第4章星載和地球站設(shè)備

1、第4章星載和地球站設(shè)備1 第4章 星載和地球站設(shè)備 第4章星載和地球站設(shè)備2 提要 （一）HPA和LNA （二）星載轉(zhuǎn)發(fā)器 （三）通信地球站設(shè)備 （四）其它類型的地球站 （五）MSS移動終端和信關(guān)站 第4章星載和地球站設(shè)備3 衛(wèi)星通信系統(tǒng)框圖 第4章星載和地球站設(shè)備4 圖圖4-1 星載和地球站設(shè)備星載和地球站設(shè)備 第4章星載和地球站設(shè)備5 一、HPA和LNA 高功率放大器（HPA） 行波管放大器（TWTA） 速調(diào)管放大器（KPA） 固態(tài)功率放大器（SSPA） 第4章星載和地球站設(shè)備6 圖圖4-2 不同頻段三種放大器的輸出功率不同頻段三種放大器的輸出功率 第4章星載和地球站設(shè)備7 高功率 放大器

2、 輸出 功率 帶寬功放管 TWTA 中 50 800W 水冷:10kw 較寬 C波段：500MHz Ku和Ka波段: 1000MHz 真空管 KPA大 1KW以上 較窄 50-100MHz 真空管 SSPA小 3-10W 介于TWTA和 KPA之間 砷化鎵場效 應(yīng)半導(dǎo)體管 三種放大器的性能比較三種放大器的性能比較 第4章星載和地球站設(shè)備8 低噪聲放大器（LNA） 參量放大器 致冷砷化鎵場效應(yīng)放大器 常溫砷化鎵場效應(yīng)放大器(GaAsFET) 第4章星載和地球站設(shè)備9 圖圖4-3 三種三種LNA的內(nèi)部噪聲性能的內(nèi)部噪聲性能 第4章星載和地球站設(shè)備10 lLNA前端的接法 LNA模塊只包含低噪聲放大

3、器 寬帶低噪聲下變頻模塊：LNA模塊除了低 噪聲放大器以外，還包含寬帶下變頻器 窄帶低噪聲下變頻模塊： LNA模塊除了低 噪聲放大器以外，還包含窄帶下變頻器 第4章星載和地球站設(shè)備11 二、星載轉(zhuǎn)發(fā)器 彎管式轉(zhuǎn)發(fā)器（透明轉(zhuǎn)發(fā)器）彎管式轉(zhuǎn)發(fā)器（透明轉(zhuǎn)發(fā)器） 結(jié)構(gòu)簡單 性能可靠 適用于衛(wèi)星有效載荷和電源功率嚴重受限的情況 數(shù)字處理轉(zhuǎn)發(fā)器數(shù)字處理轉(zhuǎn)發(fā)器 載波處理轉(zhuǎn)發(fā)器 比特流處理轉(zhuǎn)發(fā)器 全基帶處理轉(zhuǎn)發(fā)器 第4章星載和地球站設(shè)備12 轉(zhuǎn)發(fā)器由輸入設(shè)備、調(diào)制設(shè)備、本振設(shè)備、放大 設(shè)備和發(fā)射設(shè)備組成，可以轉(zhuǎn)發(fā)兩地或多地的電 報、電話、數(shù)據(jù)、傳真、電視、廣播等多類業(yè)務(wù)。 轉(zhuǎn)發(fā)器接收來自地面的無線電波，經(jīng)過放

4、大后， 變換頻率再向地面發(fā)射，相當于一個微波中繼站。 第4章星載和地球站設(shè)備13 轉(zhuǎn)發(fā)器的數(shù)量越多，衛(wèi)星的通信能力就越大。 星載轉(zhuǎn)發(fā)器少于12個，功率小于1000瓦的通信衛(wèi) 星稱為小容量衛(wèi)星；有24個轉(zhuǎn)發(fā)器，功率在 10003000瓦之間的衛(wèi)星稱為中容量通信衛(wèi)星；有 48個轉(zhuǎn)發(fā)器，功率在30007000瓦之間的衛(wèi)星稱為 大容量通信衛(wèi)星；轉(zhuǎn)發(fā)器多于48個，功率在7000 瓦以上的稱為超大容量通信衛(wèi)星。目前最大的通 信衛(wèi)星平臺上可裝150個轉(zhuǎn)發(fā)器。東方紅三號有24 個C波段轉(zhuǎn)發(fā)器，6個電視和18個通信傳輸信道， 可傳輸6套彩色電視節(jié)目和15000路電話或電報、 傳真、數(shù)據(jù)信號，工作壽命為8年。 第

