通信卫星和地球站设备

《通信卫星和地球站设备》由会员分享，可在线阅读，更多相关《通信卫星和地球站设备（102页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、1第第2 2章章 通信卫星和地通信卫星和地 球站设备球站设备22.1 通信卫星的种类2.2 卫星轨道2.3 通信卫星的覆盖2.4 通信卫星的组成2.5 静止轨道通信卫星发射2.6 卫星通信地球站第第2 2章章 通信卫星和地球站设备通信卫星和地球站设备32.1 通信卫星的种类v按卫星运动状态分，有静止卫星和运动卫星4v按卫星形状分，有球形卫星、箱形卫星、圆 柱体(套筒式)卫星、锥顶圆柱体卫星、多棱 柱形卫星、风扇行卫星等多种5v按卫星业务种类分，有商用卫星、军用卫星 、气象卫星、科研卫星、广播卫星等。v按姿态稳定方式分，有自旋稳定卫星和三轴 稳定卫星。6v按卫星重量分： 种类重量（kg） 巨卫星

2、3500 大卫星1000 中型卫星5001000 小卫星100500 微小卫星10100 纳卫星110 皮卫星0.11 飞卫星20000km24254、按卫星的运转周期及卫星同地球相对运动 关系分类。同步轨道（T=24恒星时）v静止轨道：运行方向与地球自转方向 一致，赤道上空离地面约35786公里的 同步轨道。只有一条，倾角i=0 。v非静止同步轨道：不满足静止轨道条 件的同步轨道，即倾角i0的同步轨道 。非同步轨道（T24恒星时）262.2.3 卫星的摄动v由于一些因素的影响，卫星运动的实际轨道 不断发生不同程度地偏离开普勒定律所确定 的理想轨道的现象，称为摄动。 1、太阳、月亮引力的影响

3、2、地球引力场不均匀的影响 3、地球大气层阻力的影响 4、太阳辐射压力的影响272.2.4 卫星的位置保持和姿态控制1、位置保持实现位置控制主要是靠星体上的轴向喷嘴与横向 喷嘴来完成的。 2、姿态控制自旋稳定法，早期静止卫星常用的姿态控制方法三轴稳定法，是指卫星的姿态是由稳定穿过卫星 重心的三个轴来保证的。这三个轴分别在卫星轨 道的切线、法线和轨道平面的垂线等三个方向上 ，分别对应叫做滚动轴、俯仰轴和偏航轴，28三轴稳定法示意图29自旋稳定卫星三轴稳定卫星302.3 通信卫星的覆盖l 利用卫星构成通信系统，首先要知道它的 覆盖范围。当卫星上天线波束形状不同及波 束中心指向不同时，它们照射地球表

4、面所形 成的覆盖范围和区域也就不同。l 天线波束的类型利用高度约35 786km轨道 上的静止卫星基本上可覆盖地球表面的1/3以 上的区域，不能覆盖的区域是高于南北纬75 以上的地区。2.3.1 通信卫星的覆盖图v通常用卫星的有效全向辐射功率EIRP等值线 图来表示通信卫星的发射覆盖区域。EIRP表 示卫星辐射能力的物理量，单位dBW。下图 给出了“中星6B”卫星(115.5E)的EIRP等值 线图，单位dBW。313233几种常见波束覆盖 区域示意图1.全球波束当卫星在同步轨道上时，它对地球 边缘的张角为17.34，我们将半功率角为 17.34的波束称为全球波束或覆盖波束，如 图2.4（a）

5、所示。常用的全球波束天线是喇 叭抛物面天线或圆锥喇叭天线。 2.半球波束半球波束天线的波束宽度在东西方 向上约为全球波束的一半，一般覆盖一个洲 ，而不包含海洋，如图2.4（b）、（c）、（ d）所示3435v3.区域波束区域波束宽度小于半球波束，只 覆盖地面上一个大的通信区域，如一个国家 或地区。这种天线往往按地域的形状把波束 赋形，故又称赋形波束。它是通过控制馈源 的排列来获得各种不同形状的。v4.点波束点波束照射在很小的范围内，波束 截面为圆形，在地球上的覆盖区也近似圆形 ，见图2.4中（b）、（c）、（d）。一般都 用对称反射面天线来产生点波束。天线直径 小，覆盖地球面积大；天线直径大，

6、则覆盖 地球面积小。如果一个反射面配用多个馈源 ，则形成多个点波束。36372.3.2 静止卫星覆盖范围的确定v星下点：卫星与地心连线和地球表面的交点位于卫星的垂直下方赤道上空的卫星其星下点在赤道上用星下点来表示GEO在轨道上的位置（ 用经度来表示）382.3.3 方位角、仰角和站星距的计算v方位角：以正北方向为标准，将卫星天线的 指向偏东或偏西调整一个角度，该角度即是 所谓的方位角。39v仰角：天线轴线与水平面之间的夹角。40v站星距离：地球站与卫星之间的距离。(2-21)v地球站的经度和纬度分别为1和1v静止卫星星下点的经度和纬度分别为2和0v经度差= 2-1v纬度差为1 -0= 141静

