星載和地球站設備衛(wèi)星通信系統(tǒng)

第五章星載和地球站設備衛(wèi)星通信系統(tǒng)由衛(wèi)星星載轉發(fā)器、地球站接收和發(fā)送設備組成。高功率放大器（HPA）衛(wèi)星通信系統(tǒng)中通常采用的HPA有三種類型：行波管放大器（TWTA），速調管放大器（KPA，Klystronpoweramplifier）和固態(tài)功率放大器（SSPA，Solidstatepoweramplifier）。不同頻段時三種放大器的輸出功率如圖所示：5.1高功率放大器和低噪聲放大器低噪聲放大器（LNA）低噪聲放大器（LNA）的最重要指標是內部噪聲的大小，用等效噪聲溫度來量度。LNA的性能在很大程度上決定了整個接收系統(tǒng)的等效噪聲溫度。參量放大器、致冷和常溫的砷化鎵場效放大器三種商用LNA現(xiàn)在幾乎所有的地球站或是衛(wèi)星上都采用包含GaAsFET放大器的LNA。

5.2星載轉發(fā)器轉發(fā)器通信衛(wèi)星上的核心是轉發(fā)器，它接收來自地面的無線電波，經過放大后，變換頻率再向地面發(fā)射，相當于一個微波中繼站。它由輸入設備、調制設備、本振設備、放大設備和發(fā)射設備組成，是直接承擔通信任務的系統(tǒng)，可以轉發(fā)兩地或多地的電報、、數(shù)據(jù)、、電視、廣播等，是一個功能強大、結構復雜的多面手。轉發(fā)器的數(shù)量越多，衛(wèi)星的通信能力就越大，所以轉發(fā)器的數(shù)量是衡量衛(wèi)星先進與否的重要標志。星載轉發(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個轉發(fā)器，功率在1000~3000瓦之間的衛(wèi)星稱為中容量通信衛(wèi)星；有48個轉發(fā)器，功率在3000~7000瓦之間的衛(wèi)星是大容量通信衛(wèi)星；轉發(fā)器多于48個，功率在7000瓦以上的是超大容量通信衛(wèi)星。目前最大的通信衛(wèi)星平臺上可裝150個轉發(fā)器。東方紅三號有24個C波段轉發(fā)器，6個電視和18個通信傳輸信道，可傳輸6套彩色電視接，節(jié)目和15000路或電報、、數(shù)據(jù)信號，工作壽命為8年。彎管式轉發(fā)器是相對于數(shù)字處理轉發(fā)器而言的。它僅完成對信號的放大和將上行頻率變換為下行頻率。下圖給出了彎管式轉發(fā)器方框圖。為了提高星載轉發(fā)器的可靠性，一些容易失效的模塊或部件都有冗余配置。因此，星上除了通信設備及其冗余部分外，還有各種切換開關。為了使衛(wèi)星轉發(fā)器能為特定的服務區(qū)提供服務，天線應指向服務區(qū)，而且希望以服務區(qū)的形狀而賦形。天線1、單級或雙級線狀天線：主要用于TTC全向天線。2、喇叭天線：用于全球波束，信標天線。3、反射面天線：用于區(qū)域波束或點波束；多饋源賦形。

拋物面反射型天線：

1）中心饋源的拋物面天線：饋源喇叭位于拋物面的交點處2）饋源偏置的拋物面天線。4、全球波束天線點波束天線賦形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

–覆蓋面積小，一般為圓形，半功率寬度幾度

–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反射器產生多波束的組合5、相控陣列天線和多波束天線

陣列天線相控陣列天線由多個獨立的陣列單元組成，各單元由功率接近和相位特定的信號驅動，以得到所需的特性。通過對激勵信號功率和相位的控制，可以在陣列天線不作任何物理移動的情況下，移動波束的位置和完成不問的天線賦形。高頻地波雷達天線陣列

超視距雷達的天線陣列

多波束天線星載多波束天線的應用是多方面的。比如，跟蹤與數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星用于跟蹤不同的低軌用戶星；對地面特定的“點”(小的高業(yè)務密度地區(qū))進行覆蓋；對地面形成蜂窩覆蓋，以支持小型移動終端的接入。多波束天線可以采用多個饋源和同一反射面天線組成，但更多的是相控兩列天線。數(shù)字處理轉發(fā)器星載數(shù)字處理轉發(fā)器在將接收的上行信號向地球站轉發(fā)之前要進行數(shù)字信號處理。包括時分或分組信道的交換。窄帶信道的選擇和路由，F(xiàn)EC數(shù)據(jù)流的解碼和再編碼等，其目的是便于下行鏈路的最佳傳輸。這些處理技術涉及到高速A/D轉換、快速傅氏變換、數(shù)字濾波、高速數(shù)據(jù)的緩存和編解碼等。應用實例：解調-再調制轉發(fā)器星上交換的TDMA轉發(fā)器星載路由器星載電源太陽能電池的安裝有體裝式和展開式兩類。5.3通信地球站設備本書討論的地球站設備主要包括RF終端、調制與解調器、基帶與控制設備以及用戶接口，如圖所示。對于每個固定地球站設備，還必須有可靠的電源供給和保持電氣性能所需的溫度和濕度。地球站的末端是與地面某種類型設備相連接的接口。地面線路可以是光纜或者微波線路，將業(yè)務延伸到相應得業(yè)務點。地球站一般都設置有本地或遠端的監(jiān)視和控制設備，以便于對地球站的操作和管理。不同類型的地球站其監(jiān)視和控制設備的復雜程度不一樣，但總體來說都主要具有三方面的功能：為工作人員提供一個集中監(jiān)視、告警和控制的平臺，將分散監(jiān)視點的數(shù)據(jù)和各類告警信號集中的操作臺，還可以有存儲和打印監(jiān)視數(shù)據(jù)的外圍設備，并為操作人員提供啟閉設備、切換傳輸路徑等功能。向網絡控制中心提供地球站的傳輸和業(yè)務質量的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)。提供有遙測能力的綜合測試功能，以便對傳輸指標進行測試和其他常規(guī)測試，做出故障診斷。射頻部分天線對于干線的大型地球站，可以采用大功率的放大器和高增益的天線。天線增益取決于上行頻率和天線尺寸。（大尺寸天線本身的價格高之外，由于波束較窄，為了保持指向誤差精度，需要將其安裝在一個全方位俯仰旋轉跟蹤的機械裝置上。）大型地球站的大功率微波輻射會造成有害于人體健康的環(huán)境，因此大型地球站通常不設置在人群稠密的地方或者進行必要的屏蔽。衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，目前地球站通常采用卡塞格倫天線，如圖所示。組成：它由主反射器和副反射器構成。原理：饋源喇叭輻射的顛簸首先投射到副反射器上，再反射到主反射器，主反射器電波形成平行波束反射出去，形成波束的定向發(fā)射。注意：1）利用對副反射器形狀的修正，可以改善主反射器的能量分布，使主反射器上能量分布更均勻，減少能量的外溢，提高天線的效率。

2）副反