衛(wèi)星通信導(dǎo)論上課課件第4章_星載和地球站設(shè)備1

1、1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(dòng)終端和信關(guān)站 通常衛(wèi)星通信系統(tǒng)是由地球站、通信衛(wèi)星、通常衛(wèi)星通信系統(tǒng)是由地球站、通信衛(wèi)星、跟蹤遙測(cè)及指令系統(tǒng)和監(jiān)控管理系統(tǒng)跟蹤遙測(cè)及指令系統(tǒng)和監(jiān)控管理系統(tǒng)4大部分組大部分組成的，如圖成的，如圖1-7所示。所示。 圖1-7 衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成 兩個(gè)地球站通過通信衛(wèi)星進(jìn)行通信的衛(wèi)星通兩個(gè)地球站通過通信衛(wèi)星進(jìn)行通信的衛(wèi)星通信線路的組成如圖信線路的組成如圖1-8所示，是由發(fā)端地球站，所示，是由發(fā)端地球站，上、下行無線傳輸路徑和收端地球站組成的。上、下行無線傳輸路徑和收端地球站組

2、成的。圖1-8 衛(wèi)星通信線路的組成7衛(wèi)星通信系統(tǒng)框圖8圖圖4-1 星載和地球站設(shè)備星載和地球站設(shè)備9一、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）10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11高功率放大器輸出功率帶寬功放管TWTA 中50800W水冷:10kw較寬C波段：500MHzKu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(chǎng)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12 低噪聲放大器（LNA）參量

3、放大器致冷砷化鎵場(chǎng)效應(yīng)放大器常溫砷化鎵場(chǎng)效應(yīng)放大器(GaAsFET)13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14lLNA前端的接法LNA模塊只包含低噪聲放大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 圖圖1-20示出了通信衛(wèi)星各系統(tǒng)的組成方框圖。示出了通信衛(wèi)星各系統(tǒng)的組成方框圖。由通信分系統(tǒng)、控制分系統(tǒng)、遙測(cè)與指令分系統(tǒng)、由通信分系統(tǒng)、控制分系統(tǒng)、遙測(cè)與指令分系統(tǒng)、電源分系統(tǒng)和溫控分系統(tǒng)電源分系統(tǒng)和溫控分系統(tǒng)5個(gè)部分組成。個(gè)部分組成。1.通信分系統(tǒng)的轉(zhuǎn)發(fā)器通信分系統(tǒng)的轉(zhuǎn)發(fā)

4、器 通信分系統(tǒng)分為轉(zhuǎn)發(fā)器和衛(wèi)星天線兩大部分。通信分系統(tǒng)分為轉(zhuǎn)發(fā)器和衛(wèi)星天線兩大部分。圖1-20 通信衛(wèi)星的組成 單變頻轉(zhuǎn)發(fā)器是目前用得較多的轉(zhuǎn)發(fā)器，如單變頻轉(zhuǎn)發(fā)器是目前用得較多的轉(zhuǎn)發(fā)器，如圖圖1-21（a）所示。）所示。 雙變頻轉(zhuǎn)發(fā)器如圖雙變頻轉(zhuǎn)發(fā)器如圖1-21（b）所示。）所示。 處理轉(zhuǎn)發(fā)器除了轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)外，主要還具有處處理轉(zhuǎn)發(fā)器除了轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)外，主要還具有處理信號(hào)的功能。它的組成方框圖如圖理信號(hào)的功能。它的組成方框圖如圖1-21（c）所示。所示。圖1-21 衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器組成的方框圖衛(wèi)星上的信號(hào)處理大體包括三種類型：一衛(wèi)星上的信號(hào)處理大體包括三種類型：一種是對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行判決和再生，使噪聲不積累；

5、種是對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行判決和再生，使噪聲不積累；另一種是在多個(gè)衛(wèi)星天線波束之間進(jìn)行信號(hào)交換另一種是在多個(gè)衛(wèi)星天線波束之間進(jìn)行信號(hào)交換與處理；第三種是對(duì)信號(hào)進(jìn)行更復(fù)雜的變換、交與處理；第三種是對(duì)信號(hào)進(jìn)行更復(fù)雜的變換、交換和處理。換和處理。 控制分系統(tǒng)由各種可控的調(diào)整裝置，如各種控制分系統(tǒng)由各種可控的調(diào)整裝置，如各種噴氣推進(jìn)器、各種驅(qū)動(dòng)裝置和各種轉(zhuǎn)換開關(guān)等組噴氣推進(jìn)器、各種驅(qū)動(dòng)裝置和各種轉(zhuǎn)換開關(guān)等組成。成。 地球上的控制站經(jīng)常不斷地需要了解衛(wèi)星內(nèi)地球上的控制站經(jīng)常不斷地需要了解衛(wèi)星內(nèi)部設(shè)備的工作情況，有時(shí)要通過遙測(cè)指令信號(hào)控部設(shè)備的工作情況，有時(shí)要通過遙測(cè)指令信號(hào)控制衛(wèi)星上設(shè)備產(chǎn)生一定的動(dòng)作。制衛(wèi)星上