7、止卫星观察参数图解42432.3.4 卫星“共视区”v当星下点通过图 中画斜线的公共 区域时，A、B 两地球站都能“ 看到”这个卫星 ，这个公共区域 叫共视区。442.4 通信卫星的组成v通信卫星由空间平台和有效载荷两部分组成 。452.4.1 空间平台v空间平台又称卫星 公用舱，用来维持 通信转发器和通信 天线在空中正常工 作的保障系统。46自旋稳定结构卫星三轴稳定结构卫星1、结构分系统v卫星的主体，使卫星具有一定的外形和容 积，并能承受星上各种载荷和防护空间环 境的影响。一般由轻合金材料或复合材料 组成，外部涂有保护层。472、温控分系统v温控分系统的作用就是控制卫星各部分的 温度，保证星

8、上各种仪器设备正常工作。v通常可分为消极温度控制和积极温度控制 两种形式。483、跟踪、遥测、指令分系统（TT降低了大地反射噪声。v缺点：结构复杂，价格昂贵，制造、安装、调试、维护 的技术要求也都比较高，适合大中型地球站，不 适于家庭和小范围使用。副反射器及其支架的阻挡，造成效率下降92天线系统与机房的连接93偏馈天线 v偏馈天线特别适合接收KU波段信号，一般 来说口径较小，通常在一米以下，反射面呈 现椭圆。由于馈源安装的位置不在天线反射 面的中心线上，所以被称为偏馈天线。v因为其馈源不在天线反射面与卫星之间，得 以避免了馈源对卫星电波信号的遮挡，所以 这种天线的接收效率比较高。由于偏馈天线

9、具有易于安装、节省空间、方向图好，效率 较高等优点，目前在家庭和小用户中广泛采 用。9495962、大功率发射机分系统v地球站大功率发射系统通常由高功率放大器 、激励器、发射波合成器、上变频器及自动 功率控制电路等组成。v高功率放大器（HPA）是地球站上行系统的 关键部件之一，其任务是将基带调制信号放 大到足够的功率电平，经馈线由天线向卫星 发射。目前常用的有三种行波管(TWTA)速调管(KPA)坤化镓场效应管(GaAsFET)大中型地球站小型地球站97v对高功率放大器的要求大功率宽频带长寿命、高可靠性线性度高功率稳定度高v由于大型地球站的大功率微波辐射会造成有 害于人体健康的环境，因此大型地

10、球站通常 不设置在人群稠密的地方，或进行必要的屏 蔽。98v上变频器，将较低的频率(中频信号)变换到较 高的频率(射频信号)。可分为一次变频：从中频(如70MHz)直接变到微 波射频(如6GHz)。设备简单，但不利于宽 带系统实现，适合小容量的小型地球站二次变频：从中频(如70MHz)先变到较高 的中频(如700MHz或1000MHz)，然后再由 此较高的中频变到微波射频(如6GHz)。电 路较复杂，但易于实现宽带要求，广泛用 于大容量的大中型地球站中。993、低噪声接收分系统v低噪声放大器(LNA)是低噪声接收分系统的 重要部件，它的性能很大程度上决定了整个 接收系统的等效噪声大小。v目前普

11、遍采用砷化镓场效应管晶体管作为低 噪声放大器。v在实际应用中，低噪声放大器应尽可能靠近 天线的馈源，通常是附于天线架上的室外单 元的一部分，以减小与室内接收机之间连线 电缆的损耗的影响。1004、伺服跟踪分系统v地球站伺服跟踪分系统的作用是保证地球站 的天线能够稳定可靠的对准通信卫星，从而 使通信系统能保持正常工作。一般小型固定 站不设伺服跟踪设备。v由于手动跟踪、程序跟踪都不能对卫星连续 地精确跟踪，因此大中型固定地球站一般采 用自动跟踪系统为主，手动跟踪和程序跟踪 为辅的方式。根据地球站接收到的卫星所发 的信标信号，检测出误差信号，驱动跟踪系 统，使天线自动地对准卫星。1015、监控分系统v监控设备的功能就是将是系统内各种设备 的工作状态，发生故障时内告警及故障处理 。小型地球站一般没有专门的监控设备。v监控分系统一般由监视设备、控制设备和 测试设备等组成。1026、电源分系统v地球站的大功率发射机所需电源必须是定电 压、定频率、高可靠性的不中断电源。v用交流市电供电时，通过电力传输线路，必 然会同时引起许多杂散干扰，而其公用交流 市电也会出现波动，所以必须采取稳压和滤 除杂散干扰的措施。v为了满足地球站的供电要求，通常应设有应 急电源设备和交流不间断电源设备。