微波與衛(wèi)星通信

微波與衛(wèi)星通信第1頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月1.1微波與衛(wèi)星通信的基本概念與特點1.2微波通信系統(tǒng)的組成1.3衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成1.4微波與衛(wèi)星通信的天線饋線系統(tǒng)第2頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月1.1微波與衛(wèi)星通信的基本概念與特點1.微波與衛(wèi)星通信微波是指頻率為300MHz至300GHz的電磁波。微波通信是指用微波頻率作載波攜帶信息，通過無線電波空間進行中繼（接力）通信的方式。衛(wèi)星通信是指利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站，轉(zhuǎn)發(fā)或反射無線電波，在兩個或多個地球站之間進行的通信。第3頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月衛(wèi)星通信又是宇宙無線電通信形式之一，而宇宙通信是指以宇宙飛行體為對象的無線電通信，它有三種形式：（1）宇宙站與地球站之間的通信；（2）宇宙站之間的通信；（3）通過宇宙站轉(zhuǎn)發(fā)或反射而進行的地球站間的通信。第4頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月2.微波通信的特點用于傳輸頻分多路-調(diào)頻制（FDM-FM）基帶信號的系統(tǒng)叫作模擬制微波通信系統(tǒng)；用于傳輸數(shù)字基帶信號的系統(tǒng)叫作數(shù)字微波通信系統(tǒng)。第5頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月“微波、多路、接力”。“微波”是指微波工作頻段寬，它包括了分米波、厘米波和毫米波三個頻段。“多路”是指微波通信的通信容量大，即微波通信設(shè)備的通頻帶可以做得很寬?！敖恿Α笔悄壳皬V泛使用于視距微波的通信方式。第6頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)字微波除了具有上面所說的微波通信的普遍特點外，還具有數(shù)字通信的特點：（1）抗干擾性強、整個線路噪聲不累積；（2）保密性強，便于加密；（3）器件便于固態(tài)化和集成化，設(shè)備體積小、耗電少；（4）便于組成綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（ISDN）。第7頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月3.衛(wèi)星通信的特點（1）靜止衛(wèi)星通信的優(yōu)點①通信距離遠，且費用與通信距離無關(guān)②覆蓋面積大，可進行多址通信③通信頻帶寬，傳輸容量大④信號傳輸質(zhì)量高，通信線路穩(wěn)定可靠⑤建立通信電路靈活、機動性好第8頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）靜止衛(wèi)星通信的缺點① 靜止衛(wèi)星的發(fā)射與控制技術(shù)比較復(fù)雜。② 地球的兩極地區(qū)為通信盲區(qū)，而且地球的高緯度地區(qū)通信效果不好。③ 存在星蝕和日凌中斷現(xiàn)象。④ 有較大的信號傳輸時延和回波干擾。第9頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月1.2微波通信系統(tǒng)的組成1.2.1系統(tǒng)組成一條微波中繼信道是由終端站、中間站和再生中繼站、終點站及電波空間組成，如圖1-1（a）所示。第10頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月

終端站的任務(wù)是將復(fù)用設(shè)備送來的基帶信號或由電視臺送來的視頻及伴音信號，調(diào)制到微波頻率上并發(fā)射出去；或者反之，將收到的微波信號解調(diào)出基帶信號送往復(fù)用設(shè)備，或?qū)⒔庹{(diào)出的視頻信號及伴音信號送往電視臺。線路中間的中繼站的任務(wù)是完成微波信號的轉(zhuǎn)發(fā)和分路，所以中繼站又分為中間站（不能上、下話路）、分路站和樞紐站（能上、下話路），如圖1-1（b）所示。第11頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月圖1-1微波通信的信道構(gòu)成第12頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月1.2.2微波收發(fā)信設(shè)備的組成1.發(fā)信設(shè)備的組成從目前使用的數(shù)字微波通信設(shè)備來看，分為直接調(diào)制式發(fā)信機（使用微波調(diào)相器）和變頻式發(fā)信機。中小容量的數(shù)字微波（480路以下）設(shè)備可用前一種方案。下面以一種典型的變頻式發(fā)信機為例加以說明，如圖1-2所示。第13頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月圖1-2變頻式發(fā)信機方框圖第14頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月2.發(fā)信設(shè)備的主要性能指標(biāo)（1）工作頻段從無線電頻譜的劃分來看，我們把頻率為0.3～300GHz的射頻稱為微波頻率。（2）輸出功率輸出功率是指發(fā)信機輸出端口處功率的大小。（3）頻率穩(wěn)定度發(fā)信機的每個工作波道都有一個標(biāo)稱的射頻中心工作頻率，用f0表示。第15頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月3.收信設(shè)備的組成數(shù)字微波的收信設(shè)備和解調(diào)設(shè)備組成了收信系統(tǒng)，這里所講的收信設(shè)備只包括射頻和中頻兩個部分。圖1-3所示的是一個有空間分集接收的收信設(shè)備組成方框圖。