6、設(shè)備產(chǎn)生一定的動(dòng)作。 遙測(cè)部分用來了解衛(wèi)星上各種設(shè)備的情況，遙測(cè)部分用來了解衛(wèi)星上各種設(shè)備的情況，例如表示某些部件的電流、電壓和溫度等信號(hào)，例如表示某些部件的電流、電壓和溫度等信號(hào)，傳感器的信息，指令證實(shí)信號(hào)以及反映控制用氣傳感器的信息，指令證實(shí)信號(hào)以及反映控制用氣體壓力的信號(hào)等。體壓力的信號(hào)等。 對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行位置和姿態(tài)控制的各噴射推進(jìn)器對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行位置和姿態(tài)控制的各噴射推進(jìn)器的點(diǎn)火與否，行波管高壓電源的開、關(guān)，己發(fā)生的點(diǎn)火與否，行波管高壓電源的開、關(guān)，己發(fā)生故障的部件與備用部件的轉(zhuǎn)換以及其他需要由地故障的部件與備用部件的轉(zhuǎn)換以及其他需要由地面對(duì)衛(wèi)星某些設(shè)備的控制等，上述這些動(dòng)作都要面對(duì)衛(wèi)星某些設(shè)

7、備的控制等，上述這些動(dòng)作都要由遙控指令部分來進(jìn)行。由遙控指令部分來進(jìn)行。 衛(wèi)星上的電源除要求體積小、重量輕、效率衛(wèi)星上的電源除要求體積小、重量輕、效率高和可靠性之外，還要求電源能在長時(shí)間內(nèi)保持高和可靠性之外，還要求電源能在長時(shí)間內(nèi)保持足夠的輸出。足夠的輸出。 太陽能電池由光電器件組成，其中最常用的太陽能電池由光電器件組成，其中最常用的是硅太陽能電池。是硅太陽能電池。 為了使通信衛(wèi)星在星蝕期間也能工作，一般為了使通信衛(wèi)星在星蝕期間也能工作，一般常用可以充、放電的化學(xué)電池作為二次電池與太常用可以充、放電的化學(xué)電池作為二次電池與太陽能電池并用。陽能電池并用。 在通信衛(wèi)星里，會(huì)因?yàn)樾胁ü芄υ谕ㄐ判l(wèi)星里

8、，會(huì)因?yàn)樾胁ü芄β史糯笃骱碗娫聪到y(tǒng)等部分產(chǎn)生熱而率放大器和電源系統(tǒng)等部分產(chǎn)生熱而升溫。升溫。24二、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(yán)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25 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(bào)、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)過放大后，變換頻率再向地面發(fā)射，相當(dāng)于一個(gè)微波中繼站。26 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(gè)，功率小于1

9、000瓦的通信衛(wèi)星稱為小容量衛(wèi)星；有24個(gè)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(gè)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(gè)，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(tái)上可裝150個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器。東方紅三號(hào)有24個(gè)C波段轉(zhuǎn)發(fā)器，6個(gè)電視和18個(gè)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(bào)、傳真、數(shù)據(jù)信號(hào)，工作壽命為8年。27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，

10、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(chǔ)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(hù)，如自適應(yīng)天線調(diào)零，可控點(diǎn)波束，轉(zhuǎn)發(fā)器放大特性的智能控制28（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29圖圖4-5 彎管式轉(zhuǎn)發(fā)器方框圖彎管式轉(zhuǎn)發(fā)器方框圖30（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(gè)指標(biāo)，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=2

11、7000/(0.5)2 對(duì)任意形狀服務(wù)區(qū)的覆蓋總希望天線對(duì)該區(qū)域提供大的增益，為此采用若干點(diǎn)波束的組合來對(duì)覆蓋區(qū)賦形。31 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(duì)地球的整個(gè)視區(qū) 一般由圓錐喇叭天線加上45的反射板組成 點(diǎn)波束天線點(diǎn)波束天線 覆蓋面積小，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(shí)現(xiàn) 也可利用多個(gè)饋源從不同方向經(jīng)反射器反射產(chǎn)生多波束的組合3233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34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35（三）數(shù)字處理轉(zhuǎn)發(fā)器

12、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 36三種數(shù)字處理轉(zhuǎn)發(fā)器的特點(diǎn)比較 載波處理轉(zhuǎn)發(fā)器 以載波為單位直接對(duì)射頻信號(hào)進(jìn)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 可能包括譯碼和重編碼設(shè)備、解擴(kuò)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(hào)處理和交換能力 解調(diào)、譯碼、存儲(chǔ)、交換、重組幀、重編碼和重調(diào)制等。37SS-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38 通路時(shí)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 3T

