第4章 星載和地球站設備1

1、1 第4章 星載和地球站設備 2 提要 （一）HPA和LNA （二）星載轉(zhuǎn)發(fā)器 （三）通信地球站設備 （四）其它類型的地球站 （五）MSS移動終端和信關站 通常衛(wèi)星通信系統(tǒng)是由地球站、通信通常衛(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)控管理系衛(wèi)星、跟蹤遙測及指令系統(tǒng)和監(jiān)控管理系 統(tǒng)統(tǒng)4大部分組成的，如圖大部分組成的，如圖1-7所示。所示。 圖1-7 衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成 兩個地球站通過通信衛(wèi)星進行通信的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衛(wèi)星通信線路的組成如圖1-8所示，是由發(fā)所示，是由發(fā) 端地球站，上、下行無線傳輸路徑和收端端地球站，上、下行無線傳輸路徑和收

2、端 地球站組成的。地球站組成的。 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 星載和地球站設備星載和地球站設備 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 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 KP

3、A之間 砷化鎵場效 應半導體管 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） 參量放大器 致冷砷化鎵場效應放大器 常溫砷化鎵場效應放大器(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 14 lLNA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)、遙測與指令分系統(tǒng)、由通信分系統(tǒng)、控制分

4、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)電源分系統(tǒng)和溫控分系統(tǒng)5個部分組成。個部分組成。 1.通信分系統(tǒng)的轉(zhuǎn)發(fā)器通信分系統(tǒng)的轉(zhuǎn)發(fā)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)信號外，主要還具有處處理轉(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理信號的功能。它的組成方框圖如圖1-21（c） 所示。所示。 圖1

5、-21 衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器組成的方框圖 衛(wèi)星上的信號處理大體包括三種類型：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；第三種是對信之間進行信號交換與處理；第三種是對信 號進行更復雜的變換、交換和處理。號進行更復雜的變換、交換和處理。 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 噴氣推進器、各種驅(qū)動裝置和各種轉(zhuǎn)換開關等組噴氣推進器、各種驅(qū)動裝置和各種轉(zhuǎn)換開關等組 成。成。 地球上的控制站經(jīng)常不斷地需要了解衛(wèi)星

6、內(nèi)地球上的控制站經(jīng)常不斷地需要了解衛(wèi)星內(nèi) 部設備的工作情況，有時要通過遙測指令信號控部設備的工作情況，有時要通過遙測指令信號控 制衛(wèi)星上設備產(chǎn)生一定的動作。制衛(wèi)星上設備產(chǎn)生一定的動作。 遙測部分用來了解衛(wèi)星上各種設備的情況，遙測部分用來了解衛(wèi)星上各種設備的情況， 例如表示某些部件的電流、電壓和溫度等信號，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。體壓力的信號等。 對衛(wèi)星進行位置和姿態(tài)控制的各噴射推進器對衛(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，己發(fā)生的點火與否

7、，行波管高壓電源的開、關，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 面對衛(wèi)星某些設備的控制等，上述這些動作都要面對衛(wèi)星某些設備的控制等，上述這些動作都要 由遙控指令部分來進行。由遙控指令部分來進行。 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間內(nèi)保持高和可靠性之外，還要求電源能在長時間內(nèi)保持 足夠的輸出。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

8、信衛(wèi)星在星蝕期間也能工作，一般 常用可以充、放電的化學電池作為二次電池與太常用可以充、放電的化學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，會因為行波管功在通信衛(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)器由輸入設備、調(diào)制設備、本振設備、放大 設備和發(fā)射設備組成，可以轉(zhuǎn)發(fā)兩地或多地的電

9、 報、電話、數(shù)據(jù)、傳真、電視、廣播等多類業(yè)務。 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，相當于一個微波中繼站。 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，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

10、15000路電話或電報、 傳真、數(shù)據(jù)信號，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，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，如自適應天線調(diào)零，可控點波束，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

11、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 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。天線增益G與半功率波束寬度0.5的 關系可以近似表示為 G=27000/(0.5)2 對任意形狀服務區(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。 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 覆蓋面積小，一般為圓形，半功率波束寬度為幾度 天線通常

12、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 32 33 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系波束寬度與天線直徑的關系 35 （三）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 36 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 可能包括譯碼和重編碼設備、解擴設備等 全基帶處理轉(zhuǎn)發(fā)器 具有星

