《卫星通信》卫星通信系统的组成与体制
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常温参量放大器
利用半导体热偶进行制冷的常温参量放大器
低噪声放大器系统的组成及控制
日本NEC公司生产的RFS-4GUS-27A的4GHz低噪声放大器
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RFS-4GUS-27A
卫星 通信
10
卫星 通信 低噪声放大器在接收通道中的作用与位置
天线 天Hale Waihona Puke 开关LNA 双工器本振
混频 输出
功放 隔离器 某CDMA移动台射频前端收发系统结构框图
18
卫星 通信
2．2．3 变频器
1、概述 变频器的作用
把信号频谱从一个频段搬到另一个频段，但不改变信号 频谱本身的形状。
上变频器
把已调中频信号载波变换到微波频段要求的位置。
下变频器
在收信过程中，对于从LNA接收来的射频信号，将其载 波频谱搬移到中频段上。
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卫星 通信
2．2．3 变频器
2、变频器的组成 变频器要完成频谱搬移，具有三个基本组成部分
载频精确度要高 （SCPC中为40kHz以内） 放大器的线性度要高 （减小多载波交调干扰）
12
卫星 通信
2、速调管放大器
速调管高功放输出功率最大（一般可达几千瓦），效率高， 但瞬时频带较窄（30-50MHz），工作在不同频率时需要重新调 整，且需要预热，只能覆盖一个转发器。 射频电路 ：
与传统的速调管高功放一样，GEN IV高功放射频系统主要由 固态中功率放大模块(SSIPA)、速调管、电弧及功率检测模块等 部分组成。
调制 输入
11
卫星 通信
2．2．2 高功率放大器
地球站信号上行需要使用能够稳定输出大功率 高频信号的高功率放大器，高功放的主要作用是将 上变频器送来的射频信号放大到所需的电平后送往 天线发射。
1、对微波发射机的主要要求 工作频带宽 （5925-6425MHz，带宽为500MHz）
功率稳定度要高 （[EIRP]s在0.5dB以内）
第二章 卫星通信系统的 组成与体制
任课老师：温洪明
电子与电气工程系 通信教研室
1
2．1 卫星通信系统
2
卫星 通信
2．1．1 卫星通信系统的组成
卫星通信
B 中继站
C 中继站
A 终端站
终端站
图2－1 地面微波接力通信示意图
3
卫星 通信
2．1．1 卫星通信系统的组成
一个完整的卫星通信系统，通常是由通信卫 星、地球站、跟踪遥测及指令系统和监控管 理系统等四大部分组成
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卫星 通信
2、速调管放大器
风冷系统 ： 高功放的散热采用的是风冷系统，有速调管的集电极散热
风机，箱体散热风扇，速调管体冷却风扇，束稳压器散热风扇 组成。
速调管高功放的效率不算太高，电源的功率绝大部分转换 为热能消耗了，因此其散热系统对确保高功放正常工作至关重 要，尤其是速调管集电极散热。高功放对集电极散热采取了风 压监测和过温监测双重保护措施，要求其集电极空气流量大于 1000LBS/小时，箱体散热空气流量大于90 LBS/小时。
输出射频系统所需要的电压；输入端一路通过输出接口接到速 调管风冷系统供电；一路接到缺相检测板；其中A相接到电源 板，提供24VDC工作电压。
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卫星 通信
2、速调管放大器
分布式控制系统 ： 高功放射频、电源、前面板、外接口、以太网接口等内部
各分系统均有各自独立的微处理器控制，分系统之间采用CAN （Controller Area Network）总线进行内部通信。CAN总线信号 由两条线传输，表示为CAN_H和CAN_L。总线上任意节点在 任意时刻可以向其它相连的任意节点发送信息而不分主次，是 一种便捷、可靠、实时性强的现场总线。
RF分系统（衰减器、定向耦合器等） 电源分系统（不采用串联稳压，而用高频开关稳压
电源：灯丝电源、螺旋线电源、收集极电源）
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卫星 通信
4、固态微波功率放大器
场效应管效应晶体管和功率合成技术的发展而产生， 优点是瞬时带宽宽，体积小，寿命长，电源简单经济， 可靠性好。
微波晶体管 微波功率场效应晶体管 微波固态功放电路
低噪声放大器的指标
噪声特性：相对于输入来说，该器件输出的SNR的改善程度 系统增益：系统的整体线性随着低噪声放大器的增益而降低
低噪声放大器自身的线性
一般要比下游器件要低 8
卫星 通信
2．2．1 低噪声放大器（LNA）
对低噪声放大器的基本要求
极低的噪声温度、较高的增益和良好的增益稳定性，很宽的 射频工作带宽，高可靠性
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卫星 通信
3、行波管放大器
