C波段卫星通信地球站子系统的设计

42 232 224 238 100
100
4 520 595 0.87 39.5 232 227 248 95
100
5 500 580 0.89 41.5 228 221 217 90
93
5.2 X65 微观组织及分析 图 1、2 分别 为 X65 典 型 批 次 的 金 相 显 微 照 片 ， 从 图 1、2 可 以 看
2010 年 第 21 期
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C 波段卫星通信地球站子系统的设计
王亚军 (中国电子科技集团公司第二十研究所 陕西 西安 710068)
【摘 要】C 波段卫星通信地球站是监测参考站的重要通信方式，由于卫星通信较之地面通信不受地理位置及距离限制 ，应用较为为广泛。 本文给出某卫星导航地面运控系统中卫星通信地球站子系统的设计。
射频接收分系统由下变频器， 低噪声放大器 LNA 和 1：1 主备 倒 换（波导/同轴）开关组成。 LNA 实现接收信号的前级放大。 下变频器完
链路参数计算是地球站系统设计的重要内容之一，通过链路计算 可以确定地球站的设置是否满足通信质量和容量的需求，了解系统余 量，并根据计算结果选择地球站最佳配置。 下面对卫星地球站各设备 的主要参数进行计算。 2．1 天线主要参数
下变频器
输出 增益
-24 dBm
40dB 衰 减 ：0~
20 dB
LNA
3.7 米天线接收
输出 增益 输出 增益
接收 EIRP
-64 dBm
55dB
-119 dBm
41dB
-160 dBm
3 系统可靠性
监测参考站在实际运行中要求不间断工作，其可靠性要求是很高 的， 在对卫星通信地球站的设计中就必须考虑设备故障的预防和维 修 ，因 此 在 图 1 中 可 以 看 到 收 发 信 道 设 备 都 设 计 成 1:1 备 份 ，当 信 道 中某个设备发生故障时，可通过监控分系统控制主备倒换开关隔离出 故障设备进行维修。 另外在系统设计中，可考虑使用电信用－48V 电源 和备用电池给系统供电，以提高系统供电的可靠性。
【Key words】Satellite communications；C-band；Earth station
卫星通信具有通信容量大，频段宽，覆盖面积大，信道传输质量 好，建站快，建站成本与通信距离无关，受地理限制小等一系列特点， 是一种很好的数据传输方式。 在我国 BD2 卫星导航地面运控系统中， 测量数据的传送就是利用 C 波段卫星通信地球站完成的，卫星导航地 面运控系统由主控制站、 监测参考站和注入站组成，C 波段卫星通信 地球站是监测参考站的组成之一，在系统中主要完成将监测参考站采 集的伪距、多卜勒频率，电离层延时、气象等数据传输到主控站。 C 波 段卫星通信地球站是监测参考站可靠运行的有力通信保障。
● 【参考文献】
［1］蔡 剑 铭 ， 吕 海 寰 ， 甘 仲 民 ， 陈 九 治 . 卫 星 通 信 系 统 . 人 民 邮 电 出 版 社 . ［2］殷 琪 . 卫 星 通 信 系 统 测 试 . 人 民 邮 电 出 版 社 .
