薛梦轩—通信卫星有效载荷技术

通信卫星有效载荷主要技术指标—通信转发器的技术性能
通信转发器的技术性能一般决定这通信系统质量的好坏，其幅度和相位 失真代表了整个有效载荷的失真，转发器的技术指标主要有以下几方面： 增益：是指通信转发器对信号的放大倍数。 增益调整范围：在转发器中，一般会配置衰减器，来调节 通信网性能，补偿随时间的增长，转发器增益的降低。
通信卫星有效载荷主要技术指标—信号处理技术技术
星上信号的处理技术应用越来越广泛，特别是在军事通信卫星领域。信号处理技 术应用的目的一般可分为三种：
要得到更好的抗干扰性能
要得到更好的保密性能 要得到信号传输路径的灵活切换 不同的用途对转发器信号处理的要求不同，有的偏重抗干扰、有的偏重保密、有 的偏重信号路径的灵活切换，有的甚至要求在星上实现信道按需分配等。
通信卫星有效载荷技术
汇报人：薛梦轩
目
录 1 电源概述 2 主要内容
3 工作映射
1 概述
通信卫星
通信卫星是在地球上，包括地面、水面和大气层中的无线电通 信站之间，利用人造卫星作为中继站进行通信，用于这一目的卫星 叫通信卫星。 通信距离远、覆盖面积大 灵活性和普遍性强 卫星通信的特点 宽域复杂网络构成能力 移动性好 安全可靠性高 通信容量大、建设成本低、能传递业务种类多
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工作原理
通信卫星变频方式
卫星电源系统设计
通信卫星有效载荷组成
接收机、输入多工器、增益控制部件 、功率放大器、输出多工器、必要的 电源转换设备等
上 行 链 路
下 行 链 路
接收天线、发射天线，多幅、多频段
2 几种电池
通信卫星有效载荷主要技术指标
在工程实践中，往往将有效载荷分为天线和转发器两部分，用户关心 的也是这两部分。因此我们关心的有效载荷主要技术指标可分为三个方面： 有效载荷整体性能；通信天线性能；通信转发器性能。
通信卫星有效载荷主要技术指标—馈线低耗技术
输入馈线和输出馈线的损耗对通信转发器整体性能影响很大。 输入馈线对Βιβλιοθήκη Baidus和G/T都有直接影响，尤其对G/T的影响将直接影响卫 星通信容量。
接收机等效噪声温度
馈线损耗
天线接收等效噪声温度
可见Lr和Tr越小，越有利于提高通信容量。
输出馈线损耗影响EIRP的值：
转发器输出功率
耗成了最关键的取舍因素。
通信卫星有效载荷主要技术指标—其他设计技术
低功耗技术：
在选择末级功放时，在重量受限不严重时， 一般优先选择行波管放大器；在重量受限 严重时，只能选择固态放大器。行波管放
大器具有50-60%的功率转换效率，但重
量比固态放大器重60-100%；
低重量技术：
3 工作映射
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叠加，形成所期望的
波束覆盖。一般需要 叠加几个到十几个， 因此重量增加很多。 赋形反射面技术
通信卫星有效载荷主要技术指标—通信接收机设计技术
——（7）
整个转发器的噪声系数 Fn和Gn分别对应第n级不见得噪声系数和增益
可见，整个转发器的噪声系数实际主要取决于接收机的噪声系数。当接收机的增益 足够大时，则完全取决于接收机的噪声系数。
术。
通信卫星有效载荷主要技术指标—通信天线设计技术
喇叭天线 结构简单、早期广泛 使用但增益很小，十 几分贝，难以缩小覆 盖区域，辐射能量分 散，不利于通信容量 的提高 抛物面天线 使用抛物面天线，大 大提高了通信天线的 增益，覆盖区域也因 此减小，但重量有所 增加。 多馈源赋形天线
实质是将各溃源对应 的覆盖区域在地面上
卫星通信系统在地面设备（接收和发射设备、天线、通信体制等）一定的情况下， 其通信系统信噪比为：
——（2） 系统总载噪比 有关参数
通信卫星有效载荷主要技术指标—整体技术性能
结合公式（1）和公式（2）可见，通信系统的通信容量与整个系统的载噪比成正比。 而通信系统的载噪比为： ——（3）
上行载噪比
下行载噪比 所有噪声相对应的载噪比
换关系与部件见得重量功耗之间的矛盾。
通信卫星有效载荷主要技术指标—滤波技术
早期的输入/输出滤波多采用奇偶数信道相隔的分配方法，保证相邻信道间隔。 1、2、3…….12
东方红三号滤波实例
4MHz变到44MHz，且设计简单
1、3、5…….11
2、4、6……..12
随着滤波技术的发展，邻接型滤波器和滤波合路器应用越来越广泛，其可以显著 的减轻部件重量和降低信号的传输损耗。
输出馈线损耗
发射天线功率
通信卫星有效载荷主要技术指标—可靠性设计技术
一般情况下，对有效载荷的可靠性要求都在0.9以上，可转发器内很多部件都是 有源的，对设计寿命8~15年的通信卫星而言，不采取特殊措施显然不行。 为了解决这一问题，除了和卫星平台一样选择长寿命、高可靠元器件以外，通 常的办法是对关键部件设置热备份或冷备份。
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总相移：反映了转发器相位与输入功率的非线性关系。
通信卫星有效载荷主要技术指标—通信转发器的技术性能
调幅调相变换：转发器输入信号上的调幅信号，经转发器