第16頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月圖1-3外差式收信機方框圖第17頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月4.收信設(shè)備的主要性能指標(biāo)（1）工作頻段收信機是與發(fā)信機配合工作的。（2）收信本振的頻率穩(wěn)定度接收的微波射頻的頻率穩(wěn)定度是由發(fā)信機決定的。（3）噪聲系數(shù)數(shù)字微波收信機的噪聲系數(shù)一般為2.5～7dB，比模擬微波收信機的噪聲系數(shù)小5dB左右。第18頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月（4）通頻帶收信機接收的已調(diào)波是一個頻帶信號，即已調(diào)波頻譜（的主要成分）要占有一定的帶寬。（5）選擇性對某個波道的收信機而言，要求它只接收本波道的信號，對鄰近波道干擾、鏡像頻率干擾及本波道的收、發(fā)干擾等要有足夠的抑制能力，這就是收信機的選擇性。第19頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月（6）收信機的最大增益天線收到的微波信號經(jīng)饋線和分路系統(tǒng)到達收信機。由于受衰落的影響，收信機的輸入電平在隨時變動。（7）自動增益控制范圍以自由空間傳播條件下的收信電平為基準(zhǔn)，當(dāng)收信電平高于基準(zhǔn)電平時，稱為上衰落；低于基準(zhǔn)電平時，稱為下衰落。第20頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月1.3衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成1.3.1系統(tǒng)組成1.靜止衛(wèi)星通信系統(tǒng)衛(wèi)星通信的工作頻段與微波通信相同。圖1-4所示的是衛(wèi)星通信的示意圖。第21頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月圖1-4衛(wèi)星通信示意圖第22頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月

靜止衛(wèi)星是指衛(wèi)星的運行軌道在赤道平面內(nèi)。軌道離地面高度約為35800km（為簡單起見，經(jīng)常稱36000km）。圖1-5所示為靜止衛(wèi)星配置的幾何關(guān)系示意圖。第23頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月圖1-5靜止衛(wèi)星的配置第24頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月目前國際衛(wèi)星通信組織負責(zé)建立的國際衛(wèi)星通信系統(tǒng)（INTELSAT），簡稱IS，就是利用靜止衛(wèi)星來實現(xiàn)全球通信的。三顆同步衛(wèi)星分別位于太平洋、印度洋和大西洋上空，它們構(gòu)成的全球通信網(wǎng)承擔(dān)著大約80%的國際通信業(yè)務(wù)和全部國際電視轉(zhuǎn)播業(yè)務(wù)，如圖1-6所示。第25頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月圖1-6衛(wèi)星通信示意圖第26頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月2.衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成

（1）衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成通常衛(wèi)星通信系統(tǒng)是由地球站、通信衛(wèi)星、跟蹤遙測及指令系統(tǒng)和監(jiān)控管理系統(tǒng)4大部分組成的，如圖1-7所示。第27頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月圖1-7衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成第28頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）衛(wèi)星通信線路的組成兩個地球站通過通信衛(wèi)星進行通信的衛(wèi)星通信線路的組成如圖1-8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。第29頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月圖1-8衛(wèi)星通信線路的組成第30頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月1.3.2

地球站的組成及其工作原理1.對地球站的技術(shù)要求一般來說，對地球站應(yīng)有以下幾方面的要求。①發(fā)送的信號應(yīng)是寬頻帶、穩(wěn)定、大功率的信號，能接收由衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器轉(zhuǎn)發(fā)來的微弱信號。②可以傳輸多路電話、電報、傳真，以及高速數(shù)據(jù)、電視等多種業(yè)務(wù)的信號。③性能穩(wěn)定、可靠，維護、使用方便。④建設(shè)成本和維護費用不應(yīng)太高。第31頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）地球站的性能指標(biāo)——品質(zhì)因數(shù)（G/T）G/T是地球站接收天線的增益G與地球站接收系統(tǒng)的等效噪聲溫度T的比值，它表征了地球站對微弱信號的接收能力，稱為地球站的品質(zhì)因數(shù)。（2）有效輻射功率及其穩(wěn)定度為了保證所傳送信號的質(zhì)量，要求地球站的發(fā)射機能夠發(fā)射較大的功率，一般為幾百瓦～十幾千瓦，而且要求所發(fā)射的射頻信號功率非常穩(wěn)定。