微波与卫星通信幻灯片.ppt

微波与卫星通信微波与卫星通信第1页，共112页，编辑于2022年，星期六1.1 微波与卫星通信的基本概念与特点微波与卫星通信的基本概念与特点1.2 微波通信系统的组成微波通信系统的组成1.3 卫星通信系统的组成卫星通信系统的组成1.4 微波与卫星通信的天线馈线系统微波与卫星通信的天线馈线系统第2页，共112页，编辑于2022年，星期六1.1 微波与卫星通信的基本微波与卫星通信的基本概念与特点概念与特点1.微波与卫星通信 微波是指频率为微波是指频率为300300MHzMHz至至300GHz300GHz的电磁波。的电磁波。微波通信是指用微波频率作载波携带信息，微波通信是指用微波频率作载波携带信息，通过无线电波空间进行中继（接力）通信的方式。通过无线电波空间进行中继（接力）通信的方式。卫星通信是指利用人造地球卫星作为中继站，卫星通信是指利用人造地球卫星作为中继站，转发或反射无线电波，在两个或多个地球站之间转发或反射无线电波，在两个或多个地球站之间进行的通信。进行的通信。第3页，共112页，编辑于2022年，星期六 卫星通信又是宇宙无线电通信形式之一，而卫星通信又是宇宙无线电通信形式之一，而宇宙通信是指以宇宙飞行体为对象的无线电通信，宇宙通信是指以宇宙飞行体为对象的无线电通信，它有三种形式：它有三种形式：（1）宇宙站与地球站之间的通信；（2）宇宙站之间的通信；（3）通过宇宙站转发或反射而进行的地球站间的通信。第4页，共112页，编辑于2022年，星期六2.微波通信的特点 用于传输频分多路用于传输频分多路-调频制（调频制（FDM-FM）基带信号的系统叫作模拟制微波通信系统；基带信号的系统叫作模拟制微波通信系统；用于传输数字基带信号的系统叫作数字微波用于传输数字基带信号的系统叫作数字微波通信系统。通信系统。第5页，共112页，编辑于2022年，星期六“微波、多路、接力微波、多路、接力”。“微波微波”是指微波工作频段宽，它包括是指微波工作频段宽，它包括了分米波、厘米波和毫米波三个频段。了分米波、厘米波和毫米波三个频段。“多路多路”是指微波通信的通信容量大，是指微波通信的通信容量大，即微波通信设备的通频带可以做得很宽。即微波通信设备的通频带可以做得很宽。“接力接力”是目前广泛使用于视距微波的是目前广泛使用于视距微波的通信方式。通信方式。第6页，共112页，编辑于2022年，星期六数数字字微微波波除除了了具具有有上上面面所所说说的的微微波波通通信信的的普普遍特点外，还具有数字通信的特点：遍特点外，还具有数字通信的特点：（1 1）抗干扰性强、整个线路噪声不累积；）抗干扰性强、整个线路噪声不累积；（2 2）保密性强，便于加密；）保密性强，便于加密；（3 3）器器件件便便于于固固态态化化和和集集成成化化，设设备备体体积积小、耗电少；小、耗电少；（4 4）便便于于组组成成综综合合业业务务数数字字网网（ISDNISDN）。第7页，共112页，编辑于2022年，星期六3.卫星通信的特点（1）静止卫星通信的优点 通信距离远，且费用与通信距离无关 覆盖面积大，可进行多址通信 通信频带宽，传输容量大 信号传输质量高，通信线路稳定可靠 建立通信电路灵活、机动性好第8页，共112页，编辑于2022年，星期六（2）静止卫星通信的缺点静止卫星的发射与控制技术比较复杂。地球的两极地区为通信盲区，而且地球的高纬度地区通信效果不好。存在星蚀和日凌中断现象。有较大的信号传输时延和回波干扰。第9页，共112页，编辑于2022年，星期六1.2 微波通信系统的组成微波通信系统的组成1.2.1系统组成一一条条微微波波中中继继信信道道是是由由终终端端站站、中中间间站站和和再再生生中中继继站站、终终点点站站及及电电波波空空间间组组成成，如如图图1-1（a）所示。）所示。第10页，共112页，编辑于2022年，星期六 终端站的任务是将复用设备送来的基带信号终端站的任务是将复用设备送来的基带信号或由电视台送来的视频及伴音信号，调制到微波或由电视台送来的视频及伴音信号，调制到微波频率上并发射出去；或者反之，将收到的微波信频率上并发射出去；或者反之，将收到的微波信号解调出基带信号送往复用设备，或将解调出的号解调出基带信号送往复用设备，或将解调出的视频信号及伴音信号送往电视台。