13、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。 37 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 38 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 39 INTELSAT 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 SW

14、Z 40 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 41 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 42 三、通信地球站設備 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，對地球站應有以下幾方面的要一般來說，對地球站應有以下幾方面的要 求。求。 發(fā)送的信號應是寬頻帶、穩(wěn)定、大功率發(fā)送的信號應是寬頻帶、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。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。 可以傳輸多路電話、電報、傳真，以及可以傳輸多路電話、電報、傳真，以

15、及 高速數(shù)據(jù)、電視等多種業(yè)務的信號。高速數(shù)據(jù)、電視等多種業(yè)務的信號。 性能穩(wěn)定、可靠，維護、使用方便。性能穩(wěn)定、可靠，維護、使用方便。 建設成本和維護費用不應太高。建設成本和維護費用不應太高。 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 站對微弱信號的接收能力，稱為地球站的品質(zhì)因站對微弱信號的接收能力，稱為地球站的品質(zhì)因 數(shù)。數(shù)。 為了保證所傳送信號的質(zhì)量，要求地球站的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，一般為幾百瓦十發(fā)射機能夠發(fā)射較大的功率，一般為幾

16、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)幾千瓦，而且要求所發(fā)射的射頻信號功率非常穩(wěn) 定。定。 地球站所發(fā)射的射頻信號的頻率必須很精確，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。有效利用，還會在衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器中產(chǎn)生交調(diào)噪聲。 為減小交調(diào)干擾，必須對地球站在負載輕為減小交調(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（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。度加以限制。 為防止干擾波對衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器和其他微為防止干擾波對衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器

17、和其他微 波通信系統(tǒng)形成干擾，規(guī)定地球站因多載波通信系統(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波引起的交調(diào)干擾及帶外總的有效全向幅 射功率應小于限定值。射功率應小于限定值。 如圖如圖1-9所示的為國際衛(wèi)星通信頻分多所示的為國際衛(wèi)星通信頻分多 址方式址方式A型標準地球站的組成方框圖，主型標準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)、信道終端設備分系統(tǒng)、通信控制分系統(tǒng)、信道終端設備 分系統(tǒng)和電源分系統(tǒng)分系統(tǒng)和電源分系統(tǒng)6個分系統(tǒng)組成。個分系統(tǒng)組成。 圖1-9 地球站的總體方框圖 電視信號包括圖

18、像信號和伴音信號。圖像信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。 伴音信號有時要利用多路電話的通道進行傳伴音信號有時要利用多路電話的通道進行傳 送。送。 接收信號時，過程與上述相反。并且在接收接收信號時，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)后送往終端設備。分別經(jīng)不同的通道

19、解調(diào)后送往終端設備。 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)射機分系統(tǒng)的組成如圖發(fā)射機分系統(tǒng)的組成如圖1-10所示，由上變所示，由上變 頻器、自動功率控制電路、發(fā)射波合成裝置、激頻器、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。勵器和大功率放大器等組成。 圖1-10 發(fā)射機分系統(tǒng)的組成 對地球站發(fā)射機分系統(tǒng)的主要要求有以下幾對地球站發(fā)射機分系統(tǒng)的主要要求有以下幾 點。點。 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 個載波所需的帶寬

20、。個載波所需的帶寬。 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，對發(fā)射地球站的有效全向輻增益穩(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。證接收地球站的性能指標。 發(fā)射機分系統(tǒng)中的功率放大器由行波管功率發(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。放大器或速調(diào)管功率放大器組成。 發(fā)射機分系統(tǒng)中的上變頻器一般都采用參量發(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變頻器，它的主要特點是噪聲小而且有一定的增

21、 益。益。 無論是上變頻器或接收機分系統(tǒng)中用的下變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頻器，都要有本機振蕩器。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，有幾瓦至幾十瓦，而且天線的增益也不高， 經(jīng)經(jīng)200dB左右的下行線路損耗之后，到達左右的下行線路損耗之后，到達 地球站的信號極微弱。地球站的信號極微弱。 對接收機分系統(tǒng)的主要要求：對接收機分系統(tǒng)的主要要求： 噪聲溫度低，接收機分系統(tǒng)的噪聲噪聲溫度