5、4章星載和地球站設(shè)備14 星上處理和交換的功能 波束間、載波間交換，如射頻交換、中頻交換或基帶交換 調(diào)制方式的變換，如上行PSK，下行DPSK 多址方式的變換，如上行FDMA，下行TDMA 速率變換，如將低速上行信道變換成高速的下行信道 星上再生，如星上解調(diào)/再調(diào)制，解碼/再編碼等 存儲轉(zhuǎn)發(fā)和基帶處理，如信令處理、路由選擇、信息壓縮 和重新組幀 星上智能網(wǎng)控 星間鏈路 抗干擾保護，如自適應(yīng)天線調(diào)零，可控點波束，轉(zhuǎn)發(fā)器放 大特性的智能控制 第4章星載和地球站設(shè)備15 （一）彎管式轉(zhuǎn)發(fā)器（透明轉(zhuǎn)發(fā)器） 圖圖4 4-4 星載微波轉(zhuǎn)發(fā)器功能圖星載微波轉(zhuǎn)發(fā)器功能圖 第4章星載和地球站設(shè)備16 圖圖4-5

6、 彎管式轉(zhuǎn)發(fā)器方框圖彎管式轉(zhuǎn)發(fā)器方框圖 第4章星載和地球站設(shè)備17 （二）轉(zhuǎn)發(fā)器的EIRP和G/T EIRP和G/T是轉(zhuǎn)發(fā)器射頻部分最重要的兩個 指標，除了決定于HPA輸出功率和LNA的 等效噪聲溫度以外，還與星載天線的增益 相關(guān)。天線增益G與半功率波束寬度0.5的 關(guān)系可以近似表示為 G=27000/(0.5)2 對任意形狀服務(wù)區(qū)的覆蓋總希望天線 對該區(qū)域提供大的增益，為此采用若干點 波束的組合來對覆蓋區(qū)賦形。 第4章星載和地球站設(shè)備18 全球波束天線全球波束天線 波束的半功率寬度約等于17.4，覆蓋衛(wèi)星對地球的整 個視區(qū) 一般由圓錐喇叭天線加上45的反射板組成 點波束天線點波束天線 覆蓋面

7、積小，一般為圓形，半功率波束寬度為幾度 天線通常為前饋拋物面天線，饋源為喇叭 賦形波束天線賦形波束天線 可通過修改反射器形狀來實現(xiàn) 也可利用多個饋源從不同方向經(jīng)反射器反射產(chǎn)生多波束 的組合 第4章星載和地球站設(shè)備19 第4章星載和地球站設(shè)備20 多波束衛(wèi)星天線的典型方框圖多波束衛(wèi)星天線的典型方框圖 第4章星載和地球站設(shè)備21 波束寬度與天線直徑的關(guān)系波束寬度與天線直徑的關(guān)系 第4章星載和地球站設(shè)備22 第4章星載和地球站設(shè)備23 圖圖4 4-8 對覆蓋區(qū)賦形對覆蓋區(qū)賦形 第4章星載和地球站設(shè)備24 （三）星載天線 喇叭型天線 拋物面反射型天線 相控陣列天線 第4章星載和地球站設(shè)備25 喇叭天線

8、 形狀似喇叭，如圓錐形、角錐形 輻射效率高 天線方向性強 第4章星載和地球站設(shè)備26 圖圖4 4-6 中心饋源和偏置饋源的拋物面反射天線中心饋源和偏置饋源的拋物面反射天線 拋物面反射型天線拋物面反射型天線 第4章星載和地球站設(shè)備27 圖圖4-7 中心饋源的阻擋效應(yīng)中心饋源的阻擋效應(yīng) 第4章星載和地球站設(shè)備28 （四）數(shù)字處理轉(zhuǎn)發(fā)器 具有交換和處理的功能 數(shù)字處理轉(zhuǎn)發(fā)器分類 載波處理轉(zhuǎn)發(fā)器 比特流處理轉(zhuǎn)發(fā)器 全基帶處理轉(zhuǎn)發(fā)器 第4章星載和地球站設(shè)備29 三種數(shù)字處理轉(zhuǎn)發(fā)器的特點比較 載波處理轉(zhuǎn)發(fā)器 以載波為單位直接對射頻信號進行處理 具有星上載波交換能力 比特流處理轉(zhuǎn)發(fā)器 增加了解調(diào)和再調(diào)制功能