线路中间的中视频信号及伴音信号送往电视台。线路中间的中继站的任务是完成微波信号的转发和分路，所以继站的任务是完成微波信号的转发和分路，所以中继站又分为中间站（不能上、下话路）、分路中继站又分为中间站（不能上、下话路）、分路站和枢纽站（能上、下话路），如图站和枢纽站（能上、下话路），如图1-1（b）所）所示。示。第11页，共112页，编辑于2022年，星期六图1-1 微波通信的信道构成第12页，共112页，编辑于2022年，星期六1.2.2微波收发信设备的组成1.发信设备的组成 从目前使用的数字微波通信设备来看，分为从目前使用的数字微波通信设备来看，分为直接调制式发信机（使用微波调相器）和变频式直接调制式发信机（使用微波调相器）和变频式发信机。中小容量的数字微波（发信机。中小容量的数字微波（480路以下）设路以下）设备可用前一种方案。备可用前一种方案。下面以一种典型的变频式发信机为例加以说下面以一种典型的变频式发信机为例加以说明，如图明，如图1-2所示。所示。第13页，共112页，编辑于2022年，星期六图1-2 变频式发信机方框图第14页，共112页，编辑于2022年，星期六2.发信设备的主要性能指标（1）工作频段 从无线电频谱的划分来看，我们把频率为从无线电频谱的划分来看，我们把频率为0.3300GHz的射频称为微波频率。的射频称为微波频率。（2）输出功率 输出功率是指发信机输出端口处功率的大小。输出功率是指发信机输出端口处功率的大小。（3）频率稳定度 发信机的每个工作波道都有一个标称的射频发信机的每个工作波道都有一个标称的射频中心工作频率，用中心工作频率，用f0表示。表示。第15页，共112页，编辑于2022年，星期六3.收信设备的组成 数字微波的收信设备和解调设备组成了收信数字微波的收信设备和解调设备组成了收信系统，这里所讲的收信设备只包括射频和中频两系统，这里所讲的收信设备只包括射频和中频两个部分。个部分。图图1-3所示的是一个有空间分集接收的收信所示的是一个有空间分集接收的收信设备组成方框图。设备组成方框图。第16页，共112页，编辑于2022年，星期六图1-3 外差式收信机方框图第17页，共112页，编辑于2022年，星期六4.收信设备的主要性能指标（1）工作频段 收信机是与发信机配合工作的。收信机是与发信机配合工作的。（2）收信本振的频率稳定度 接收的微波射频的频率稳定度是由发信机决接收的微波射频的频率稳定度是由发信机决定的。定的。（3）噪声系数 数字微波收信机的噪声系数一般为数字微波收信机的噪声系数一般为2.57dB，比模拟微波收信机的噪声系数小，比模拟微波收信机的噪声系数小5dB左右。左右。第18页，共112页，编辑于2022年，星期六（4）通频带 收信机接收的已调波是一个频带信号，即已收信机接收的已调波是一个频带信号，即已调波频谱（的主要成分）要占有一定的带宽。调波频谱（的主要成分）要占有一定的带宽。（5）选择性 对某个波道的收信机而言，要求它只接收本对某个波道的收信机而言，要求它只接收本波道的信号，对邻近波道干扰、镜像频率干扰及波道的信号，对邻近波道干扰、镜像频率干扰及本波道的收、发干扰等要有足够的抑制能力，这本波道的收、发干扰等要有足够的抑制能力，这就是收信机的选择性。就是收信机的选择性。第19页，共112页，编辑于2022年，星期六（6）收信机的最大增益 天线收到的微波信号经馈线和分路系统到达天线收到的微波信号经馈线和分路系统到达收信机。由于受衰落的影响，收信机的输入电平收信机。由于受衰落的影响，收信机的输入电平在随时变动。在随时变动。（7）自动增益控制范围 以自由空间传播条件下的收信电平为基准，以自由空间传播条件下的收信电平为基准，当收信电平高于基准电平时，称为上衰落；低于当收信电平高于基准电平时，称为上衰落；低于基准电平时，称为下衰落。基准电平时，称为下衰落。