第32頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）射頻頻率的穩(wěn)定度地球站所發(fā)射的射頻信號的頻率必須很精確，如果有較大漂移，不但要影響衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器頻帶的有效利用，還會在衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器中產(chǎn)生交調(diào)噪聲。（4）射頻能量的擴散為減小交調(diào)干擾，必須對地球站在負載輕（即通話數(shù)少）的時候所發(fā)射的射頻頻譜能量密度加以限制。第33頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月（5）干擾波輻射的限制為防止干擾波對衛(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)干擾及帶外總的有效全向幅射功率應(yīng)小于限定值。第34頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月2.地球站的組成如圖1-9所示的為國際衛(wèi)星通信頻分多址方式A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)射機分系統(tǒng)、接收機分系統(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)6個分系統(tǒng)組成。第35頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月圖1-9地球站的總體方框圖第36頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月電視信號包括圖像信號和伴音信號。圖像信號經(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、上變頻以及功率放大，然后送往天線。伴音信號有時要利用多路電話的通道進行傳送。接收信號時，過程與上述相反。并且在接收分離裝置中把電視圖像信號與多路電話信號分開，分別經(jīng)不同的通道解調(diào)后送往終端設(shè)備。第37頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月3.發(fā)射機分系統(tǒng)（1）組成和要求由于發(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。發(fā)射機分系統(tǒng)的組成如圖1-10所示，由上變頻器、自動功率控制電路、發(fā)射波合成裝置、激勵器和大功率放大器等組成。第38頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月圖1-10發(fā)射機分系統(tǒng)的組成第39頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月對地球站發(fā)射機分系統(tǒng)的主要要求有以下幾點。①發(fā)射的功率大。②頻帶寬，從而保證通信容量以及發(fā)射多個載波所需的帶寬。③射頻的頻率穩(wěn)定度高。④放大器的線性好。⑤增益穩(wěn)定，對發(fā)射地球站的有效全向輻射功率要求保持在額定值的±0.5dB以內(nèi)，以保證接收地球站的性能指標(biāo)。第40頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）功率放大器發(fā)射機分系統(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。（3）上變頻器和本機振蕩器發(fā)射機分系統(tǒng)中的上變頻器一般都采用參量變頻器，它的主要特點是噪聲小而且有一定的增益。無論是上變頻器或接收機分系統(tǒng)中用的下變頻器，都要有本機振蕩器。晶振倍頻鎖相振蕩源的組成如圖1-11所示。第41頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月圖1-11晶振倍頻鎖相振蕩源第42頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月4.接收機分系統(tǒng)（1）組成與要求由于衛(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)200dB左右的下行線路損耗之后，到達地球站的信號極微弱。第43頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月對接收機分系統(tǒng)的主要要求：①噪聲溫度低，接收機分系統(tǒng)的噪聲溫度很低，一般只有幾十開爾文（K）。②工作頻帶寬，一般要求具有500MHz的帶寬。③增益穩(wěn)定。第44頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）低噪聲放大器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、場效應(yīng)管放大器和參量放大器等。（3）下變頻器經(jīng)低噪聲放大器放大的微波信號，要送到下變頻器變換成中頻，再經(jīng)過中頻放大后送到解調(diào)器。第45頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月5.信道終端設(shè)備分系統(tǒng)信道終端設(shè)備分系統(tǒng)可以分為上行和下行兩個部分。（1）上行部分①預(yù)加重當(dāng)解調(diào)器對多路電話信號的調(diào)頻波解調(diào)時，噪聲也進入解調(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n0為拋物線分布，如圖1-12所示。第46頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月圖1-12解調(diào)器輸出的噪聲功率譜上變頻。第47頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月為解決這個問題，需在發(fā)端調(diào)制器之前接一個預(yù)加重網(wǎng)絡(luò)，將高端信號幅度提高，而使低端信號幅度適當(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)各處的信噪比變得均勻了。