星载和地球站设备(2)

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星上处理功能
• 波束间、载波间交换，如射频交换、中频交换或基带交换 • 调制方式的变换，如上行PSK，下行DPSK • 多址方式的变换，如上行FDMA，下行TDMA • 速率变换，如将低速上行信道变换成高速的下行信道 • 星上再生，如星上解调/再调制，解码/再编码等 • 存储转发和基带处理，如信令处理、路由选择、信息压缩
➢窄带低噪声下变频模块： LNA模块除了低 噪声放大器以外，还包含窄带下变频器， 带宽约70MHz
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பைடு நூலகம்
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二、星载转发器
• 星载转发器由输入设备、调制设备、本振设备、 放大设备和发射设备组成，可以转发两地或多地 的电报、电话、数据、传真、电视、广播等多类 业务。
• 转发器接收来自地面的无线电波，经过放大后， 变换频率再向地面发射，相当于一个微波中继站。
• 数字处理转发器
➢ 载波处理转发器 ➢ 比特流处理转发器 ➢ 全基带处理转发器
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（一）弯管式转发器（透明转发器）
图4-4 星载微波转发器功能图
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图4-5 弯管式转发器方框图
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（二）转发器的EIRP和G/T
• EIRP和G/T是转发器射频部分最重要的两个 指标，除了决定于HPA输出功率和LNA的 等效噪声温度以外，还与星载天线的增益 相关。天线增益G与半功率波束宽度0.5的 关系可以近似表示为
第5章 星载和地球站设备
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提要
（一）HPA和LNA （二）星载转发器 （三）通信地球站设备 （四）其它类型的地球站 （五）MSS移动终端和信关站
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卫星通信系统框图
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图4-1 星载和地球站设备
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一、HPA和LNA
• 高功率放大器（HPA）
➢行波管放大器（TWTA） ➢速调管放大器（KPA） ➢固态功率放大器（SSPA）
• 目前最大的通信卫星平台上可装150个转发器。东 方红三号有24个C波段转发器，6个电视和18个通 信传输信道，可传输6套彩色电视节目和15000路 电话或电报、传真、数据信号，工作寿命为8年。
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• 弯管式转发器（透明转发器）
➢ 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
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三、通信地球站设备
• 射频部分 • 中频与基带处理部分 • 地面接口与陆地链路
G=27000/(0.5)2 对任意形状服务区的覆盖总希望天线 对该区域提供大的增益，为此采用若干点 波束的组合来对覆盖区赋形。
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• 全球波束天线
➢ 波束的半功率宽度约等于17.4°，覆盖卫星对地球的整 个视区
➢ 一般由圆锥喇叭天线加上45°的反射板组成
• 点波束天线
➢ 覆盖面积小，一般为圆形，半功率波束宽度为几度 ➢ 天线通常为前馈抛物面天线，馈源为喇叭
T4
1 1 2 43 3 4 2
表4.1 交换矩阵示意图
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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
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解调---再调制转发器
图4-9 解调—再调制转发器结构
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星载路由器
图4-11 星载中频路由转发器
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图4-12 提供波束形成的转发器
三种放大器的性能比较
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• 低噪声放大器（LNA）
➢参量放大器 ➢致冷砷化镓场效应放大器 ➢常温砷化镓场效应放大器(GaAsFET)
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图4-3 三种LNA的内部噪声性能
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LNA前端的接法
➢LNA模块只包含低噪声放大器
➢宽带低噪声下变频模块：LNA模块除了低 噪声放大器以外，还包含宽带下变频器， 带宽约500MHz
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星上交换的TDMA转发器
SS-TDMA可转编辑发版 器的组成
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图4-10 交换矩阵示意图
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通路 上行 下行
时段
波束 波束
T1
12
上行 下行 波束 波束
21
上行 下行 波束 波束
34
上行 下行 波束 波束
43
T2
1 3 2 23 1 4 4
T3
1 4 2 33 2 4 1
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• 喇叭天线
➢形状似喇叭，如圆锥形、角锥形 ➢辐射效率高 ➢天线方向性强
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抛物面反射型天线
图4-6 中心馈源和偏可置编馈辑版源的抛物面反射天线
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图4-7 中心馈源的阻挡效应
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（四）数字处理转发器
• 具有处理和交换的功能 • 数字处理转发器分类
➢ 载波处理转发器 ➢ 比特流处理转发器 ➢ 全基带处理转发器
和重新组帧 • 星上智能网控 • 星间链路 • 抗干扰保护，如自适应天线调零，可控点波束，转发器放
大特性的智能控制
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• 转发器的数量越多，卫星的通信能力就越大。
• 星载转发器少于12个，功率小于1000瓦的通信卫 星称为小容量卫星；有24个转发器，功率在 1000~3000瓦之间的卫星称为中容量通信卫星；有 48个转发器，功率在3000~7000瓦之间的卫星称为 大容量通信卫星；转发器多于48个，功率在7000 瓦以上的称为超大容量通信卫星。
• 赋形波束天线
➢ 可通过修改反射器形状来实现 ➢ 也可利用多个馈源从不同方向经反射器反射产生多波束
的组合
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图4-8 对可编覆辑盖版 区赋形
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卫星多波束天线的典型方框图
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波束宽度与天线直径的关系
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（三）星载天线
• 喇叭型天线 • 抛物面反射型天线 • 相控阵列天线
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图4-2 不同频段三种放大器的输出功率
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高功率 输出
带宽
功放管
放大器 功率
TWTA 中
较宽
真空管
50~
C波段：500MHz
800W
Ku和Ka波段:
水冷:10kw 1000MHz
KPA 大
较窄
真空管
1KW以上 50-100MHz
SSPA 小 3-10W
介于TWTA和 KPA之间
砷化镓场效 应半导体管
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三种数字处理转发器比较
• 载波处理转发器
➢ 以载波为单位直接对射频信号进行处理 ➢ 具有星上载波交换能力
• 比特流处理转发器
➢ 增加了解调和再调制功能 ➢ 可能包括译码和重编码设备、解扩设备等
• 全基带处理转发器
➢ 具有星上再生能力 ➢ 具有基带信号处理和交换能力 ➢ 解调、译码、存储、交换、重组帧、重编码和重调制等。