传输后，在输出信号上会产生相应的调相信号。
杂波：由转发器内部电子元器件产生的信号。
无源互调：一般发生在末级功放之后，与通信天线无源互 调原理相同。 徽放电：一般发生在末级功放之后，与通信天线徽放电原 理相同。
通信天线的性能对整个通信系统的影响很大，对一般通信卫星天线，其 技术指标主要有以下几个方面：
覆盖区：在这一区域内，天线的增益大于一定的数值，满
足卫星通信网络的需求。 频率范围：一般通信卫星频段由C、Ku、Ka等；军用通信 一般用UHF、X频段；星际通信链路一般用S频段。 覆盖区内增益：增益，指的是天线在某一特定方向上接收
通信卫星有效载荷主要技术指标—有效载荷设计中的主要技术
对于一颗卫星，其用途是一定的，一般在研制初期就已经定
义清楚，从而，有效载荷的工作频率、EIRP、G/T、Ws、覆盖区
域参数也就确定了。 频率的确定，除了根据卫星用途外，还要考虑卫星可能所在的 轨道，根据国际电信联盟的要求，进行轨道位置和频率协调。 卫星其他参数的确定，要根据通信体制、设计的通信容量、地 球站型等因素综合考虑。一般情况下，希望卫星的EIRP、G/T越大 越好，但也要综合当时卫星平台的实际能力以及有效载荷的设计技
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系​统​的​连​接​提​供​了​可​扩​展​的​插​件。 您​可​以​使​用​易​用​的​
操​作​界​面​将​测​试​系​统​部​署​到​生​产​环​境中。
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计​算​通​道​等​实​时​测​试​应​用​且​具​有​自​定​义​通​道​换​算​ 功​能​的​软件。 功能特点: 测试嵌入式软件，包括硬件在环测试测试嵌入 式软件，包括硬件在环测试
可见，提高线路总载噪比（C/N）t的有效途径是提高上述三种载噪比，即提高链路 的信号功率并减少各部分噪声
通信卫星有效载荷主要技术指标—品质因数
——（4） 通信地球站到卫星 间的电波传播损耗
等效全向辐射功率
玻尔兹曼常数
通信带宽
通信卫星有效载荷主要技术指标—等效全向辐射功率
——（5） 卫星到通信地球站 间的电波传播损耗
构​建​和​部​署​自​动​化​测​试​系​统​的​应​用​软件。
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接收机的备份：一般采用2：1的冷备份
即设置两个接收机，一个工作，另一个备份。也有
的采用4:2备份。
末级功率放大器的备份：不同转发器由不同的备 份方式，有2:1、3:2、6:4、10:8等
通信卫星有效载荷主要技术指标—末级功率放大器
所谓末级顾名思义就是电路的最后一级， 也就是紧挨输出的那一级。早期一般采用 行波管，其可靠性较低且需要较多备份。 到80年代，固态放大器崛起，其优越的可 靠性使得应用广泛。当前，因为行波管的 可靠性和固态放大器不相上下，重量和功
等效全向辐射功率
玻尔兹曼常数
通信带宽
通信卫星有效载荷主要技术指标—饱和功率通量密度
（6）
通信带宽
等效全向辐射功率
玻尔兹曼常数
Ws直接影响卫星通信系统中载波功率的大小，其值越大，所需地面站发射功率也越 大，有利于增大链路载噪比；显然这一参数需要与地球站发射功率综合考虑，才能 寻求最佳状态
通信卫星有效载荷主要技术指标—通信天线的技术性能
功耗：指的是有效载荷所需卫星提供的直流消耗。
通信卫星有效载荷主要技术指标—通信转发器的技术性能
输出功率：是指转发器的末级功放功率，也有的指多工器
出口的功率，它直接影响有效载荷的EIRP的值。
增益斜率：指频带内，增益相对频率变化的程度，实际上 也是幅度频率特性曲线对频率的微分。
群时延：反映了转发器相位与频率的非线性关系。
和状况
使用图形化网络工具，配置数据可视化和远程
信号的方向性系数。
通信卫星有效载荷主要技术指标—通信天线的技术性能
极化隔离度：在频率复用的通信系统中，通过极化隔离的
方法实现频率复用。
正交极化：天线发出极化信号，由于某种因素总包含与其 相反的极化成分，这两种极化成分之比，为正交极化。 无源互调：无源器件处理多个通信载波时，由于各种因素 ，产生新的信号，对有效信号产生干扰。 徽放电：是指真空条件下当射频功率较高时，无源部件中 出现的射频击穿现象。
通信卫星有效载荷主要技术指标—统一频率源设计技术
问题： 卫星上通信转发器已经不能使用简单的接收机变换频率技术，而必须同时具有 更多的频率变换功能，且频率变换的性能指标要求很高。 解决方案： 每个变频部件自带本振显然会浪费宝贵的重量和功率资源，在这种情况下，普 遍采用同一频率源技术，即星上通信转发器中所有变频部件的本振信号都来自同一 个晶体或原子频标，只是根据需要倍频到不同的频率。可以很好地解决复杂频率变
通信卫星有效载荷主要技术指标—整体技术性能
对卫星通信系统而言，主要技术指标是通信容量。一般可用山农定理来描述，即：
——（1）
通信容量
通信带宽
通信系统信噪比
可见，对通信系统而言，其通信容量（C），与通信带宽（B）成正比，且随系统信 噪比（S/N）的增大而增大。
通信卫星有效载荷主要技术指标—整体技术性能