在接收信號時再進行相反處理，即去加重以恢復(fù)原來的信號。第48頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月②加權(quán)由于人們聽覺的頻率特性是不平坦的，一般對1000Hz左右的噪聲感覺最靈敏，對3000～4000Hz以上或200～300Hz以下的噪聲感覺遲鈍，即實際感受的噪聲較小。因此在測量話路的噪聲時，為考慮受話人實際感受的噪聲狀況，需要接入加權(quán)網(wǎng)絡(luò)，用來表示人們的主觀評定，成為如圖1-13所示的形狀。第49頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月圖1-13加權(quán)電路特性第50頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月③能量擴散信號的處理由于發(fā)端行波管或速調(diào)管放大器在多載波工作時，會因管子所具有的非線性特性而產(chǎn)生交調(diào)干擾噪聲。由實驗得知，外加的信號用20～150Hz的三角波較為合適，如圖1-14所示。④導(dǎo)頻信號在衛(wèi)星通信線路信號傳輸?shù)倪^程中，有時因某種原因會發(fā)生所傳送的信號太小甚至中斷的現(xiàn)象。第51頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月圖1-14能量擴散信號波形第52頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)下行部分信道終端設(shè)備下行部分的任務(wù)是把從低噪聲接收機送來的70MHz信號，經(jīng)過中放、解調(diào)和基帶處理后，輸出基帶信號，然后再送到終端接口設(shè)備，把基帶信號進行分解。第53頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月6.通信控制分系統(tǒng)地球站相當(dāng)復(fù)雜和龐大，為了保證各部分正常工作，必須在站內(nèi)集中監(jiān)視、控制和測試。7.電源分系統(tǒng)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。當(dāng)利用公用交流市電來對地球站供電時，通過電力傳輸線路，必然會同時引進許多雜波干擾，而且公用交流市電也會出現(xiàn)波動。第54頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月1.3.3靜止衛(wèi)星的運行軌道與觀察參數(shù)1.靜止衛(wèi)星的發(fā)射要使衛(wèi)星進入運行軌道，必須依靠運載火箭。要想使衛(wèi)星繞地球運轉(zhuǎn)，還必須使衛(wèi)星的初始速度大于8km/s。但單級火箭的速度只能達到2.5km/s，因此，發(fā)射靜止衛(wèi)星必須采用帶有捆綁技術(shù)的三級火箭。捆綁技術(shù)就是把幾支小火箭捆在大火箭的第一級上，用以提高發(fā)射的飛行速度，衛(wèi)星裝在第三級火箭的前端，如圖1-15所示。第55頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月圖1-15發(fā)射衛(wèi)星的三級火箭示意圖第56頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月2.發(fā)射過程一顆自旋穩(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階段。（1）進入初始軌道開始發(fā)射后，依次點燃三級火箭的一、二級火箭，把衛(wèi)星送到初始軌道。第57頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月圖1-16靜止衛(wèi)星的發(fā)射過程第58頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）進入轉(zhuǎn)移軌道衛(wèi)星在初始軌道上只飛行一小段，當(dāng)衛(wèi)星快要到達初始軌道與赤道平面的交點時，要點燃第三級火箭，以使衛(wèi)星脫離初始軌道而進入轉(zhuǎn)移軌道。第59頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）進入漂移軌道衛(wèi)星在轉(zhuǎn)移軌道上運行了幾圈，完成了上述各項準(zhǔn)備工作后，當(dāng)再次到達遠地點時，就要啟動遠地點發(fā)動機，使衛(wèi)星進入漂移軌道，如圖1-17所示。（4）進入靜止軌道衛(wèi)星在漂移軌道上運行時，離靜止衛(wèi)星定點位置是很近的。第60頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月圖1-17遠地點的軌道變換第61頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月3.通信衛(wèi)星的姿態(tài)控制衛(wèi)星上裝有通信用的定向天線，要求定向天線的波束應(yīng)指向地球中心或某覆蓋區(qū)的中心。（1）角度慣性控制角度慣性控制也叫自旋穩(wěn)定法，是早期靜止衛(wèi)星常用的姿態(tài)控制方法。采用自旋穩(wěn)定法的衛(wèi)星，如IS-Ⅲ，IS-Ⅳ等，衛(wèi)星的天線要安裝在一個平臺上。第62頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）三軸穩(wěn)定法三軸穩(wěn)定法是指衛(wèi)星的姿態(tài)是由穩(wěn)定穿過衛(wèi)星重心的三個軸來保證的。這三個軸分別在衛(wèi)星軌道的切線、法線和軌道平面的垂線等三個方向上，分別對應(yīng)叫做滾動軸、俯仰軸和偏航軸，如圖1-18所示。三軸可以采用噴氣、慣性飛輪或電機等來直接分別控制每個軸保持穩(wěn)定。第63頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月圖1-18三軸穩(wěn)定法示意圖第64頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月4.