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1、1,第5章 星载和地球站设备,2,提要,（一）HPA和LNA （二）星载转发器 （三）通信地球站设备 （四）其它类型的地球站 （五）MSS移动终端和信关站,3,卫星通信系统框图,4,图4-1 星载和地球站设备,5,一、HPA和LNA,高功率放大器（HPA） 行波管放大器（TWTA） 速调管放大器（KPA） 固态功率放大器（SSPA）,6,图4-2 不同频段三种放大器的输出功率,7,三种放大器的性能比较,8,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),9,图4-3 三种LNA的内部噪声性能,10,LNA前端的接法,LNA模块只包含低噪声放
2、大器 宽带低噪声下变频模块：LNA模块除了低噪声放大器以外，还包含宽带下变频器，带宽约500MHz 窄带低噪声下变频模块： LNA模块除了低噪声放大器以外，还包含窄带下变频器，带宽约70MHz,11,二、星载转发器,星载转发器由输入设备、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。,12,星上处理功能,波束间、载波间交换，如射频交换、中频交换或基带交换 调制方式的变换，如上行PSK，下行DPSK 多址方式的变换，如上行FDMA，下行TDMA
3、速率变换，如将低速上行信道变换成高速的下行信道 星上再生，如星上解调/再调制，解码/再编码等 存储转发和基带处理，如信令处理、路由选择、信息压缩和重新组帧 星上智能网控 星间链路 抗干扰保护，如自适应天线调零，可控点波束，转发器放大特性的智能控制,13,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10003000瓦之间的卫星称为中容量通信卫星；有48个转发器，功率在30007000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
4、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。,14,弯管式转发器（透明转发器） 结构简单 性能可靠 适用于卫星有效载荷和电源功率严重受限的情况 数字处理转发器 载波处理转发器 比特流处理转发器 全基带处理转发器,15,（一）弯管式转发器（透明转发器）,图4-4 星载微波转发器功能图,16,图4-5 弯管式转发器方框图,17,（二）转发器的EIRP和G/T,EIRP和G/T是转发器射频部分最重要的两个指标，除了决定于HPA输出功率和LNA的等效噪声温度以外，还与星载天线的增益相关。天线增益
5、G与半功率波束宽度0.5的关系可以近似表示为 G=27000/(0.5)2 对任意形状服务区的覆盖总希望天线对该区域提供大的增益，为此采用若干点波束的组合来对覆盖区赋形。,18,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,19,20,21,图4-8 对覆盖区赋形,22,卫星多波束天线的典型方框图,23,波束宽度与天线直径的关系,24,（
6、三）星载天线,喇叭型天线 抛物面反射型天线 相控阵列天线,25,喇叭天线 形状似喇叭，如圆锥形、角锥形 辐射效率高 天线方向性强,26,图4-6 中心馈源和偏置馈源的抛物面反射天线,抛物面反射型天线,27,图4-7 中心馈源的阻挡效应,28,（四）数字处理转发器,具有处理和交换的功能 数字处理转发器分类 载波处理转发器 比特流处理转发器 全基带处理转发器,29,三种数字处理转发器比较 载波处理转发器 以载波为单位直接对射频信号进行处理 具有星上载波交换能力 比特流处理转发器 增加了解调和再调制功能 可能包括译码和重编码设备、解扩设备等 全基带处理转发器 具有星上再生能力 具有基带信号处理和交换
7、能力 解调、译码、存储、交换、重组帧、重编码和重调制等。,30,SS-TDMA转发器的组成,星上交换的TDMA转发器,31,图4-10 交换矩阵示意图,32,表4.1 交换矩阵示意图,33,INTELSAT VI 卫星的覆盖图和采用微波交换矩阵的SS-TDMA星上交换示意图,SWZ,34,图4-9 解调再调制转发器结构,解调-再调制转发器,35,星载路由器,图4-11 星载中频路由转发器,36,图4-12 提供波束形成的转发器,37,三、通信地球站设备,射频部分 中频与基带处理部分 地面接口与陆地链路 陆地链路的选择 地面接口,38,图 4-15 地球站主要单元设备,39,天线 卡塞格伦天线
8、高功率放大器HPA 波导耦合合路器 滤波器型合路器 低噪声放大器LNA 上、下变频器,（一）地球站射频部分,40,图4-16 卡塞格伦天线原理图,41,（二）中频与基带处理部分,具有调制/解调、编/解码等功能 调制/解调是在IF载波上进行 具有复用的功能,42,图4-18 地球站与交换局、用户设备间的陆地链路,陆地链路的设置和选择,43,图4-19 微波和光纤两种陆地链路所需投资的比较,44,地面接口,图4-20 三种地面接口的示意图,45,（四）其他类型的地球站,TT&C地球站 TV上行站和广播中心 TV单收站,46,TT&C地球站,47,（1）TT&C地球站,射频 基带处理部分 指令子系统
9、 测距子系统 遥测子系统 地面接口单元：用于与SCC接口,48,（2）SCC,卫星运行的神经中枢 轨道控制 监视卫星的上行和下行链路的通信传输通道,49,TV单收站,DTH系统的家用单收站 单个接收机 地面有线TV系统的“电缆前端”TVRO 多个接收机,50,图4-23 TVRO天线直径与卫星EIRP的关系,51,图4-22 具有卫星前端的地面有线电视系统,52,图4-24 有线电视网前端的TVRO,53,（五）MSS移动终端和信关站,移动终端 车（船）载台 手持机,表4-2 Iridium和Globalstar系统手持机主要参数,54,信关站 网络（用户）管理功能 与地面公用网互连的功能 交换功能（对透明转发器而言）,