［责任编辑：曹明明］
●
（上接第 461 页）5 X65 生产结果及分析
2 链路参数计算
图 1 C 波段卫星通信地球站方框图
天线伺服分系统由面直径为 3.7 米环焦抛物面天线(含天线面、反 射器、馈源双工器)、天线座、天线伺服控制器、天线驱动器组成。 天线 伺服分系统主要完成卫星通信地球站天线准确对准所需卫星，并对该 卫星幅射和接收信号。
射频发射分系统由上变频器， 固态高功率放大器 SSPA 和 1:1 主 备倒换（同轴/波导）开关组成。 上变频器采用二次变频方式，一本振为 L 频 段 高 稳 定 点 频 率 源 ，二 本 振 为 微 波 频 率 综 合 器 ，完 成 将 CDMA 调 制解调器输出的中频 70MHz 调制信号，变到 5850～6425 MHz 频段上， 并具有良好的相位噪音。 SSPA 是发射信号的末级放大设备，完成信号 的功率放大，SSPA 功率线性度好，可以通过监控接口进行发射功率控 制、工作状态进行监控。
增益 相位噪声
3625～6200GHz 45°K 55dB
±0. 5dB（全频段）
52~88MHz 5825~6400MHz
35dB 满足 IESS-308/309 - 10dB 标准
3625~4200MHz 52~88MHz 40dB
满足 IESS-308/309 - 10dB 标准
向辐射功率）为+92dBm，接收的最小 EIRP 为－160 dBm。
天线口径
3.7 米
发射增益
45 dB
接收增益
41 dB
噪声温度
45 K
G/T 值
21 dB/K
发射功率容量
1kw/port
跟踪方式
自动跟踪，程序跟踪
2．2 SSPA 主要参数
频率
输出功率 P1db
增益
G 可调范围
相噪
噪声系数
5850～6425MHz ＋46.8dBm 70dB
20dB（0.5dB 步进） 满足 IESS-308/309 - 10dB 标准
【关键词】卫星通信； C 波段； 地球站 C-Band Satellite Communicate Earth Station Design
【Abstract】The C band satellite communicate Earth station is the important Communicate method that monitors the reference station, because the satellite Communication compare of the ground Communication be free from the geography position and the distance, so it ’s apply widely. This paper introduces the design of Satellite Communicate Earth station subsystem of the Ground Monitor Station for a Navigation Satellite System.
上变频器
发 CDMA 调
射 制解调器 增益 输出
方 向
输出35dBm
35dB 衰减量：
25 dB
+0 dBm
功放
3.7 米天线发射
发射 EIRP
增益 输出 增益 输出
70dB 调节量：
20dB
47 dBm
45dB
92 dBm
+67～+ 92 dBm
接 收 方 向
CDMA 调 制解调器
输入 -24～
-44dBm
1 系统设计
1．1 通信方式 C 波段卫星通信地球站采用扩频通信方式，扩频通信具有许多的
优点：首先，扩频通信抗干扰能力强。 它利用扩频序列的相关特性对宽 带和窄带干扰具有很强的抑制能力；其次, 具有较好的载波传输信号的保密能力。 扩频信号频带宽，信号功率谱 密度低，通常掩埋在噪声下，具有较好的的保密能力；第三，可实现 CDMA 多址联接，组网较为灵活方便. 1．2 硬件组成
C 波段卫星通信地球站的硬件由 3.7 米天线（含天线、天线伺服控 制器、天线驱动器 ）、低 噪 声 放 大 器 （LNA）、固 态 高 功 率 放 大 器(SSPA)、 上变频器、下变频器、C 波段转发器和 CDMA 调制解调器、数据处理终 端等组成，如下图 1 所示:
成 将 接 收 3625～4200MHz 频 段 上 的 调 制 信 号 ， 变 到 中 频 70MHz 送 CDMA 解调终端进行解调，并具有良好的相位噪音。
5.1 力学性能 表 4 给出部分典型批次的力学性能，可以看出生产的 X65 管线钢