靜止衛(wèi)星的觀察參數(shù)在地球站的調(diào)測、開通和使用過程中，都要知道地球站天線工作時的方位角Φa和仰角Φe。此外，為了計算自由空間的傳播損耗，還必須知道地球站與衛(wèi)星之間的距離——站星距。圖1-19示出了靜止衛(wèi)星S與地球站A的幾何關(guān)系。第65頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月圖1-19靜止衛(wèi)星觀察參數(shù)圖解第66頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月第67頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月【例1-1】“亞太一號”衛(wèi)星的星下點s′的經(jīng)度為φ2=138.00E(東經(jīng))，北京地球站的參數(shù)為φ1=116.45E,θ1=39.92°，求北京地球站的仰角、方位角和站星距。解由已知條件得知：θ1=39.92°，經(jīng)度差φ=φ2－φ1=138.00－116.45=21.55°代入公式得仰角第68頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月第69頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月5.衛(wèi)星通信系統(tǒng)的分類（1）按衛(wèi)星的覆蓋范圍分，有國際衛(wèi)星通信系統(tǒng)、國內(nèi)衛(wèi)星通信系統(tǒng)和區(qū)域衛(wèi)星通信系統(tǒng)。（2）按用戶的性質(zhì)分，有公用衛(wèi)星通信系統(tǒng)、專用衛(wèi)星通信系統(tǒng)和軍用衛(wèi)星通信系統(tǒng)。（3）按衛(wèi)星的制式分，有靜止衛(wèi)星通信系統(tǒng)和非靜止衛(wèi)星通信系統(tǒng)（衛(wèi)星繞地球運轉(zhuǎn)一周不等于24小時）。第70頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月1.3.4通信衛(wèi)星的組成及其工作原理圖1-20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)、遙測與指令分系統(tǒng)、電源分系統(tǒng)和溫控分系統(tǒng)5個部分組成。1.通信分系統(tǒng)的轉(zhuǎn)發(fā)器通信分系統(tǒng)分為轉(zhuǎn)發(fā)器和衛(wèi)星天線兩大部分。第71頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月圖1-20通信衛(wèi)星的組成第72頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）單變頻轉(zhuǎn)發(fā)器單變頻轉(zhuǎn)發(fā)器是目前用得較多的轉(zhuǎn)發(fā)器，如圖1-21（a）所示。（2）雙變頻轉(zhuǎn)發(fā)器雙變頻轉(zhuǎn)發(fā)器如圖1-21（b）所示。（3）處理轉(zhuǎn)發(fā)器處理轉(zhuǎn)發(fā)器除了轉(zhuǎn)發(fā)信號外，主要還具有處理信號的功能。它的組成方框圖如圖1-21（c）所示。第73頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月圖1-21衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器組成的方框圖第74頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月衛(wèi)星上的信號處理大體包括三種類型：一種是對數(shù)字信號進行判決和再生，使噪聲不積累；另一種是在多個衛(wèi)星天線波束之間進行信號交換與處理；第三種是對信號進行更復(fù)雜的變換、交換和處理。第75頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月2.控制分系統(tǒng)控制分系統(tǒng)由各種可控的調(diào)整裝置，如各種噴氣推進器、各種驅(qū)動裝置和各種轉(zhuǎn)換開關(guān)等組成。3.遙測指令分系統(tǒng)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，有時要通過遙測指令信號控制衛(wèi)星上設(shè)備產(chǎn)生一定的動作。第76頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）遙測部分遙測部分用來了解衛(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，傳感器的信息，指令證實信號以及反映控制用氣體壓力的信號等。（2）遙控指令部分對衛(wèi)星進行位置和姿態(tài)控制的各噴射推進器的點火與否，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面對衛(wèi)星某些設(shè)備的控制等，上述這些動作都要由遙控指令部分來進行。第77頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月4.電源分系統(tǒng)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間內(nèi)保持足夠的輸出。（1）太陽能電池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。（2）化學(xué)電池為了使通信衛(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陽能電池并用。第78頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月5.溫控分系統(tǒng)在通信衛(wèi)星里，會因為行波管功率放大器和電源系統(tǒng)等部分產(chǎn)生熱而升溫。第79頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月1.4微波與衛(wèi)星通信的天線饋線系統(tǒng)1.4.1微波通信的天線饋線系統(tǒng)1.