第20页，共112页，编辑于2022年，星期六1.3 卫星通信系统的组成卫星通信系统的组成1.3.1 系统组成1.静止卫星通信系统 卫星通信的工作频段与微波通信相同。图卫星通信的工作频段与微波通信相同。图1-4所示的是卫星通信的示意图。所示的是卫星通信的示意图。第21页，共112页，编辑于2022年，星期六图1-4 卫星通信示意图第22页，共112页，编辑于2022年，星期六 静止卫星是指卫星的运行轨道在赤道平面内。静止卫星是指卫星的运行轨道在赤道平面内。轨道离地面高度约为轨道离地面高度约为35800km（为简单起见，（为简单起见，经常称经常称36000km）。）。图图1-5所示为静止卫星配置的几何关系示所示为静止卫星配置的几何关系示意图意图。第23页，共112页，编辑于2022年，星期六图1-5 静止卫星的配置第24页，共112页，编辑于2022年，星期六目前国际卫星通信组织负责建立的国际目前国际卫星通信组织负责建立的国际卫星通信系统（卫星通信系统（INTELSAT），简称），简称IS，就，就是利用静止卫星来实现全球通信的。三颗同是利用静止卫星来实现全球通信的。三颗同步卫星分别位于太平洋、印度洋和大西洋上步卫星分别位于太平洋、印度洋和大西洋上空，它们构成的全球通信网承担着大约空，它们构成的全球通信网承担着大约80%的国际通信业务和全部国际电视转播业务，的国际通信业务和全部国际电视转播业务，如图如图1-6所示所示。第25页，共112页，编辑于2022年，星期六图1-6 卫星通信示意图第26页，共112页，编辑于2022年，星期六2.卫星通信系统的组成（1）卫星通信系统的组成 通常卫星通信系统是由地球站、通信卫通常卫星通信系统是由地球站、通信卫星、跟踪遥测及指令系统和监控管理系统星、跟踪遥测及指令系统和监控管理系统4大大部分组成的，如图部分组成的，如图1-7所示。所示。第27页，共112页，编辑于2022年，星期六 图1-7 卫星通信系统的组成第28页，共112页，编辑于2022年，星期六（2）卫星通信线路的组成 两个地球站通过通信卫星进行通信的卫星通两个地球站通过通信卫星进行通信的卫星通信线路的组成如图信线路的组成如图1-8所示，是由发端地球站，所示，是由发端地球站，上、下行无线传输路径和收端地球站组成的。上、下行无线传输路径和收端地球站组成的。第29页，共112页，编辑于2022年，星期六图1-8 卫星通信线路的组成第30页，共112页，编辑于2022年，星期六1.3.2 地球站的组成及其工作原理1.对地球站的技术要求 一般来说，对地球站应有以下几方面的要求。一般来说，对地球站应有以下几方面的要求。发送的信号应是宽频带、稳定、大功率发送的信号应是宽频带、稳定、大功率的信号，能接收由卫星转发器转发来的微弱信号。的信号，能接收由卫星转发器转发来的微弱信号。可以传输多路电话、电报、传真，以及可以传输多路电话、电报、传真，以及高速数据、电视等多种业务的信号。高速数据、电视等多种业务的信号。性能稳定、可靠，维护、使用方便。性能稳定、可靠，维护、使用方便。建设成本和维护费用不应太高。建设成本和维护费用不应太高。第31页，共112页，编辑于2022年，星期六（1）地球站的性能指标品质因数（G/T）G/T是地球站接收天线的增益是地球站接收天线的增益G与地球站接与地球站接收系统的等效噪声温度收系统的等效噪声温度T的比值，它表征了地球的比值，它表征了地球站对微弱信号的接收能力，称为地球站的品质因站对微弱信号的接收能力，称为地球站的品质因数。数。（2）有效辐射功率及其稳定度 为了保证所传送信号的质量，要求地球站的为了保证所传送信号的质量，要求地球站的发射机能够发射较大的功率，一般为几百瓦十发射机能够发射较大的功率，一般为几百瓦十几千瓦，而且要求所发射的射频信号功率非常稳几千瓦，而且要求所发射的射频信号功率非常稳定。定。第32页，共112页，编辑于2022年，星期六（3）射频频率的稳定度 地球站所发射的射频信号的频率必须很精确，地球站所发射的射频信号的频率必须很精确，如果有较大漂移，不但要影响卫星转发器频带的如果有较大漂移，不但要影响卫星转发器频带的有效利用，还会在卫星转发器中产生交调噪声。