22、低，接收機分系統(tǒng)的噪聲 溫度很低，一般只有幾十開爾文（溫度很低，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的帶寬。的帶寬。 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、場效應管放大器是低噪聲晶體管放大器、場效應管放大器 和參量放大器等。和參量放大器等。 經(jīng)低噪聲放大器放大的微波信號，要經(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。大后送到解調(diào)器。 信道終端設

23、備分系統(tǒng)可以分為上行和下行兩信道終端設備分系統(tǒng)可以分為上行和下行兩 個部分。個部分。 當解調(diào)器對多路電話信號的調(diào)頻波解調(diào)時，當解調(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。 為解決這個問題，需在發(fā)端調(diào)制器之為解決這個問題，需在發(fā)端調(diào)制器之 前接一個預加重網(wǎng)絡，將高端信號幅度提前接一個預加重網(wǎng)絡，將高端信號幅度提 高，而使低端信號幅度適當降低。由于

24、信高，而使低端信號幅度適當降低。由于信 道噪聲功率譜的分布不受預加重電路的影道噪聲功率譜的分布不受預加重電路的影 響，因而使頻帶內(nèi)各處的信噪比變得均勻響，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，即去了。在接收信號時再進行相反處理，即去 加重以恢復原來的信號。加重以恢復原來的信號。 由于人們聽覺的頻率特性是不平坦的，由于人們聽覺的頻率特性是不平坦的， 一般對一般對1000Hz左右的噪聲感覺最靈敏，對左右的噪聲感覺最靈敏，對 30004000Hz以上或以上或200300Hz以下的噪以下的噪 聲感覺遲鈍，即實際感受的噪聲較小。聲感覺遲鈍，即實際感受的噪聲較小。因因 此在測量

25、話路的噪聲時，為考慮受話人實際感受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，需要接入加權網(wǎng)絡，用來表示人們的噪聲狀況，需要接入加權網(wǎng)絡，用來表示人們 的主觀評定，成為如圖的主觀評定，成為如圖1-13所示的形狀。所示的形狀。 圖1-13 加權電路特性 由于發(fā)端行波管或速調(diào)管放大器在多由于發(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。性而產(chǎn)生交調(diào)干擾噪聲。由實驗得知，外加由實驗得知，外加 的信號用的信號用20150Hz的三角波較為合適，如圖的三角波較為合適，如圖1- 14所示。所示。 在衛(wèi)星通信線路信號傳

26、輸?shù)倪^程中，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。甚至中斷的現(xiàn)象。 圖1-14 能量擴散信號波形 信道終端設備下行部分的任務是把從信道終端設備下行部分的任務是把從 低噪聲接收機送來的低噪聲接收機送來的70MHz信號，經(jīng)過中信號，經(jīng)過中 放、解調(diào)和基帶處理后，輸出基帶信號，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備，把基帶信號進然后再送到終端接口設備，把基帶信號進 行分解。行分解。 地球站相當復雜和龐大，為了保證各部分正地球站相當復雜和龐大，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

27、測試。常工作，必須在站內(nèi)集中監(jiān)視、控制和測試。 地球站電源分系統(tǒng)要供應站內(nèi)全部設備所需地球站電源分系統(tǒng)要供應站內(nèi)全部設備所需 用的電能，它關系到通信的質(zhì)量及設備的可靠性。用的電能，它關系到通信的質(zhì)量及設備的可靠性。 當利用公用交流市電來對地球站供電時，通當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，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。而且公用交流市電也會出現(xiàn)波動。 67 天線 卡塞格倫天線 高功率放大器HPA 波導耦合合路器 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 微波通信系統(tǒng)中的饋線

28、有同軸電纜型和波導微波通信系統(tǒng)中的饋線有同軸電纜型和波導 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所示的是圓波導型天、饋線系統(tǒng)。所示的是圓波導型天、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指標有如下幾個方面。微波天線的主要技術指標有如下幾個方面。 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式天線，

29、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 = 2 4 A A 在視距微波通信線路中，天線增益過在視距微波通信線路中，天線增益過 高將使主瓣張角過小。高將使主瓣張角過小。 在整個工作頻段內(nèi)，要求天線與饋線在整個工作頻段內(nèi)，要求天線與饋線 應匹配連接，否則將造成反射，進而造成應匹配連接，否則將造成反射，進而造成 線路噪聲。線路噪聲。 在采用雙極化的微波天線中，由于天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