通过电磁场与电子流发生能量交换使高频信号得 到放大的微波电真空器件，有很宽的瞬时带宽可以 覆盖6GHz发送频段的500MHz，不需要进行外部调 谐，增益高，缺点是效率低，电路复杂，成本高。 最大的输出功率在千瓦以内。，可以做微波发射机 的激励级、中间级和末级的功率放大。
图2－2 卫星通信示意图
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卫星 通信
2．1．2 卫星通信系统的各部分功能和作用
1、地球站的组成
图2－3 卫星通信地球站的简化方框图
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卫星 通信
天馈设备（辐射、接收信号和转发） 发射机 （经上变频变换射频信号，并放大） 接收机 （经下变频变换中频信号，并放大） 终端设备（调制中频，决定多址和复用方式） 跟踪设备（校正地球站方位和仰角，手动和自动） 2、通信卫星的组成 天线分系统（定向发射与接收无线电信号） 通信分系统 （接收处理并重发信号） 电源分系统 （提供电能，太阳能电池等） 遥测指令分系统 （TT&C，发送姿态和状态数据，
指令部分接收控制指令） 控制分系统 （调节和控制卫星的姿态、轨道位置和
工作状态等）
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2．2 卫星通信系统主要 射频设备介绍
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卫星 通信
2．2．1 低噪声放大器（LNA）
低噪声放大器的作用
在降频转换之前对收到的初级信号进行放大，目的是利用这 种放大器比次级器件明显优越的噪声特性，增加初级信号的 强度
速调管作为大功率的微波放大器件是射频系统关键元件，管 子由发射电子束的阴极、耦合及调速腔体、电子收集极三部分 组成。
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卫星 通信
2、速调管放大器
高压电源电路 ： 专用整流电源柜，集中在5U空间中，采用开关电源以及独
立的微处理控制单元，可以按需要灵活调整电压。 输入三相380VAC，通过整流滤波成500VDC，经开关电路
非线性元件、振荡器、带通滤波器
实际使用的变频器通常包括
混频器、本振、中频放大器、射频滤波器、隔离器和群 时延均衡器
利用半导体热偶进行制冷的常温参量放大器
低噪声放大器系统的组成及控制
日本NEC公司生产的RFS-4GUS-27A的4GHz低噪声放大器
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RFS-4GUS-27A
卫星 通信
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卫星 通信 低噪声放大器在接收通道中的作用与位置
天线 天Hale Waihona Puke 开关LNA 双工器本振
混频 输出
功放 隔离器 某CDMA移动台射频前端收发系统结构框图
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卫星 通信
2．2．3 变频器
1、概述 变频器的作用
把信号频谱从一个频段搬到另一个频段，但不改变信号 频谱本身的形状。
上变频器
把已调中频信号载波变换到微波频段要求的位置。
下变频器
在收信过程中，对于从LNA接收来的射频信号，将其载 波频谱搬移到中频段上。
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卫星 通信
2．2．3 变频器
2、变频器的组成 变频器要完成频谱搬移，具有三个基本组成部分
载频精确度要高 （SCPC中为40kHz以内） 放大器的线性度要高 （减小多载波交调干扰）
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卫星 通信
2、速调管放大器
速调管高功放输出功率最大（一般可达几千瓦），效率高， 但瞬时频带较窄（30-50MHz），工作在不同频率时需要重新调 整，且需要预热，只能覆盖一个转发器。 射频电路 ：
与传统的速调管高功放一样，GEN IV高功放射频系统主要由 固态中功率放大模块(SSIPA)、速调管、电弧及功率检测模块等 部分组成。
调制 输入
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卫星 通信
2．2．2 高功率放大器
地球站信号上行需要使用能够稳定输出大功率 高频信号的高功率放大器，高功放的主要作用是将 上变频器送来的射频信号放大到所需的电平后送往 天线发射。
1、对微波发射机的主要要求 工作频带宽 （5925-6425MHz，带宽为500MHz）
功率稳定度要高 （[EIRP]s在0.5dB以内）
第二章 卫星通信系统的 组成与体制
任课老师：温洪明
电子与电气工程系 通信教研室
1
2．1 卫星通信系统
2
卫星 通信
2．1．1 卫星通信系统的组成
卫星通信
B 中继站
C 中继站
A 终端站
终端站
图2－1 地面微波接力通信示意图
