星载和地球站设备

资源卫星的有效载荷就是各种遥感器；天文
卫星的有效载荷是各种类型的天文望远镜；
通信卫星的有效载荷主要是通信转发器及通
信天线。
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5.2.1 星载天线
喇叭天线（全球波束天线） 抛物面天线（点波束天线） 赋型天线 多波束天线
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中心馈源和偏置馈源的抛物面反射天线
波束宽度与天线直径的关系
Z是国内电路，租赁专线。
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5.3.2 地球站的组成
一个典型的国际卫星通信的双工式A型标准 地球站，一般包括射频部分（包括天线、高 功率放大器、低噪声放大器、上变频器和下 变频器），调制与解调器，基带处理部分， 控制系统和用户接口等。
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地球站主要单元设备
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射频部分
天线 高功率放大器 低噪声放大器 变频器
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例：中星6B（东经115.5） 频段：C波段 转发器：38×36MHz EIRP（峰值）：
北京、上海、广州、昆明、兰州连线的中 心区域≥42dBW ；
除南中国海外中国全部疆域 ≥41dBW ； 南中国海地区 ≥40dBW ； 中国周边国家和地区≥39dBW ； 亚洲、澳大利亚大部 ≥37dBW ； 新西兰及南太平洋部分岛屿 ≥36dBW 19
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转发器通常分为：
透明转发器（弯管式转发器）：收到地面发 来的信号后，除进行低噪声放大、变频、功 率放大外，不作任何加工处理，只是单纯地 完成转发任务。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
处理转发器：除进行信号转发外，还具有信 号处理功能。主要功能包扩：
解调再生，避免噪声积累
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前馈式抛物面天线
卫星来波
反射焦点（馈源）金属抛物面来自反射信号波28
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原理图
金属抛物面
卫星来波
太阳
反射焦点（馈源）
F 反射信号波
聚光镜 f
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前馈式天线优点： 结构简单、成本较低
缺点： 由于馈源正好位于天线抛物面焦点处，带 来诸多问题，比如辐射器对反射电波有个 遮挡作用；馈线较长，损耗较大；LNB处 于阳光直射环境，温度高等。一般大型站 不用。
金属抛物面
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主反射面
副反射面 (旋转双曲面)
馈源
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卡塞格伦天线的优点：
馈源安放在抛物面顶点附近，因此可直接和主反 射面背后的低噪声放大器连接，降低了因馈电波 导过长而引起的损耗噪声；
主副反射面调整方便，效率高；
抛物面焦距很短，降低了整个天线的长度;
降低了大地反射噪声。
缺点：
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多波束卫星天线的典型方框图
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卫星天线系统示意图
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5.2.2 星载转发器
又叫通信分系统或中继器，实质上是一部宽 频带的收、发信机。其作用为接收、处理并 重发信号。
对转发器的基本要求是：以最小的附加噪声 和失真，并以足够的工作频带和输出功率来 为各地球站有效而可靠地转发无线电信号。
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5.3 通信地球站设备
5.3.1 地球站的种类 地球站是卫星通信的重要组成部分，其作用
是向卫星发送和接收来自卫星的信号。
目前国际上通常根据地球站天线口径尺寸及 G/T值大小将地球站分为A、B、C、D、E、 F、G、Z等各种类型。 A、B、C三种是大型站，称为标准站，用 于国际通信，适合各种业务类型。
第5章 星载和地球站设备
5.1 卫星通信系统组成 5.2 星载设备 5.3 通信地球站设备
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5.1卫星通信系统组成
2
图5-1 星载和地球站设备
5.2 星载设备
人造地球卫星由空间平台和有效载荷两部分 组成。有效载荷是指不同用途的卫星，为了 完成技术任务而配备的特有系统。
不同用途的卫星有不同的有效载荷。例如，
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目前大型地球站应用最多的天线是卡塞格伦
天线。它属于后馈式天线，由馈源喇叭(一次
辐射源)、主反射器(抛物面)和副反射器(双曲
面)组成。
卫星来波
金属抛物面 馈源
副反射面 (双曲面)
实焦点 F2
虚焦点F1
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后馈式抛物面天线
卫星来波
1次反射信号波 实聚焦点（馈源）
虚聚焦点（双曲面） 2次反射信号波
转发器的数量越多，卫星的通信能力就越大。 小容量通信卫星：星载转发器少于12个， 功率小于1000瓦的通信卫星 中容量通信卫星：有24个转发器，功率在 1000~3000瓦之间 大容量通信卫星：有48个转发器，功率在 3000~7000瓦之间 超大容量通信卫星：转发器多于48个，功 率在7000瓦以上
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1、天线
卫星天线通常采用抛物面天线，利用无线电 波信号跟光相似的特点来反射聚集电磁波， 接收天线结构主要由反射面、馈源和支架几 部分组成。
按照天线反射面与馈源所处的相对位置不同， 我们可以把抛物面天线分为
正馈天线
偏馈天线
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①正馈天线 中心聚集电波的卫星天线被称为正馈天线，
其天线反射面呈正圆状，馈源位于天线抛物 面焦点处。 正馈天线根据结构不同还可再分为 前馈式天线（即普通抛物面天线） 后馈式天线（即卡塞格伦天线）。
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D1，D2主要是用于小型站。
E和F分别工作在Ku波段和C波段，又分为 E1、E2、E3和F1、F2、F3等类型。
E1，F1，称为小型站，它们的业务容量 较小，一般用于商用系统（IBS）。
E2，E3和F2，F3又称为中型站，是为大 城市和大企业之间提供通信业务的。
G是国际租赁专线，一般用于VSAT或卫星 电视。
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
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②偏馈天线
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。
星上交换，对不同的卫星天线波束之间进
行信号交换。
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透明转发器
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处理转发器
主要功能： 1. 解调再生 2. 星上交换
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解调再生
解调—再调制转发器结构
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星上交换
SS-TDMA转发器的组成
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SWZ 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 17