天線饋線系統(tǒng)的型式微波通信系統(tǒng)中的饋線有同軸電纜型和波導(dǎo)型兩種型式。圖1-22所示的是同軸電纜型天、饋線系統(tǒng)。圖1-23所示的是圓波導(dǎo)型天、饋線系統(tǒng)。第80頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月圖1-22同軸電纜天饋線系統(tǒng)第81頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月圖1-23圓波導(dǎo)天饋線系統(tǒng)第82頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月2.對微波天線的技術(shù)要求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。微波天線的主要技術(shù)指標(biāo)有如下幾個方面。第83頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）天線增益微波通信中使用的面式天線，其增益可用下式表示：式中，A為天線的口面面積，λ為波長，ηA為口面利用系數(shù)。第84頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)對主瓣寬度的要求在視距微波通信線路中，天線增益過高將使主瓣張角過小。（3）天線與饋線應(yīng)匹配良好在整個工作頻段內(nèi)，要求天線與饋線應(yīng)匹配連接，否則將造成反射，進而造成線路噪聲。第85頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月（4）交叉極化去耦在采用雙極化的微波天線中，由于天線本身結(jié)構(gòu)的不均勻性及不對稱，不同極化波（即垂直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。第86頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月（5）天線防衛(wèi)度天線防衛(wèi)度是指天線在最大輻射方向上對從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，兩個方向的接收機工作在同一頻率，如圖1-24所示。第87頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月圖1-24天線防衛(wèi)度圖解第88頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月3.卡塞格林天線卡塞格林天線是一種具有雙反射器的拋物面天線，其外形簡圖如圖1-25所示。圖1-25（a）所示為一般式，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1-25（b），它可以降低向后方輻射的功率（降低后瓣）。又因為它可以減小初級輻射器（激勵器）的直接輻射，所以對減弱旁瓣也有好處。第89頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月圖1-25卡塞格林天線外形簡圖第90頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月圖1-26所示的是說明這種天線工作原理的簡圖。圖1-26卡塞格林天線工作原理簡圖第91頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月卡塞格林天線是由初級喇叭輻射器、雙曲面副反射器和拋物面主反射面三部分組成。第92頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月1.4.2通信衛(wèi)星的天線系統(tǒng)衛(wèi)星天線有兩種類型。一種是用于遙控、遙測和信標(biāo)信號的全向天線，接收地面的指令及向地面發(fā)送遙測數(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線。另一種是用于通信的微波定向天線，根據(jù)波束寬度不同，分為三類。第93頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）全球波束天線：波束寬度約為17°～18°。（2）點波束天線：其波束比全球波束窄得多，故增益較高，但其輻射的區(qū)域比全球波束小得多。第94頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）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使用多個饋源從不同方向照射天線反射器，由反射器產(chǎn)生多個波束的組合來實現(xiàn)。如圖1-27及圖1-28所示。第95頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月圖1-27衛(wèi)星天線系統(tǒng)示意圖第96頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月圖1-28各種波束覆蓋示意圖第97頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月1.4.3地球站的天線饋線系統(tǒng)1.概述地球站的天線是衛(wèi)星通信中最具特色的設(shè)備，是一個龐大的系統(tǒng)。當(dāng)衛(wèi)星通信用C頻段和Ku頻段時，根據(jù)地球站天線的口徑大小可劃分為大、中、小三種站型。第98頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月2.地球站天線饋線系統(tǒng)的組成圖1-29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準(zhǔn)衛(wèi)星方向。第99頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月圖1-29地球站天線饋線系統(tǒng)的組成第100頁，課件共112頁，創(chuàng)作于2023年2月3.與天線饋源連接的低噪聲放大器地球站的收信系統(tǒng)在接收信號的同時，也會有各種線路噪聲被接收。第101