13、21 32 23 14 4T31 42 33 24 1T41 12 43 34 2表表4.1 交換矩陣示意圖交換矩陣示意圖39INTELSAT 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SWZ40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41l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42三、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 一般來說，對(duì)地球站應(yīng)有以下幾方面的要一般來說，對(duì)地球站應(yīng)有以下幾方

14、面的要求。求。 發(fā)送的信號(hào)應(yīng)是寬頻帶、穩(wěn)定、大功率發(fā)送的信號(hào)應(yīng)是寬頻帶、穩(wěn)定、大功率的信號(hào)，能接收由衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器轉(zhuǎn)發(fā)來的微弱信號(hào)。的信號(hào)，能接收由衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器轉(zhuǎn)發(fā)來的微弱信號(hào)。 可以傳輸多路電話、電報(bào)、傳真，以及可以傳輸多路電話、電報(bào)、傳真，以及高速數(shù)據(jù)、電視等多種業(yè)務(wù)的信號(hào)。高速數(shù)據(jù)、電視等多種業(yè)務(wù)的信號(hào)。 性能穩(wěn)定、可靠，維護(hù)、使用方便。性能穩(wěn)定、可靠，維護(hù)、使用方便。 建設(shè)成本和維護(hù)費(fèi)用不應(yīng)太高。建設(shè)成本和維護(hù)費(fèi)用不應(yīng)太高。 G/T是地球站接收天線的增益是地球站接收天線的增益G與地球站接與地球站接收系統(tǒng)的等效噪聲溫度收系統(tǒng)的等效噪聲溫度T的比值，它表征了地球的比值，它表征了地球站對(duì)微弱信號(hào)的

15、接收能力，稱為地球站的品質(zhì)因站對(duì)微弱信號(hào)的接收能力，稱為地球站的品質(zhì)因數(shù)。數(shù)。 為了保證所傳送信號(hào)的質(zhì)量，要求地球站的為了保證所傳送信號(hào)的質(zhì)量，要求地球站的發(fā)射機(jī)能夠發(fā)射較大的功率，一般為幾百瓦十發(fā)射機(jī)能夠發(fā)射較大的功率，一般為幾百瓦十幾千瓦，而且要求所發(fā)射的射頻信號(hào)功率非常穩(wěn)幾千瓦，而且要求所發(fā)射的射頻信號(hào)功率非常穩(wěn)定。定。 地球站所發(fā)射的射頻信號(hào)的頻率必須很精確，地球站所發(fā)射的射頻信號(hào)的頻率必須很精確，如果有較大漂移，不但要影響衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器頻帶的如果有較大漂移，不但要影響衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器頻帶的有效利用，還會(huì)在衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器中產(chǎn)生交調(diào)噪聲。有效利用，還會(huì)在衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器中產(chǎn)生交調(diào)噪聲。 為減小交調(diào)干擾，必須

16、對(duì)地球站在負(fù)載輕為減小交調(diào)干擾，必須對(duì)地球站在負(fù)載輕（即通話數(shù)少）的時(shí)候所發(fā)射的射頻頻譜能量密（即通話數(shù)少）的時(shí)候所發(fā)射的射頻頻譜能量密度加以限制。度加以限制。 為防止干擾波對(duì)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器和其他微波通信為防止干擾波對(duì)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器和其他微波通信系統(tǒng)形成干擾，規(guī)定地球站因多載波引起的交調(diào)系統(tǒng)形成干擾，規(guī)定地球站因多載波引起的交調(diào)干擾及帶外總的有效全向幅射功率應(yīng)小于限定值。干擾及帶外總的有效全向幅射功率應(yīng)小于限定值。 如圖如圖1-9所示的為國際衛(wèi)星通信頻分多址方所示的為國際衛(wèi)星通信頻分多址方式式A型標(biāo)準(zhǔn)地球站的組成方框圖，主要由天線分型標(biāo)準(zhǔn)地球站的組成方框圖，主要由天線分系統(tǒng)、發(fā)射機(jī)分系統(tǒng)、接收機(jī)分系統(tǒng)

17、、通信控制系統(tǒng)、發(fā)射機(jī)分系統(tǒng)、接收機(jī)分系統(tǒng)、通信控制分系統(tǒng)、信道終端設(shè)備分系統(tǒng)和電源分系統(tǒng)分系統(tǒng)、信道終端設(shè)備分系統(tǒng)和電源分系統(tǒng)6個(gè)個(gè)分系統(tǒng)組成。分系統(tǒng)組成。圖1-9 地球站的總體方框圖電視信號(hào)包括圖像信號(hào)和伴音信號(hào)。圖像信電視信號(hào)包括圖像信號(hào)和伴音信號(hào)。圖像信號(hào)經(jīng)過電視通道的視頻處理單元和調(diào)制器，成為號(hào)經(jīng)過電視通道的視頻處理單元和調(diào)制器，成為70MHz的中頻調(diào)頻波，再經(jīng)過中頻放大、上變頻的中頻調(diào)頻波，再經(jīng)過中頻放大、上變頻以及功率放大，然后送往天線。以及功率放大，然后送往天線。伴音信號(hào)有時(shí)要利用多路電話的通道進(jìn)行傳伴音信號(hào)有時(shí)要利用多路電話的通道進(jìn)行傳送。送。接收信號(hào)時(shí)，過程與上述相反。并且

