ​​20W เป็น 40W​​ เพียงเพื่อรักษา link margin ให้คงเดิม ส่งผลให้อายุการใช้งานแบตเตอรี่ของสถานีพกพาลดลงอย่างมากจาก ​​8 ชั่วโมงเหลือเพียง 4 ชั่วโมง​​

แม้ว่า UHF จะขึ้นชื่อเรื่องการไม่สนใจฝน แต่มันก็เปราะบางอย่างมากต่อ ​​ผลกระทบจากชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์ (ionospheric effects)​​ โดยเฉพาะอย่างยิ่งการหมุนแบบฟาราเดย์ (Faraday rotation) และการกระเพื่อมของสัญญาณ (scintillation) ในช่วงที่มีกิจกรรมของดวงอาทิตย์สูงซึ่งจะเป็น ​​รอบ 11 ปี​​ โพลาไรเซชันของสัญญาณอาจหมุนไปได้ถึง ​​10-15 องศา​​ ทำให้สูญเสียความสอดคล้องของสัญญาณที่อาจนำไปสู่ ​​การจางหายของสัญญาณ 4-8 dB​​ ในละติจูดกลาง การกระเพื่อมอย่างรุนแรงบริเวณใกล้เส้นศูนย์สูตรในช่วงกลางคืน (​​20:00 ถึง 24:00 น.​​) อาจทำให้สัญญาณเกิดความผันผวนอย่างรวดเร็วถึง ​​10 dB หรือมากกว่า​​ ในช่วงระยะเวลา ​​ไม่กี่นาที​​ ส่งผลให้เกิดข้อผิดพลาดของข้อมูลแบบฉับพลัน (burst errors) และลิงก์หลุด

การเปรียบเทียบ UHF กับย่านความถี่ SHF

การเลือกระหว่าง UHF และ SHF (Super High Frequency, 3-30 GHz) สำหรับลิงก์ดาวเทียมไม่ใช่การค้นหาเทคโนโลยีที่เหนือกว่า แต่มันคือการเลือกเครื่องมือที่เหมาะสมสำหรับงานเฉพาะด้าน ข้อแลกเปลี่ยนหลักคือ ​​แบนด์วิดท์ดิบและปริมาณข้อมูลเทียบกับความทนทานและความเรียบง่ายในการใช้งาน​​ ระบบ SHF ที่ทำงานในย่าน Ku-band (​​12-18 GHz​​) หรือ Ka-band (​​26.5-40 GHz​​) ที่พบบ่อย จะให้ความจุมากกว่าหลายเท่า ทรานสปอนเดอร์ Ku-band มาตรฐานหนึ่งตัวมีแบนด์วิดท์ ​​36 MHz​​ ซึ่งกว้างกว่าช่องสัญญาณ UHF ​​5 MHz ปกติถึง 7 เท่า​​ สิ่งนี้ทำให้ทรานสปอนเดอร์ Ku-band เพียงตัวเดียวสามารถรองรับอัตราข้อมูลสุทธิได้ถึง ​​40-50 Mbps​​ โดยใช้การมอดูเลตสมัยใหม่ (เช่น 8PSK, 16APSK) ซึ่งเพียงพอสำหรับสตรีมวิดีโอความละเอียดสูงหลายรายการ ในทางกลับกัน ช่องสัญญาณ UHF ทั้งช่องนั้นแทบจะส่งข้อมูลผ่านลิงก์ ​​64 kbps​​ ได้อย่างเชื่อถือได้หลังหักลบส่วนการจัดการการเข้าถึงและการเข้ารหัสแล้ว

