傳輸與接入考試通信衛(wèi)星的組成與功能[1]

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1.通信衛(wèi)星的組成與功能

在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，通信衛(wèi)星是最重要的組成部分之一。它為系統(tǒng)內(nèi)的各地球站轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)，溝通信道。因此，通信衛(wèi)星技術(shù)同衛(wèi)星信道的建立和使用有著密切關(guān)系，對(duì)系統(tǒng)性能具有決定性的影響。

在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，所有地面站發(fā)出的信號(hào)都是經(jīng)過(guò)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)到對(duì)方地面站的。因此，除了要在衛(wèi)星上配置收、發(fā)無(wú)線電信，的天線及通信設(shè)備外，而且要有保證完成通信功能的其他設(shè)備。圖13-13所示是通信衛(wèi)星b組成方框圖。它是由天線分系統(tǒng)、通信分系統(tǒng)、遙測(cè)指令分系統(tǒng)、控制分系統(tǒng)及電源分系統(tǒng)五大部分所組成的。

(1)天線分系統(tǒng)

衛(wèi)星天線有兩類。一類是遙測(cè)、指令和信標(biāo)天線，它們一般是全向天線，以便可靠地接收指令與向地面發(fā)射遙測(cè)數(shù)據(jù)和信標(biāo)。另一類是通信天線，按其波束覆蓋區(qū)的大小，可分為全球波束天線、點(diǎn)波束天線和陚形波束天線。

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對(duì)于靜止衛(wèi)星而言，其波束的半功率寬度約為17.4°,恰好覆蓋衛(wèi)星對(duì)地球的整個(gè)視區(qū)。

這類天線一般由圓錐喇叭加上45°的反射板構(gòu)成。

②點(diǎn)波束天線

覆蓋區(qū)面積小，一般為圓形。波束半功率寬度只有幾度或更小些天線結(jié)構(gòu)通常用前饋拋物面天線，饋源為喇叭，可根據(jù)需要采取直照或偏照。

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覆蓋區(qū)輪廓不規(guī)則，視服務(wù)區(qū)的邊界而定。為使波束成形，有的是通過(guò)修改反射器形狀來(lái)實(shí)現(xiàn)，更多的是用多個(gè)饋源從不同方向經(jīng)反射器產(chǎn)生多波束的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。波束截面的形狀除與饋源喇叭的位置排列有關(guān)外，還取決于饋給各喇叭的功率與相位，通常用一個(gè)波束形成網(wǎng)絡(luò)來(lái)控制。

星上的通信天線，除了波束覆蓋區(qū)的形狀和面積應(yīng)滿足整個(gè)系統(tǒng)的需要外，還應(yīng)滿足以下要求。

①一定的指向精度。通常要求指向誤差小于波束寬度的10%,以保證波束能夠始終覆蓋住服務(wù)區(qū)域。

②足夠的頻帶寬度，以滿足大容量通信的要求。由于衛(wèi)星通信上、下行頻率往往相差較大，故衛(wèi)星天線往往是收、發(fā)分用的，即使只用一部天線主結(jié)構(gòu)，饋源也往往是收、發(fā)分用的。

③必要的星上轉(zhuǎn)接功能。在大容量通信衛(wèi)星中往往用多副天線產(chǎn)生多個(gè)波束，因此在星上應(yīng)能完成不同波束間的信號(hào)轉(zhuǎn)接，才能溝通不同覆蓋區(qū)的地球站間的信道。

④適當(dāng)?shù)臉O化方式。一般地說(shuō)，頻率低于10GHz時(shí)，大都使用圓極化，有利于克服電離層的法拉第旋轉(zhuǎn)效應(yīng)；頻率高于10GHz時(shí)，大都采用線極化，因?yàn)榇藭r(shí)法拉第旋轉(zhuǎn)效應(yīng)由于對(duì)流層中降雨所引起退極化效應(yīng)，使圓極化波變?yōu)闄E圓極化波，導(dǎo)致極化隔離度顯著降低，故選用線極化較合適。有些國(guó)內(nèi)通信衛(wèi)星有4/6GHZ也采用線極化方式，這是綜合考慮法拉第旋轉(zhuǎn)、降雨退極化等效應(yīng)的影響以及線極化設(shè)備較簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)雙極化、衛(wèi)星的EIRP較高等因素而折衷處理的，

⑤必要的消旋措施，使自旋穩(wěn)定的通信衛(wèi)星天線波束不隨星體旋轉(zhuǎn)。消旋的方式有機(jī)械式消旋和電子式消旋兩種。

⑥對(duì)于某些采用極化分割或空間分割的頻率復(fù)用技術(shù)的通信衛(wèi)星天線,還應(yīng)具有必要的極化隔離度和不同波束間的隔離度，以避免相互干擾。

(2)通信分系統(tǒng)

衛(wèi)星上的通信分系統(tǒng)又稱為轉(zhuǎn)發(fā)器，是通信衛(wèi)星中直接起中繼站作用的部分。對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)器的基本要求是：以最小的附加噪聲和失真，并以足夠的工作頻帶和輸出功率來(lái)為各地球站有效而可靠地轉(zhuǎn)發(fā)無(wú)線電信號(hào)。轉(zhuǎn)發(fā)器通常分為透明轉(zhuǎn)發(fā)器和處理轉(zhuǎn)發(fā)器等兩大類。

①透明轉(zhuǎn)發(fā)器

透明轉(zhuǎn)發(fā)器收到地面發(fā)來(lái)的信號(hào)后，除進(jìn)行低噪聲放大、變頻、功率放大外，不作任何加工處理，只是單純地完成轉(zhuǎn)發(fā)的任務(wù)。因此，它對(duì)工作頻帶內(nèi)的任何信號(hào)都是“透明”的通路。

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