18、在接收接收信號(hào)時(shí)，過程與上述相反。并且在接收分離裝置中把電視圖像信號(hào)與多路電話信號(hào)分開，分離裝置中把電視圖像信號(hào)與多路電話信號(hào)分開，分別經(jīng)不同的通道解調(diào)后送往終端設(shè)備。分別經(jīng)不同的通道解調(diào)后送往終端設(shè)備。 由于發(fā)射衛(wèi)星條件的限制，衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器天線由于發(fā)射衛(wèi)星條件的限制，衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器天線的口徑和增益不能太大。的口徑和增益不能太大。 發(fā)射機(jī)分系統(tǒng)的組成如圖發(fā)射機(jī)分系統(tǒng)的組成如圖1-10所示，由上變所示，由上變頻器、自動(dòng)功率控制電路、發(fā)射波合成裝置、激頻器、自動(dòng)功率控制電路、發(fā)射波合成裝置、激勵(lì)器和大功率放大器等組成。勵(lì)器和大功率放大器等組成。圖1-10 發(fā)射機(jī)分系統(tǒng)的組成對(duì)地球站發(fā)射機(jī)分系統(tǒng)的主要要求

19、有以下幾對(duì)地球站發(fā)射機(jī)分系統(tǒng)的主要要求有以下幾點(diǎn)。點(diǎn)。 發(fā)射的功率大。發(fā)射的功率大。 頻帶寬，從而保證通信容量以及發(fā)射多頻帶寬，從而保證通信容量以及發(fā)射多個(gè)載波所需的帶寬。個(gè)載波所需的帶寬。 射頻的頻率穩(wěn)定度高。射頻的頻率穩(wěn)定度高。 放大器的線性好。放大器的線性好。 增益穩(wěn)定，對(duì)發(fā)射地球站的有效全向輻增益穩(wěn)定，對(duì)發(fā)射地球站的有效全向輻射功率要求保持在額定值的射功率要求保持在額定值的0.5dB以內(nèi)，以保以內(nèi)，以保證接收地球站的性能指標(biāo)。證接收地球站的性能指標(biāo)。 發(fā)射機(jī)分系統(tǒng)中的功率放大器由行波管功率發(fā)射機(jī)分系統(tǒng)中的功率放大器由行波管功率放大器或速調(diào)管功率放大器組成。放大器或速調(diào)管功率放大器組成。

20、 發(fā)射機(jī)分系統(tǒng)中的上變頻器一般都采用參量發(fā)射機(jī)分系統(tǒng)中的上變頻器一般都采用參量變頻器，它的主要特點(diǎn)是噪聲小而且有一定的增變頻器，它的主要特點(diǎn)是噪聲小而且有一定的增益。益。 無論是上變頻器或接收機(jī)分系統(tǒng)中用的下變無論是上變頻器或接收機(jī)分系統(tǒng)中用的下變頻器，都要有本機(jī)振蕩器。晶振倍頻鎖相振蕩源頻器，都要有本機(jī)振蕩器。晶振倍頻鎖相振蕩源的組成如圖的組成如圖1-11所示。所示。圖1-11 晶振倍頻鎖相振蕩源 由于衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的發(fā)射功率較小，只有幾瓦由于衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的發(fā)射功率較小，只有幾瓦至幾十瓦，而且天線的增益也不高，經(jīng)至幾十瓦，而且天線的增益也不高，經(jīng)200dB左左右的下行線路損耗之后，到達(dá)地球站的信號(hào)

21、極微右的下行線路損耗之后，到達(dá)地球站的信號(hào)極微弱。弱。對(duì)接收機(jī)分系統(tǒng)的主要要求：對(duì)接收機(jī)分系統(tǒng)的主要要求： 噪聲溫度低，接收機(jī)分系統(tǒng)的噪聲溫度噪聲溫度低，接收機(jī)分系統(tǒng)的噪聲溫度很低，一般只有幾十開爾文（很低，一般只有幾十開爾文（K）。）。 工作頻帶寬，一般要求具有工作頻帶寬，一般要求具有500MHz的帶的帶寬。寬。 增益穩(wěn)定。增益穩(wěn)定。 在微波頻段使用的低噪聲放大器主要是低噪在微波頻段使用的低噪聲放大器主要是低噪聲晶體管放大器、場(chǎng)效應(yīng)管放大器和參量放大器聲晶體管放大器、場(chǎng)效應(yīng)管放大器和參量放大器等。等。 經(jīng)低噪聲放大器放大的微波信號(hào)，要送到下經(jīng)低噪聲放大器放大的微波信號(hào)，要送到下變頻器變換成中