有效利用，还会在卫星转发器中产生交调噪声。（4）射频能量的扩散 为减小交调干扰，必须对地球站在负载轻为减小交调干扰，必须对地球站在负载轻（即通话数少）的时候所发射的射频频谱能量密（即通话数少）的时候所发射的射频频谱能量密度加以限制。度加以限制。第33页，共112页，编辑于2022年，星期六（5）干扰波辐射的限制 为防止干扰波对卫星转发器和其他微波为防止干扰波对卫星转发器和其他微波通信系统形成干扰，规定地球站因多载波引通信系统形成干扰，规定地球站因多载波引起的交调干扰及带外总的有效全向幅射功率起的交调干扰及带外总的有效全向幅射功率应小于限定值。应小于限定值。第34页，共112页，编辑于2022年，星期六2.地球站的组成 如图如图1-9所示的为国际卫星通信频分多址所示的为国际卫星通信频分多址方式方式A型标准地球站的组成方框图，主要由天型标准地球站的组成方框图，主要由天线分系统、发射机分系统、接收机分系统、通线分系统、发射机分系统、接收机分系统、通信控制分系统、信道终端设备分系统和电源分信控制分系统、信道终端设备分系统和电源分系统系统6个分系统组成。个分系统组成。第35页，共112页，编辑于2022年，星期六图1-9 地球站的总体方框图第36页，共112页，编辑于2022年，星期六电视信号包括图像信号和伴音信号。图像信电视信号包括图像信号和伴音信号。图像信号经过电视通道的视频处理单元和调制器，成为号经过电视通道的视频处理单元和调制器，成为70MHz的中频调频波，再经过中频放大、上变频的中频调频波，再经过中频放大、上变频以及功率放大，然后送往天线。以及功率放大，然后送往天线。伴音信号有时要利用多路电话的通道进行传伴音信号有时要利用多路电话的通道进行传送。送。接收信号时，过程与上述相反。并且在接收接收信号时，过程与上述相反。并且在接收分离装置中把电视图像信号与多路电话信号分开，分离装置中把电视图像信号与多路电话信号分开，分别经不同的通道解调后送往终端设备。分别经不同的通道解调后送往终端设备。第37页，共112页，编辑于2022年，星期六3.发射机分系统（1）组成和要求 由于发射卫星条件的限制，卫星转发器天线由于发射卫星条件的限制，卫星转发器天线的口径和增益不能太大。的口径和增益不能太大。发射机分系统的组成如图发射机分系统的组成如图1-10所示，由上变所示，由上变频器、自动功率控制电路、发射波合成装置、激频器、自动功率控制电路、发射波合成装置、激励器和大功率放大器等组成。励器和大功率放大器等组成。第38页，共112页，编辑于2022年，星期六图1-10 发射机分系统的组成第39页，共112页，编辑于2022年，星期六对地球站发射机分系统的主要要求有以下几对地球站发射机分系统的主要要求有以下几点。点。发射的功率大。发射的功率大。频带宽，从而保证通信容量以及发射多个频带宽，从而保证通信容量以及发射多个载波所需的带宽。载波所需的带宽。射频的频率稳定度高。射频的频率稳定度高。放大器的线性好。放大器的线性好。增益稳定，对发射地球站的有效全向辐射增益稳定，对发射地球站的有效全向辐射功率要求保持在额定值的功率要求保持在额定值的0.5dB以内，以保证接以内，以保证接收地球站的性能指标。收地球站的性能指标。第40页，共112页，编辑于2022年，星期六（2）功率放大器 发射机分系统中的功率放大器由行波管功率发射机分系统中的功率放大器由行波管功率放大器或速调管功率放大器组成。放大器或速调管功率放大器组成。（3）上变频器和本机振荡器 发射机分系统中的上变频器一般都采用参量发射机分系统中的上变频器一般都采用参量变频器，它的主要特点是噪声小而且有一定的增变频器，它的主要特点是噪声小而且有一定的增益。益。无论是上变频器或接收机分系统中用的下变无论是上变频器或接收机分系统中用的下变频器，都要有本机振荡器。晶振倍频锁相振荡源频器，都要有本机振荡器。晶振倍频锁相振荡源的组成如图的组成如图1-11所示。所示。第41页，共112页，编辑于2022年，星期六图1-11 晶振倍频锁相振荡源第42页，共112页，编辑于2022年，星期六4.