具有较高的强度、低温冲击韧性以及优良的抗低温撕裂韧性、较低的 屈强比 。 经 统 计 分 析 ， 大 部 分 批 次 Rel 在 500～545 MPa 之 间 ，Rm 在 550～610 之间， 屈强比在 0.84～0.91 之间，-30℃横向冲击功大 于 200J 的 占 90% 以 上 ，-15℃ DWTT 检 验 结 果 显 示 落 锤 韧 性 剪 切 面 积 大Fra Baidu bibliotek于 90%的占 95%以上，各项指标均达到技术要求，波动范围小，且有较大 的富余量。
出，钢板的微观组织以细小准多边形铁素体、粒状贝氏体为主以及少 量 块 状 铁 素 体 组 织 ，钢 板 厚 度 1/4 处 与 厚 度 中 心 组 织 类 型 一 致 ，晶 粒 差别不大，说明钢板轧制变形渗透，工艺控制合适，厚度方向组织均 匀。
图 1 15.9mm X65 1/4 厚度组织 图 2 15.9mm X65 中心组织
12dB（在 最 大 增 益 处 ）
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2．3 LNA 主要参数
频率范围 噪声温度
增益 增益平坦度
2．4 上变频器主要参数
输入频率 输出频率
增益 相位噪声
2．5 下变频器主要参数
输入频率 输出频率
2.6 传输损耗 (a) 自 由 空 间 损 耗 上行损耗：Lfu=20lg(4πdf/3×108) = 199.6 dB 下行损耗：Lfa=195.8 dB 其中 d：为地球站到卫星的距离， f：为地球站的工作频率 (b) 跟踪误差损耗：LTr=0.5dB (c) 极化误差损耗：Lp=0.5dB (d) 总损耗 上行链路总损耗：Lu= Lfu ＋ LTr ＋Lp ＝ 200.6 dB 下行链路总损耗：Ld= Lfa ＋ LTr ＋Lp ＝ 196.8 dB
表 4 15.9mmX65 典型批次力学性能
批次 Rel/MPa Rm/MPa Rel/Rm δ50.8/% -30℃Akv/J -15℃落锤 SA/%
1 515 600 0.86 42.5 196 247 201 100
95
2
510
600 0.85
41 246 255 260 95
95
3
500
590 0.85
6 结语
6.1 济钢 X65 管线钢采用低 C-高 Nb-Mn -Ti 的合金成分，工艺上采 用洁净钢冶炼以及合理的加热、轧制冷 却 工 艺 ，生 产 的 X65 管 线 钢 具 有较高的强度，良好的低温韧性以及止 裂 性 能 。 由 于 采 用 高 Nb 的 微 合金成分设计，实现高温轧制，提高机时产量，经济效益显著。 6.2 高韧性 X65 管线钢板自试制成功以来， 已为国内石油天然气管 道工程供货 2 万余吨， 表面质量及力学性能完全满足用户的使用要 求，得到用户的好评。 随着新炼钢-4300 宽厚板生产线投产，济钢将进 一步开发更高级别管线钢来满足市场的需求。 科
CDMA 调制解调器实现发送数据的调制和接收数据的解调功能。 C 波段转发器连接在天线馈源的耦合端口上， 它将发射的 6GHz 信号下变到接收的 4GHz 信号，这样就可以对站内设备 进 行 有 线 链 路 的设备自检和系统自校。 监控分系统由计算机、数据采集卡、和数据库、操作系统及监控软 件组成，用于对卫星通信地球站的所有设备的状态查询，故障隔离，信 道控制等。 1．3 通信流程 如图 1 所示，在发射方向，监测参考站数据处理终端将卫星原始 观测数据进行数据预处理， 并生成规定的帧格式数据包， 发送给 CDMA 调 制 器 ，调 制 器 对 数 据 编 码 ，再 与 本 地 扩 频 码 进 行 扩 频 调 制 ， 成 型 滤 波 并 在 中 频 70MHz 上 实 现 (PSK) 相 位 调 制 ， 输 出 送 给 上 变 频 器， 上 变 频 器 将 70MHz 中 频 信 号 经 过 变 频 ， 成 为 6GHz 高 频 发 射 信 号 ，送 固 态 高 功 率 放 大 器 SSPA 进 行 功 率 放 大 ，最 后 通 过 天 线 发 给 主 控制站。 在接收方向，天线接收经过卫星转发的主控制站微弱信号，然后 送 低 噪 声 放 大 LNA 进 行 前 级 放 大 后 ，送 下 变 频 器 ，经 过 两 次 下 变 频 ， 成为中频信号，送 CDMA 解调器，经过解扩、解调和 译 码 ，恢 复 出 数 字 信号，得到数据。
2.7 链路功率电平预算 由链路参数计算可知 C 波段卫星通信地球的最大 EIRP （有效全
4 结束语
C 波段卫星通信地球站是监测参考站的重要通信链路。 本文从系 统硬件和链路参数两方面着手，阐述了卫星通信地球站的具体实现方 法。 该地球站已经在实际工作中经过长期运行，系统数据传输成功率 达到 99%。 在实际运行中，发现由于卫星轨道的日漂移导致通信信号 质量变差，我们通过接收的卫星星历解算出卫星位置，利用天线的程 序跟踪功能来实时对星，明显改善了通信信号质量。 科