22、頻，再經(jīng)過中頻放大后送到解調(diào)變頻器變換成中頻，再經(jīng)過中頻放大后送到解調(diào)器。器。 信道終端設(shè)備分系統(tǒng)可以分為上行和下行兩信道終端設(shè)備分系統(tǒng)可以分為上行和下行兩個(gè)部分。個(gè)部分。 當(dāng)解調(diào)器對(duì)多路電話信號(hào)的調(diào)頻波解調(diào)時(shí)，當(dāng)解調(diào)器對(duì)多路電話信號(hào)的調(diào)頻波解調(diào)時(shí)，噪聲也進(jìn)入解調(diào)器，使解調(diào)后輸出的話路信噪比噪聲也進(jìn)入解調(diào)器，使解調(diào)后輸出的話路信噪比降低。但解調(diào)器輸出的噪聲功率譜密度降低。但解調(diào)器輸出的噪聲功率譜密度n0為拋物為拋物線分布，如圖線分布，如圖1-12所示。所示。圖1-12 解調(diào)器輸出的噪聲功率譜上變頻。為解決這個(gè)問題，需在發(fā)端調(diào)制器之前接一為解決這個(gè)問題，需在發(fā)端調(diào)制器之前接一個(gè)預(yù)加重網(wǎng)絡(luò)，將高端

23、信號(hào)幅度提高，而使低端個(gè)預(yù)加重網(wǎng)絡(luò)，將高端信號(hào)幅度提高，而使低端信號(hào)幅度適當(dāng)降低。由于信道噪聲功率譜的分布信號(hào)幅度適當(dāng)降低。由于信道噪聲功率譜的分布不受預(yù)加重電路的影響，因而使頻帶內(nèi)各處的信不受預(yù)加重電路的影響，因而使頻帶內(nèi)各處的信噪比變得均勻了。在接收信號(hào)時(shí)再進(jìn)行相反處理，噪比變得均勻了。在接收信號(hào)時(shí)再進(jìn)行相反處理，即去加重以恢復(fù)原來的信號(hào)。即去加重以恢復(fù)原來的信號(hào)。 由于人們聽覺的頻率特性是不平坦的，一由于人們聽覺的頻率特性是不平坦的，一般對(duì)般對(duì)1000Hz左右的噪聲感覺最靈敏，對(duì)左右的噪聲感覺最靈敏，對(duì)30004000Hz以上或以上或200300Hz以下的噪聲感覺遲鈍，以下的噪聲感覺遲鈍

24、，即實(shí)際感受的噪聲較小。因此在測(cè)量話路的噪聲即實(shí)際感受的噪聲較小。因此在測(cè)量話路的噪聲時(shí)，為考慮受話人實(shí)際感受的噪聲狀況，需要接時(shí)，為考慮受話人實(shí)際感受的噪聲狀況，需要接入加權(quán)網(wǎng)絡(luò)，用來表示人們的主觀評(píng)定，成為如入加權(quán)網(wǎng)絡(luò)，用來表示人們的主觀評(píng)定，成為如圖圖1-13所示的形狀。所示的形狀。圖1-13 加權(quán)電路特性 由于發(fā)端行波管或速調(diào)管放大器在多載波工由于發(fā)端行波管或速調(diào)管放大器在多載波工作時(shí)，會(huì)因管子所具有的非線性特性而產(chǎn)生交調(diào)作時(shí)，會(huì)因管子所具有的非線性特性而產(chǎn)生交調(diào)干擾噪聲。由實(shí)驗(yàn)得知，外加的信號(hào)用干擾噪聲。由實(shí)驗(yàn)得知，外加的信號(hào)用20150Hz的三角波較為合適，如圖的三角波較為合適，如

25、圖1-14所示。所示。 在衛(wèi)星通信線路信號(hào)傳輸?shù)倪^程中，有時(shí)因在衛(wèi)星通信線路信號(hào)傳輸?shù)倪^程中，有時(shí)因某種原因會(huì)發(fā)生所傳送的信號(hào)太小甚至中斷的現(xiàn)某種原因會(huì)發(fā)生所傳送的信號(hào)太小甚至中斷的現(xiàn)象。象。圖1-14 能量擴(kuò)散信號(hào)波形 信道終端設(shè)備下行部分的任務(wù)是把從低噪聲信道終端設(shè)備下行部分的任務(wù)是把從低噪聲接收機(jī)送來的接收機(jī)送來的70MHz信號(hào)，經(jīng)過中放、解調(diào)和基信號(hào)，經(jīng)過中放、解調(diào)和基帶處理后，輸出基帶信號(hào)，然后再送到終端接口帶處理后，輸出基帶信號(hào)，然后再送到終端接口設(shè)備，把基帶信號(hào)進(jìn)行分解。設(shè)備，把基帶信號(hào)進(jìn)行分解。 地球站相當(dāng)復(fù)雜和龐大，為了保證各部分正地球站相當(dāng)復(fù)雜和龐大，為了保證各部分正常工作