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卫星 通信
2．1．1 卫星通信系统的组成
一个完整的卫星通信系统，通常是由通信卫 星、地球站、跟踪遥测及指令系统和监控管 理系统等四大部分组成
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卫星 通信
2、速调管放大器
风冷系统 ： 高功放的散热采用的是风冷系统，有速调管的集电极散热
风机，箱体散热风扇，速调管体冷却风扇，束稳压器散热风扇 组成。
速调管高功放的效率不算太高，电源的功率绝大部分转换 为热能消耗了，因此其散热系统对确保高功放正常工作至关重 要，尤其是速调管集电极散热。高功放对集电极散热采取了风 压监测和过温监测双重保护措施，要求其集电极空气流量大于 1000LBS/小时，箱体散热空气流量大于90 LBS/小时。
输出射频系统所需要的电压；输入端一路通过输出接口接到速 调管风冷系统供电；一路接到缺相检测板；其中A相接到电源 板，提供24VDC工作电压。
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卫星 通信
2、速调管放大器
分布式控制系统 ： 高功放射频、电源、前面板、外接口、以太网接口等内部
各分系统均有各自独立的微处理器控制，分系统之间采用CAN （Controller Area Network）总线进行内部通信。CAN总线信号 由两条线传输，表示为CAN_H和CAN_L。总线上任意节点在 任意时刻可以向其它相连的任意节点发送信息而不分主次，是 一种便捷、可靠、实时性强的现场总线。
RF分系统（衰减器、定向耦合器等） 电源分系统（不采用串联稳压，而用高频开关稳压
电源：灯丝电源、螺旋线电源、收集极电源）
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卫星 通信
4、固态微波功率放大器
场效应管效应晶体管和功率合成技术的发展而产生， 优点是瞬时带宽宽，体积小，寿命长，电源简单经济， 可靠性好。
微波晶体管 微波功率场效应晶体管 微波固态功放电路
低噪声放大器的指标
噪声特性：相对于输入来说，该器件输出的SNR的改善程度 系统增益：系统的整体线性随着低噪声放大器的增益而降低
低噪声放大器自身的线性
一般要比下游器件要低 8
卫星 通信
2．2．1 低噪声放大器（LNA）
对低噪声放大器的基本要求
极低的噪声温度、较高的增益和良好的增益稳定性，很宽的 射频工作带宽，高可靠性
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卫星 通信
3、行波管放大器
通过电磁场与电子流发生能量交换使高频信号得 到放大的微波电真空器件，有很宽的瞬时带宽可以 覆盖6GHz发送频段的500MHz，不需要进行外部调 谐，增益高，缺点是效率低，电路复杂，成本高。 最大的输出功率在千瓦以内。，可以做微波发射机 的激励级、中间级和末级的功率放大。
图2－2 卫星通信示意图
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卫星 通信
2．1．2 卫星通信系统的各部分功能和作用
1、地球站的组成
图2－3 卫星通信地球站的简化方框图
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卫星 通信
天馈设备（辐射、接收信号和转发） 发射机 （经上变频变换射频信号，并放大） 接收机 （经下变频变换中频信号，并放大） 终端设备（调制中频，决定多址和复用方式） 跟踪设备（校正地球站方位和仰角，手动和自动） 2、通信卫星的组成 天线分系统（定向发射与接收无线电信号） 通信分系统 （接收处理并重发信号） 电源分系统 （提供电能，太阳能电池等） 遥测指令分系统 （TT&C，发送姿态和状态数据，
指令部分接收控制指令） 控制分系统 （调节和控制卫星的姿态、轨道位置和
工作状态等）
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2．2 卫星通信系统主要 射频设备介绍
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卫星 通信
2．2．1 低噪声放大器（LNA）
低噪声放大器的作用
在降频转换之前对收到的初级信号进行放大，目的是利用这 种放大器比次级器件明显优越的噪声特性，增加初级信号的 强度
速调管作为大功率的微波放大器件是射频系统关键元件，管 子由发射电子束的阴极、耦合及调速腔体、电子收集极三部分 组成。
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卫星 通信
2、速调管放大器
高压电源电路 ： 专用整流电源柜，集中在5U空间中，采用开关电源以及独
立的微处理控制单元，可以按需要灵活调整电压。 输入三相380VAC，通过整流滤波成500VDC，经开关电路
非线性元件、振荡器、带通滤波器
实际使用的变频器通常包括
混频器、本振、中频放大器、射频滤波器、隔离器和群 时延均衡器