1、1第5章 星载和地球站设备2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3卫星通信系统框图4图图4-1 星载和地球站设备星载和地球站设备5一、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）6图图4-2 不同频段三种放大器的输出功率不同频段三种放大器的输出功率7高功率放大器输出功率带宽功放管TWTA 中50800W水冷:10kw较宽C波段：500MHzKu和Ka波段:1000MHz真空管KPA大1KW以上较窄50-100MHz真空管SSPA小3-10W介于TWTA和K
2、PA之间砷化镓场效应半导体管三种放大器的性能比较三种放大器的性能比较8 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)9图图4-3 三种三种LNA的内部噪声性能的内部噪声性能10lLNA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70MHz11二、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
3、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。12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13 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
4、容量卫星；有24个转发器，功率在10003000瓦之间的卫星称为中容量通信卫星；有48个转发器，功率在30007000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。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。14 弯管式转发器（透明转发器）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 数字处理转发器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15（一）
5、弯管式转发器（透明转发器）图图4 4-4 星载微波转发器功能图星载微波转发器功能图16图图4-5 弯管式转发器方框图弯管式转发器方框图17（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。18 全球波束天线全球波束天线 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
6、 点波束天线点波束天线 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 赋形波束天线赋形波束天线 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192021图图4 4-8 对覆盖区赋形对覆盖区赋形22卫星多波束天线的典型方框图卫星多波束天线的典型方框图23波束宽度与天线直径的关系波束宽度与天线直径的关系24（三）星载天线 喇叭型天线 抛物面反射型天线 相控阵列天线25 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 26图图4 4-6 中心馈源和偏置馈源的抛物面反射天线中心馈源和偏置馈源的抛物面反射天线抛物面反
7、射型天线抛物面反射型天线27图图4-7 中心馈源的阻挡效应中心馈源的阻挡效应28（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 29三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。30SS-TDMA转发器的组成转发器的组成l星上交换的星上交换的TDMA转发器转发器31图4-10 交换矩阵示意
8、图32 通路时段上行 下行波束 波束上行 下行波束 波束上行 下行波束 波束上行 下行波束 波束T11 22 13 44 3T21 32 23 14 4T31 42 33 24 1T41 12 43 34 2表表4.1 交换矩阵示意图交换矩阵示意图33INTELSAT VI 卫星的覆盖图和采用微波交换矩阵的卫星的覆盖图和采用微波交换矩阵的SS-TDMA星上交换示意图星上交换示意图SWZ34图图4-9 解调解调再调制转发器结构再调制转发器结构l解调解调-再调制转发器再调制转发器35l星载路由器星载路由器图4-11 星载中频路由转发器36图4-12 提供波束形成的转发器37三、通信地球站设备 射频
9、部分 中频与基带处理部分 地面接口与陆地链路 陆地链路的选择 地面接口38 图图 4-15 地球站主要单元设备地球站主要单元设备39 天线 卡塞格伦天线 高功率放大器HPA 波导耦合合路器 滤波器型合路器 低噪声放大器LNA 上、下变频器（一）地球站射频部分40图图4-16 卡塞格伦天线原理图卡塞格伦天线原理图41（二）中频与基带处理部分l 具有调制/解调、编/解码等功能 l调制/解调是在IF载波上进行l具有复用的功能 42图图4-18 地球站与交换局、用户设备间的陆地链路地球站与交换局、用户设备间的陆地链路l陆地链路的设置和选择43图图4-19 微波和光纤两种陆地链路所需投资的比较微波和光纤
10、两种陆地链路所需投资的比较44l地面接口地面接口图图4-20 三种地面接口的示意图三种地面接口的示意图45（四）其他类型的地球站 TT&C地球站 TV上行站和广播中心 TV单收站46lTT&C地球站地球站47（1）TT&C地球站射频射频基带处理部分基带处理部分指令子系统测距子系统遥测子系统地面接口单元：用于与地面接口单元：用于与SCC接口接口48（2）SCC卫星运行的神经中枢轨道控制监视卫星的上行和下行链路的通信传输通道49lTV单收站DTH系统的家用单收站 单个接收机地面有线TV系统的“电缆前端”TVRO 多个接收机50图图4-23 TVRO天线直径与卫星天线直径与卫星EIRP的关系的关系51图图4-22 具有卫星前端的地面有线电视系统具有卫星前端的地面有线电视系统52图图4-24 有线电视网前端的有线电视网前端的TVRO53（五）MSS移动终端和信关站 移动终端 车（船）载台 手持机项目平均发射功率(W)天线增益(dBi)G/T(dB/K)Iridium0.41.0-23Globalstar0.52.5-22表表4-2 Iridium和和Globalstar系统手持机主要参数系统手持机主要参数 54 信关站网络（用户）管理功能与地面公用网互连的功能交换功能（对透明转发器而言）