26、，必須在站內(nèi)集中監(jiān)視、控制和測(cè)試。常工作，必須在站內(nèi)集中監(jiān)視、控制和測(cè)試。 地球站電源分系統(tǒng)要供應(yīng)站內(nèi)全部設(shè)備所需地球站電源分系統(tǒng)要供應(yīng)站內(nèi)全部設(shè)備所需用的電能，它關(guān)系到通信的質(zhì)量及設(shè)備的可靠性。用的電能，它關(guān)系到通信的質(zhì)量及設(shè)備的可靠性。 當(dāng)利用公用交流市電來對(duì)地球站供電時(shí)，通當(dāng)利用公用交流市電來對(duì)地球站供電時(shí)，通過電力傳輸線路，必然會(huì)同時(shí)引進(jìn)許多雜波干擾，過電力傳輸線路，必然會(huì)同時(shí)引進(jìn)許多雜波干擾，而且公用交流市電也會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)。而且公用交流市電也會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)。67 天線 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 微

27、波通信系統(tǒng)中的饋線有同軸電纜型和波導(dǎo)微波通信系統(tǒng)中的饋線有同軸電纜型和波導(dǎo)型兩種型式。型兩種型式。 圖圖1-22所示的是同軸電纜型天、饋線系統(tǒng)。所示的是同軸電纜型天、饋線系統(tǒng)。 圖圖1-23所示的是圓波導(dǎo)型天、饋線系統(tǒng)。所示的是圓波導(dǎo)型天、饋線系統(tǒng)。圖1-22 同軸電纜天饋線系統(tǒng)圖1-23 圓波導(dǎo)天饋線系統(tǒng) 常用微波天線的基本形式有：喇叭天線、拋常用微波天線的基本形式有：喇叭天線、拋物面天線、喇叭拋物面天線及潛望鏡天線等。物面天線、喇叭拋物面天線及潛望鏡天線等。微波天線的主要技術(shù)指標(biāo)有如下幾個(gè)方面。微波天線的主要技術(shù)指標(biāo)有如下幾個(gè)方面。 微波通信中使用的面式天線，其增益可用下微波通信中使用的面

28、式天線，其增益可用下式表示：式表示：式中，式中，A為天線的口面面積，為天線的口面面積， 為波長，為波長， A為口面利用系數(shù)。為口面利用系數(shù)。G=24AA 在視距微波通信線路中，天線增益過高將使在視距微波通信線路中，天線增益過高將使主瓣張角過小。主瓣張角過小。 在整個(gè)工作頻段內(nèi)，要求天線與饋線應(yīng)匹配在整個(gè)工作頻段內(nèi)，要求天線與饋線應(yīng)匹配連接，否則將造成反射，進(jìn)而造成線路噪聲。連接，否則將造成反射，進(jìn)而造成線路噪聲。 在采用雙極化的微波天線中，由于天線本身在采用雙極化的微波天線中，由于天線本身結(jié)構(gòu)的不均勻性及不對(duì)稱，不同極化波（即垂直結(jié)構(gòu)的不均勻性及不對(duì)稱，不同極化波（即垂直極化波和水平極化波）可

29、在天線中互相耦合，互極化波和水平極化波）可在天線中互相耦合，互為干擾，分別成為與之正交的主極化波的寄生波。為干擾，分別成為與之正交的主極化波的寄生波。 天線防衛(wèi)度是指天線在最大輻射方向上對(duì)從天線防衛(wèi)度是指天線在最大輻射方向上對(duì)從其他方向來的干擾電波的衰耗能力。在微波線路其他方向來的干擾電波的衰耗能力。在微波線路中，由于采用二頻制，因此在同一微波站中，兩中，由于采用二頻制，因此在同一微波站中，兩個(gè)方向的接收機(jī)工作在同一頻率，如圖個(gè)方向的接收機(jī)工作在同一頻率，如圖1-24所示。所示。圖1-24 天線防衛(wèi)度圖解 卡塞格林天線是一種具有雙反射器的拋物面卡塞格林天線是一種具有雙反射器的拋物面天線，其外形