30、波）可在化波（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 。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。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微波站中，兩個方向的接收機工作在 同一頻率，如圖同一頻率，如圖1-24所示。所示。 圖1-24 天線防衛(wèi)度圖解 卡塞格林

31、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）。又因為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，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。所以對減弱旁瓣也有好處。 圖1-25 卡塞格林天線外形簡圖 圖圖1-26所示的是

32、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簡圖卡塞格林天線工作原理簡圖 卡塞格林天線是由初級喇叭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 測和信標信號的全向天線，接收地面的指令及向測和信標信號的全向天線，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、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繞桿式或套筒偶極子天線

33、，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）點波束天線：其波束比全球）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

34、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 使用多個饋源從不同方向照射天線反射器，由反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)。如圖射器產(chǎn)生多個波束的組合來實現(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備，地球站的天線是衛(wèi)星通信中最具特色的設備， 是一個龐大的系統(tǒng)。當衛(wèi)星通信用是一個龐大的系統(tǒng)。當衛(wèi)星通信用C頻段和頻段和Ku頻頻 段時，根據(jù)地球站天線的口徑大小可劃分為大、段時，根據(jù)地球站天線的口徑大小可劃分為大、 中、

35、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 要始終對準衛(wèi)星方向。要始終對準衛(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)在接收信號的同時，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。也會有各種線路噪聲被接收。 圖1-30 天線系統(tǒng)與機房的連接 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

36、在IF載波上進行 l具有復用的功能 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 93 lTT&C地球站地球站 94 （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 95 （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 96 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 97 圖圖4-23 TVRO天線直徑與衛(wèi)星天線直徑與衛(wèi)星EIRP的關系的關系 98 圖圖4-22

37、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TVRO 100 （五）MSS移動終端和信關站 移動終端 車（船）載臺 手持機 項目 平均發(fā)射功率 (W) 天線增益(dBi)G/T (dB/K) Iridium0.41.0-23 Globalstar0.52.5-22 表表4-2 Iridium和和Globalstar系統(tǒng)手持機主要參數(shù)系統(tǒng)手持機主要參數(shù) 101 信關站 網(wǎng)絡（用戶）管理功能 與地面公用網(wǎng)互連的功能 交換功能（對透明轉(zhuǎn)發(fā)器而言） 要使衛(wèi)星進入運行軌道，必須依靠運載火箭。要使衛(wèi)星進入運行軌道，必須依靠運載火箭。 要

38、想使衛(wèi)星繞地球運轉(zhuǎn)，還必須使衛(wèi)星的初始速要想使衛(wèi)星繞地球運轉(zhuǎn)，還必須使衛(wèi)星的初始速 度大于度大于8km/s。但單級火箭的速度只能達到。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，因此，發(fā)射靜止衛(wèi)星必須采用帶有捆 綁技術的三級火箭。捆綁技術就是把幾支小火箭綁技術的三級火箭。捆綁技術就是把幾支小火箭 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，如圖度，衛(wèi)星裝在第三級火箭的前端，如圖1-15所示。所示。 圖1-15 發(fā)射衛(wèi)星的三級火箭示意圖 一顆自旋穩(wěn)定的靜止衛(wèi)星的發(fā)射過程一顆自旋穩(wěn)定的靜止衛(wèi)星的

39、發(fā)射過程 如圖如圖1-16所示，全部過程大體可分為如下所示，全部過程大體可分為如下 幾個階段。幾個階段。 開始發(fā)射后，依次點燃三級火箭的一、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。二級火箭，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，當衛(wèi)星在初始軌道上只飛行一小段，當 衛(wèi)星快要到達初始軌道與赤道平面的交點衛(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。始軌道而進入轉(zhuǎn)移軌道。 衛(wèi)星在轉(zhuǎn)移軌道上運行了幾圈，完成了上述衛(wèi)星在轉(zhuǎn)移軌道上運行了幾圈，完成了上述 各項準備工作后，當再次到達遠地點時，就要啟各項準備工作后，當再次到達遠地點時，就要啟 動遠地點發(fā)動機，使衛(wèi)星進入漂移軌道，如圖動遠地點發(fā)動機，使衛(wèi)星進入漂移軌道，如圖1- 17所示。所示。 衛(wèi)星在漂移軌道上運行時，離靜止衛(wèi)星定點衛(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。位置是很近的。 圖1-17 遠地點的軌道變換 衛(wèi)星上