ข้อได้เปรียบด้านแบนด์วิดท์นี้มาพร้อมกับความเปราะบางของสัญญาณ สัญญาณ SHF ที่มี ​​ความยาวคลื่นสั้นเพียง 2.5 ซม. ที่ 12 GHz​​ ทำให้มันไวต่อการดูดซับของชั้นบรรยากาศอย่างมาก ฝนตกที่ระดับ ​​15 มม./ชม.​​ สามารถทำให้เกิด ​​การลดทอน 3-5 dB​​ ในลิงก์ Ku-band ซึ่งเพียงพอที่จะทำให้โมเด็มลดระดับการเข้ารหัสมอดูเลตลงมาใช้โหมดที่ทนทานกว่าแต่ช้าลง ฝนตกหนักที่ระดับ ​​50 มม./ชม.​​ ซึ่งพบได้บ่อยในเขตร้อนสามารถเหนี่ยวนำให้เกิด ​​การสูญเสียถึง 20 dB​​ ทำให้ลิงก์ Ka-band ขาดหายไปโดยสิ้นเชิงเป็นเวลานานหลายนาที สัญญาณ UHF ซึ่งมีความยาวคลื่น ​​1 เมตร​​ จะพบ ​​การสูญเสียไม่ถึง 0.1 dB​​ ในพายุเดียวกัน โดยรักษา ​​ความพร้อมใช้งานของลิงก์ได้ 99.8%​​ ตลอดทั้งปี เมื่อเทียบกับ Ka-band ที่ได้เพียง ​​96-97%​​ ในสภาพอากาศที่มีฝนตก

ฮาร์ดแวร์ทางกายภาพก็ยังเผยให้เห็นความแตกต่างที่ชัดเจน เพื่อให้ได้อัตราขยายสูงที่ ​​30 dBi​​ ระบบ UHF จำเป็นต้องใช้จานพาราโบลาขนาดใหญ่และเทอะทะที่ ​​2.5 ถึง 3.0 เมตร​​ แต่อัตราขยาย ​​30 dBi​​ เดียวกันนี้ที่ย่าน Ku-band (14 GHz) สามารถทำได้ด้วยจานดาวเทียมที่พกพาได้ง่ายกว่ามากขนาดเพียง ​​0.9 เมตร​​

อย่างไรก็ตาม ขนาดที่เล็กลงนี้มาพร้อมกับข้อเสียที่สำคัญคือความแม่นยำในการเล็งตำแหน่ง ลำคลื่นของจาน UHF นั้นกว้างและยืดหยุ่นอยู่ที่ ​​ประมาณ 8 องศา​​ หมายความว่าความผิดพลาดในการเล็งตำแหน่ง ​​5 องศา​​ จะทำให้เกิดการสูญเสียสัญญาณเพียงเล็กน้อยที่ ​​0.5 dB​​ เท่านั้น ส่วนลำคลื่นของจาน Ku-band นั้นบางเฉียบอยู่ที่ ​​ประมาณ 1.8 องศา​​ หากเล็งผิดเพียง ​​0.2 องศา​​ จะทำให้เกิด ​​การสูญเสียถึง 3 dB​​ ซึ่งหมายถึงการลดกำลังสัญญาณที่ได้รับลงครึ่งหนึ่ง และจำเป็นต้องใช้ระบบเล็งตำแหน่งอัตโนมัติ (auto-pointing) ที่ซับซ้อนสำหรับการใช้งานแบบเคลื่อนที่ แม้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ของสถานี SHF จะซับซ้อนกว่า แต่ ​​ต้นทุนสำหรับสถานีเชิงพาณิชย์ Ku-band VSAT 1 ม. (~15,000 เหรียญสหรัฐ)​​ ก็อยู่ในระดับเดียวกันกับสถานีปลายทาง UHF แบบ manpack ที่แข็งแรงทนทาน แต่มีโปรไฟล์ประสิทธิภาพที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิง UHF ให้ความเชื่อถือได้ที่ไม่สั่นคลอนสำหรับการสื่อสารที่สำคัญแบบ narrowband ส่วน SHF ให้ความเร็วข้อมูลสูงแต่ต้องพึ่งพาสภาพอากาศ