30、簡圖如圖天線，其外形簡圖如圖1-25所示。圖所示。圖1-25（a）所）所示為一般式，較常見。近年來出現(xiàn)了不少加圓柱示為一般式，較常見。近年來出現(xiàn)了不少加圓柱屏蔽罩式的拋物面天線，見圖屏蔽罩式的拋物面天線，見圖1-25（b），它可），它可以降低向后方輻射的功率（降低后瓣）。又因?yàn)橐越档拖蚝蠓捷椛涞墓β剩ń档秃蟀辏?。又因?yàn)樗梢詼p小初級(jí)輻射器（激勵(lì)器）的直接輻射，它可以減小初級(jí)輻射器（激勵(lì)器）的直接輻射，所以對(duì)減弱旁瓣也有好處。所以對(duì)減弱旁瓣也有好處。圖1-25 卡塞格林天線外形簡圖圖圖1-26所示的是說明這種天線工作原理的簡圖。所示的是說明這種天線工作原理的簡圖。圖圖1-26卡塞格林天線工作原理

31、簡圖卡塞格林天線工作原理簡圖卡塞格林天線是由初級(jí)喇叭卡塞格林天線是由初級(jí)喇叭輻射器、雙曲面副反射器和拋物輻射器、雙曲面副反射器和拋物面主反射面三部分組成。面主反射面三部分組成。 衛(wèi)星天線有兩種類型。一種是用于遙控、遙衛(wèi)星天線有兩種類型。一種是用于遙控、遙測(cè)和信標(biāo)信號(hào)的全向天線，接收地面的指令及向測(cè)和信標(biāo)信號(hào)的全向天線，接收地面的指令及向地面發(fā)送遙測(cè)數(shù)據(jù)。這種天線常用鞭狀、螺旋形、地面發(fā)送遙測(cè)數(shù)據(jù)。這種天線常用鞭狀、螺旋形、繞桿式或套筒偶極子天線，屬于高頻或甚高頻天繞桿式或套筒偶極子天線，屬于高頻或甚高頻天線。另一種是用于通信的微波定向天線，根據(jù)波線。另一種是用于通信的微波定向天線，根據(jù)波束寬度

32、不同，分為三類。束寬度不同，分為三類。（1）全球波束天線：波束寬度約）全球波束天線：波束寬度約為為1718。（2）點(diǎn)波束天線：其波束比全球）點(diǎn)波束天線：其波束比全球波束窄得多，故增益較高，但其輻射波束窄得多，故增益較高，但其輻射的區(qū)域比全球波束小得多。的區(qū)域比全球波束小得多。（3）區(qū)域波束天線：）區(qū)域波束天線：如果地面要求覆蓋的區(qū)域形狀不規(guī)則，就要如果地面要求覆蓋的區(qū)域形狀不規(guī)則，就要用區(qū)域波束天線，也稱賦形波束天線。用區(qū)域波束天線，也稱賦形波束天線。其覆蓋區(qū)域可通過修改天線反射器的形狀或其覆蓋區(qū)域可通過修改天線反射器的形狀或使用多個(gè)饋源從不同方向照射天線反射器，由反使用多個(gè)饋源從不同方向照射

33、天線反射器，由反射器產(chǎn)生多個(gè)波束的組合來實(shí)現(xiàn)。如圖射器產(chǎn)生多個(gè)波束的組合來實(shí)現(xiàn)。如圖1-27及圖及圖1-28所示。所示。圖圖1-27 衛(wèi)星天線系統(tǒng)示意圖衛(wèi)星天線系統(tǒng)示意圖圖1-28 各種波束覆蓋示意圖 地球站的天線是衛(wèi)星通信中最具特色的設(shè)備，地球站的天線是衛(wèi)星通信中最具特色的設(shè)備，是一個(gè)龐大的系統(tǒng)。當(dāng)衛(wèi)星通信用是一個(gè)龐大的系統(tǒng)。當(dāng)衛(wèi)星通信用C頻段和頻段和Ku頻頻段時(shí)，根據(jù)地球站天線的口徑大小可劃分為大、段時(shí)，根據(jù)地球站天線的口徑大小可劃分為大、中、小三種站型。中、小三種站型。 圖圖1-29所示的為地球站的天線饋線系統(tǒng)方框所示的為地球站的天線饋線系統(tǒng)方框圖。它與視距微波通信天饋線系統(tǒng)相比，顯然多

34、圖。它與視距微波通信天饋線系統(tǒng)相比，顯然多了一套天線跟蹤衛(wèi)星的系統(tǒng)，即地球站天線的軸了一套天線跟蹤衛(wèi)星的系統(tǒng)，即地球站天線的軸要始終對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星方向。要始終對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星方向。圖1-29 地球站天線饋線系統(tǒng)的組成 地球站的收信系統(tǒng)在接收信號(hào)的同時(shí)，也會(huì)地球站的收信系統(tǒng)在接收信號(hào)的同時(shí)，也會(huì)有各種線路噪聲被接收。有各種線路噪聲被接收。圖1-30 天線系統(tǒng)與機(jī)房的連接91（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(jìn)行l(wèi)具有復(fù)用的功能 92（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93lTT&C地球站地球站94（1）TT

