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1、第4章 星载和地球站设备1第4章星载和地球站设备提要（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2第4章星载和地球站设备卫星通信系统框图3第4章星载和地球站设备图图4-1 星载和地球站设备星载和地球站设备4第4章星载和地球站设备一、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）5第4章星载和地球站设备图图4-2 不同频段三种放大器的输出功率不同频段三种放大器的输出功率6第4章星载和地球站设备高功率放大器输出功率带宽功放管TWTA 中50800W水冷:10kw较宽C波段：5
2、00MHzKu和Ka波段:1000MHz真空管KPA大1KW以上较窄50-100MHz真空管SSPA小3-10W介于TWTA和KPA之间砷化镓场效应半导体管三种放大器的性能比较三种放大器的性能比较7第4章星载和地球站设备低噪声放大器（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)8第4章星载和地球站设备图图4-3 三种三种LNA的内部噪声性能的内部噪声性能9第4章星载和地球站设备lLNA前端的接法LNA模块只包含低噪声放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
3、下变频器10第4章星载和地球站设备二、星载转发器弯管式转发器（透明转发器）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11第4章星载和地球站设备转发器由输入设备、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第4章星载和地球站设备转发器的数量越多，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
4、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。13第4章星载和地球站设备星上处理和交换的功能波束间、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速率变换，如将低速上行信道
5、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14第4章星载和地球站设备（一）弯管式转发器（透明转发器）图图4 4-4 星载微波转发器功能图星载微波转发器功能图15第4章星载和地球站设备图图4-5 弯管式转发器方框图弯管式转发器方框图16第4章星载和地球站设备（二）转发器的EIRP和G/TEIRP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G与半功率波
6、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。17第4章星载和地球站设备全球波束天线全球波束天线 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18第4章星载和地球站设备19第4章星载和地球站设备多波束卫星天线的典型方框图多波束卫星天线的
7、典型方框图20第4章星载和地球站设备波束宽度与天线直径的关系波束宽度与天线直径的关系21第4章星载和地球站设备22第4章星载和地球站设备图图4 4-8 对覆盖区赋形对覆盖区赋形23第4章星载和地球站设备（三）星载天线喇叭型天线抛物面反射型天线相控阵列天线24第4章星载和地球站设备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 25第4章星载和地球站设备图图4 4-6 中心馈源和偏置馈源的抛物面反射天线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抛物面反射型天线26第4章星载和地球站设备图图4-7 中心馈源的阻挡效应中心馈源的阻挡效应27第4章星载和地球站设备（四）数字处理转发
8、器具有交换和处理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 28第4章星载和地球站设备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能力解调、译码、存储、交换、重组帧、重编码和重调制等。29第4章星载和地球站设备SS-TDMA转发器的组成转发器的组成l星上交换的星上交换的TDMA转发器转发器30第4章星载和地球站设备 通路时段上行 下行波束 波束上行 下行波束 波束上行 下行波束 波束上行
9、 下行波束 波束T11 22 13 44 3T21 32 23 14 4T31 42 33 24 1T41 12 43 34 2表表4.1 交换矩阵示意图交换矩阵示意图31第4章星载和地球站设备INTELSAT VI 卫星的覆盖图和采用微波交换矩阵的卫星的覆盖图和采用微波交换矩阵的SS-TDMA星上交换示意图星上交换示意图SWZ32第4章星载和地球站设备图图4-9 解调解调再调制转发器结构再调制转发器结构l解调解调-再调制转发器再调制转发器33第4章星载和地球站设备l星载路由器星载路由器图图4-12 提供波束形成的转发器提供波束形成的转发器34第4章星载和地球站设备三、通信地球站设备射频部分中
10、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35第4章星载和地球站设备 图图 4-15 地球站主要单元设备地球站主要单元设备36第4章星载和地球站设备天线卡塞格伦天线高功率放大器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37第4章星载和地球站设备图图4-16 卡塞格伦天线原理图卡塞格伦天线原理图38第4章星载和地球站设备（二）中频与基带处理部分l 具有调制/解调、编/解码等功能 l调制/解调是在IF载波上进行l具有复用的功能 39第4章星载和地球站设备图图4-18 地球站与交换局、用户设备间的陆地链路地球站与交换局、用户设备间的陆地链路l陆
11、地链路的设置和选择40第4章星载和地球站设备图图4-19 微波和光纤两种陆地链路所需投资的比较微波和光纤两种陆地链路所需投资的比较41第4章星载和地球站设备l地面接口地面接口图图4-20 三种地面接口的示意图三种地面接口的示意图42第4章星载和地球站设备（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43第4章星载和地球站设备lTT&C地球站地球站44第4章星载和地球站设备（1）TT&C地球站射频射频基带处理部分基带处理部分指令子系统测距子系统遥测子系统地面接口单元：用于与地面接口单元：用于与SCC接口接口45第4章星载和地球站设备（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46第4章星载和地球站设备lTV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47第4章星载和地球站设备图图4-24 有线电视网前端的有线电视网前端的TVRO48第4章星载和地球站设备（五）MSS移动终端和信关站移动终端车（船）载台手持机项目平均发射功率(W)天线增益(dBi)G/T (dB/K)Iridium0.41.0-23Globalstar0.52.5-22表表4-2 Iridium和和Globalstar系统手持机主要参数系统手持机主要参数 49第4章星载和地球站设备