9、 可能包括譯碼和重編碼設(shè)備、解擴設(shè)備等 全基帶處理轉(zhuǎn)發(fā)器 具有星上再生能力 具有基帶信號處理和交換能力 解調(diào)、譯碼、存儲、交換、重組幀、重編碼和重調(diào)制等。 第4章星載和地球站設(shè)備30 SS-TDMA轉(zhuǎn)發(fā)器的組成轉(zhuǎn)發(fā)器的組成 l星上交換的星上交換的TDMA轉(zhuǎn)發(fā)器轉(zhuǎn)發(fā)器 第4章星載和地球站設(shè)備31 通路 時段 上行 下行 波束 波束 上行 下行 波束 波束 上行 下行 波束 波束 上行 下行 波束 波束 T11 22 13 44 3 T21 32 23 14 4 T31 42 33 24 1 T41 12 43 34 2 表表4.1 交換矩陣示意圖交換矩陣示意圖 第4章星載和地球站設(shè)備32 INT

10、ELSAT VI 衛(wèi)星的覆蓋圖和采用微波交換矩陣的衛(wèi)星的覆蓋圖和采用微波交換矩陣的SS-TDMA星上交換示意圖星上交換示意圖 SWZ 第4章星載和地球站設(shè)備33 圖圖4-9 解調(diào)解調(diào)再調(diào)制轉(zhuǎn)發(fā)器結(jié)構(gòu)再調(diào)制轉(zhuǎn)發(fā)器結(jié)構(gòu) l解調(diào)解調(diào)-再調(diào)制轉(zhuǎn)發(fā)器再調(diào)制轉(zhuǎn)發(fā)器 第4章星載和地球站設(shè)備34 l星載路由器星載路由器 圖圖4-12 提供波束形成的轉(zhuǎn)發(fā)器提供波束形成的轉(zhuǎn)發(fā)器 第4章星載和地球站設(shè)備35 三、通信地球站設(shè)備 射頻部分 中頻與基帶處理部分 地面接口與陸地鏈路 陸地鏈路的選擇 地面接口 第4章星載和地球站設(shè)備36 圖圖 4-15 地球站主要單元設(shè)備地球站主要單元設(shè)備 第4章星載和地球站設(shè)備37 天線

11、 卡塞格倫天線 高功率放大器HPA 波導(dǎo)耦合合路器 濾波器型合路器 低噪聲放大器LNA 上、下變頻器 （一）地球站射頻部分 第4章星載和地球站設(shè)備38 圖圖4-16 卡塞格倫天線原理圖卡塞格倫天線原理圖 第4章星載和地球站設(shè)備39 （二）中頻與基帶處理部分 l 具有調(diào)制/解調(diào)、編/解碼等功能 l調(diào)制/解調(diào)是在IF載波上進行 l具有復(fù)用的功能 第4章星載和地球站設(shè)備40 圖圖4-18 地球站與交換局、用戶設(shè)備間的陸地鏈路地球站與交換局、用戶設(shè)備間的陸地鏈路 l陸地鏈路的設(shè)置和選擇 第4章星載和地球站設(shè)備41 圖圖4-19 微波和光纖兩種陸地鏈路所需投資的比較微波和光纖兩種陸地鏈路所需投資的比較

12、第4章星載和地球站設(shè)備42 l地面接口地面接口 圖圖4-20 三種地面接口的示意圖三種地面接口的示意圖 第4章星載和地球站設(shè)備43 （四）其他類型的地球站 TT&C地球站 TV上行站和廣播中心 TV單收站 第4章星載和地球站設(shè)備44 lTT&C地球站地球站 第4章星載和地球站設(shè)備45 （1）TT&C地球站 射頻射頻 基帶處理部分基帶處理部分 指令子系統(tǒng) 測距子系統(tǒng) 遙測子系統(tǒng) 地面接口單元：用于與地面接口單元：用于與SCC接口接口 第4章星載和地球站設(shè)備46 （2）SCC 衛(wèi)星運行的神經(jīng)中樞 軌道控制 監(jiān)視衛(wèi)星的上行和下行鏈路的通信傳輸通 道 第4章星載和地球站設(shè)備47 lTV單收站 DTH系統(tǒng)的家用單收站 單個接收機 地面有線TV系統(tǒng)的“電纜前端”TVRO 多個接收機 第4章星載和地球站