35、&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(cè)距子系統(tǒng)遙測(cè)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95（2）SCC衛(wèi)星運(yùn)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96lTV單收站DTH系統(tǒng)的家用單收站 單個(gè)接收機(jī)地面有線TV系統(tǒng)的“電纜前端”TVRO 多個(gè)接收機(jī)97圖圖4-23 TVRO天線直徑與衛(wèi)星天線直徑與衛(wèi)星EIRP的關(guān)系的關(guān)系98圖圖4-22 具有衛(wèi)星前端的地面有線電視系統(tǒng)具有衛(wèi)星前端的地面有線電視系統(tǒng)99圖圖4-24 有線電視網(wǎng)前端的有線電視網(wǎng)前端的TVRO100（五）MSS移動(dòng)終端和信關(guān)站 移動(dòng)終端 車（船）載臺(tái) 手持機(jī)項(xiàng)目平均發(fā)

36、射功率(W)天線增益(dBi)G/T (dB/K)Iridium0.41.0-23Globalstar0.52.5-22表表4-2 Iridium和和Globalstar系統(tǒng)手持機(jī)主要參數(shù)系統(tǒng)手持機(jī)主要參數(shù) 101 信關(guān)站網(wǎng)絡(luò)（用戶）管理功能與地面公用網(wǎng)互連的功能交換功能（對(duì)透明轉(zhuǎn)發(fā)器而言） 要使衛(wèi)星進(jìn)入運(yùn)行軌道，必須依靠運(yùn)載火箭。要使衛(wèi)星進(jìn)入運(yùn)行軌道，必須依靠運(yùn)載火箭。要想使衛(wèi)星繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)，還必須使衛(wèi)星的初始速要想使衛(wèi)星繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)，還必須使衛(wèi)星的初始速度大于度大于8km/s。但單級(jí)火箭的速度只能達(dá)到。但單級(jí)火箭的速度只能達(dá)到2.5km/s，因此，發(fā)射靜止衛(wèi)星必須采用帶有捆，因此，發(fā)射靜止衛(wèi)星

37、必須采用帶有捆綁技術(shù)的三級(jí)火箭。捆綁技術(shù)就是把幾支小火箭綁技術(shù)的三級(jí)火箭。捆綁技術(shù)就是把幾支小火箭捆在大火箭的第一級(jí)上，用以提高發(fā)射的飛行速捆在大火箭的第一級(jí)上，用以提高發(fā)射的飛行速度，衛(wèi)星裝在第三級(jí)火箭的前端，如圖度，衛(wèi)星裝在第三級(jí)火箭的前端，如圖1-15所示。所示。圖1-15 發(fā)射衛(wèi)星的三級(jí)火箭示意圖 一顆自旋穩(wěn)定的靜止衛(wèi)星的發(fā)射過程如圖一顆自旋穩(wěn)定的靜止衛(wèi)星的發(fā)射過程如圖1-16所示，全部過程大體可分為如下幾個(gè)階段。所示，全部過程大體可分為如下幾個(gè)階段。 開始發(fā)射后，依次點(diǎn)燃三級(jí)火箭的一、二級(jí)開始發(fā)射后，依次點(diǎn)燃三級(jí)火箭的一、二級(jí)火箭，把衛(wèi)星送到初始軌道?；鸺?，把衛(wèi)星送到初始軌道。圖1-16 靜止衛(wèi)星的發(fā)射過程 衛(wèi)星在初始軌道上只飛行一小段，當(dāng)衛(wèi)星快衛(wèi)星在初始軌道上只飛行一小段，當(dāng)衛(wèi)星快要到達(dá)初始軌道與赤道平面的交點(diǎn)時(shí)，要點(diǎn)燃第要到達(dá)初始軌道與赤道平面的交點(diǎn)時(shí)，要點(diǎn)燃第三級(jí)火箭，以使衛(wèi)星脫離初始軌道而進(jìn)入轉(zhuǎn)移軌三級(jí)火箭，以使衛(wèi)星脫離初始軌道而進(jìn)入轉(zhuǎn)移軌道。道。 衛(wèi)星在轉(zhuǎn)移軌道上運(yùn)行了幾圈，完成了上述衛(wèi)星在轉(zhuǎn)移軌道上運(yùn)行了幾圈，完成了上述各項(xiàng)準(zhǔn)備工作后，當(dāng)再次到達(dá)遠(yuǎn)地點(diǎn)時(shí)，就要啟各項(xiàng)準(zhǔn)備工作后，當(dāng)再次到達(dá)遠(yuǎn)地點(diǎn)時(shí)，就要啟動(dòng)遠(yuǎn)地點(diǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)，使衛(wèi)星進(jìn)入漂移軌道，如圖動(dòng)遠(yuǎn)地點(diǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)，使衛(wèi)星進(jìn)入漂移軌道，如圖1-17所示。所示