卫星通信导论上课课件第4章星载和地球站设备1.ppt

第4章 星载和地球站设备;提要;1.卫星通信系统的组成 （1）卫星通信系统的组成 通常卫星通信系统是由地球站、通信卫星、跟踪遥测及指令系统和监控管理系统4大部分组成的，如图1-7所示。 ; 图1-7 卫星通信系统的组成;（2）卫星通信线路的组成 两个地球站通过通信卫星进行通信的卫星通信线路的组成如图1-8所示，是由发端地球站，上、下行无线传输路径和收端地球站组成的。 ;图1-8 卫星通信线路的组成;卫星通信系统框图;图4-1 星载和地球站设备;一、HPA和LNA;图4-2 不同频段三种放大器的输出功率;高功率 放大器;低噪声放大器（LNA） 参量放大器 致冷砷化镓场效应放大器 常温砷化镓场效应放大器(GaAsFET);图4-3 三种LNA的内部噪声性能;LNA前端的接法;1.3.4 通信卫星的组成及其工作原理 图1-20示出了通信卫星各系统的组成方框图。由通信分系统、控制分系统、遥测与指令分系统、电源分系统和温控分系统5个部分组成。 1.通信分系统的转发器 通信分系统分为转发器和卫星天线两大部分。;图1-20 通信卫星的组成;（1）单变频转发器 单变频转发器是目前用得较多的转发器，如图1-21（a）所示。 （2）双变频转发器 双变频转发器如图1-21（b）所示。 （3）处理转发器 处理转发器除了转发信号外，主要还具有处理信号的功能。它的组成方框图如图1-21（c）所示。;图1-21 卫星转发器组成的方框图;卫星上的信号处理大体包括三种类型：一种是对数字信号进行判决和再生，使噪声不积累；另一种是在多个卫星天线波束之间进行信号交换与处理；第三种是对信号进行更复杂的变换、交换和处理。 ;2.控制分系统 控制分系统由各种可控的调整装置，如各种喷气推进器、各种驱动装置和各种转换开关等组成。 3.遥测指令分系统 地球上的控制站经常不断地需要了解卫星内部设备的工作情况，有时要通过遥测指令信号控制卫星上设备产生一定的动作。;（1）遥测部分 遥测部分用来了解卫星上各种设备的情况，例如表示某些部件的电流、电压和温度等信号，传感器的信息，指令证实信号以及??映控制用气体压力的信号等。 （2）遥控指令部分 对卫星进行位置和姿态控制的各喷射推进器的点火与否，行波管高压电源的开、关，己发生故障的部件与备用部件的转换以及其他需要由地面对卫星某些设备的控制等，上述这些动作都要由遥控指令部分来进行。;4.电源分系统 卫星上的电源除要求体积小、重量轻、效率高和可靠性之外，还要求电源能在长时间内保持足够的输出。 （1）太阳能电池 太阳能电池由光电器件组成，其中最常用的是硅太阳能电池。 （2）化学电池 为了使通信卫星在星蚀期间也能工作，一般常用可以充、放电的化学电池作为二次电池与太阳能电池并用。;5.温控分系统 在通信卫星里，会因为行波管功率放大器和电源系统等部分产生热而升温。;二、星载转发器;转发器由输入设备、调制设备、本振设备、放大设备和发射设备组成，可以转发两地或多地的电报、电话、数据、传真、电视、广播等多类业务。 转发器接收来自地面的无线电波，经过放大后，变换频率再向地面发射，相当于一个微波中继站。;转发器的数量越多，卫星的通信能力就越大。 星载转发器少于12个，功率小于1000瓦的通信卫星称为小容量卫星；有24个转发器，功率在1000~3000瓦之间的卫星称为中容量通信卫星；有48个转发器，功率在3000~7000瓦之间的卫星称为大容量通信卫星；转发器多于48个，功率在7000瓦以上的称为超大容量通信卫星。目前最大的通信卫星平台上可装150个转发器。东方红三号有24个C波段转发器，6个电视和18个通信传输信道，可传输6套彩色电视节目和15000路电话或电报、传真、数据信号，工作寿命为8年。 ;星上处理和交换的功能;（一）弯管式转发器（透明转发器）;图4-5 弯管式转发器方框图;（二）转发器的EIRP和G/T;全球波束天线 波束的半功率宽度约等于17.4°，覆盖卫星对地球的整个视区 一般由圆锥喇叭天线加上45°的反射板组成 点波束天线 覆盖面积小，一般为圆形，半功率波束宽度为几度 天线通常为前馈抛物面天线，馈源为喇叭 赋形波束天线 可通过修改反射器形状来实现 也可利用多个馈源从不同方向经反射器反射产生多波束的组合;;多波束卫星天线的典型方框图;波束宽度与天线直径的关系;（三）数字处理转发器;三种数字处理转发器的特点比较 载波处理转发器 以载波为单位直接对射频信号进行处