接收机分系统（1）组成与要求 由于卫星转发器的发射功率较小，只有由于卫星转发器的发射功率较小，只有几瓦至几十瓦，而且天线的增益也不高，经几瓦至几十瓦，而且天线的增益也不高，经200dB左右的下行线路损耗之后，到达地球左右的下行线路损耗之后，到达地球站的信号极微弱。站的信号极微弱。第43页，共112页，编辑于2022年，星期六对接收机分系统的主要要求：对接收机分系统的主要要求：噪噪声声温温度度低低，接接收收机机分分系系统统的的噪噪声声温温度度很低，一般只有几十开尔文（很低，一般只有几十开尔文（K）。）。工工作作频频带带宽宽，一一般般要要求求具具有有500MHz的带宽。的带宽。增益稳定。增益稳定。第44页，共112页，编辑于2022年，星期六（2）低噪声放大器 在微波频段使用的低噪声放大器主要是在微波频段使用的低噪声放大器主要是低噪声晶体管放大器、场效应管放大器和参低噪声晶体管放大器、场效应管放大器和参量放大器等。量放大器等。（3）下变频器 经低噪声放大器放大的微波信号，要送到下经低噪声放大器放大的微波信号，要送到下变频器变换成中频，再经过中频放大后送到解调变频器变换成中频，再经过中频放大后送到解调器。器。第45页，共112页，编辑于2022年，星期六5.信道终端设备分系统 信道终端设备分系统可以分为上行和下行两信道终端设备分系统可以分为上行和下行两个部分。个部分。（1）上行部分 预加重 当解调器对多路电话信号的调频波解调时，当解调器对多路电话信号的调频波解调时，噪声也进入解调器，使解调后输出的话路信噪比噪声也进入解调器，使解调后输出的话路信噪比降低。但解调器输出的噪声功率谱密度降低。但解调器输出的噪声功率谱密度n0为抛物为抛物线分布，如图线分布，如图1-12所示。所示。第46页，共112页，编辑于2022年，星期六图1-12 解调器输出的噪声功率谱上变频。第47页，共112页，编辑于2022年，星期六为为解解决决这这个个问问题题，需需在在发发端端调调制制器器之之前前接接一一个个预预加加重重网网络络，将将高高端端信信号号幅幅度度提提高高，而而使使低低端端信信号号幅幅度度适适当当降降低低。由由于于信信道道噪噪声声功功率率谱谱的的分分布布不不受受预预加加重重电电路路的的影影响响，因因而而使使频频带带内内各各处处的的信信噪噪比比变变得得均均匀匀了了。在在接接收收信信号号时时再再进进行行相相反反处处理理，即即去去加加重重以以恢恢复复原原来来的信号。的信号。第48页，共112页，编辑于2022年，星期六 加权 由于人们听觉的频率特性是不平坦的，由于人们听觉的频率特性是不平坦的，一般对一般对1000Hz左右的噪声感觉最灵敏，对左右的噪声感觉最灵敏，对30004000Hz以上或以上或200300Hz以下的噪声感觉以下的噪声感觉迟钝，即实际感受的噪声较小。迟钝，即实际感受的噪声较小。因此在测量话因此在测量话路的噪声时，为考虑受话人实际感受的噪声状况，路的噪声时，为考虑受话人实际感受的噪声状况，需要接入加权网络，用来表示人们的主观评定，需要接入加权网络，用来表示人们的主观评定，成为如图成为如图1-13所示的形状。所示的形状。第49页，共112页，编辑于2022年，星期六图1-13 加权电路特性第50页，共112页，编辑于2022年，星期六 能量扩散信号的处理 由于发端行波管或速调管放大器在多载波工由于发端行波管或速调管放大器在多载波工作时，会因管子所具有的非线性特性而产生交调作时，会因管子所具有的非线性特性而产生交调干扰噪声。干扰噪声。由实验得知，外加的信号用由实验得知，外加的信号用20150Hz的三角波较为合适，如图的三角波较为合适，如图1-14所示。所示。导频信号 在卫星通信线路信号传输的过程中，有在卫星通信线路信号传输的过程中，有时因某种原因会发生所传送的信号太小甚至时因某种原因会发生所传送的信号太小甚至中断的现象。中断的现象。第51页，共112页，编辑于2022年，星期六图1-14 能量扩散信号波形第52页，共112页，编辑于2022年，星期六(2)下行部分 信道终端设备下行部分的任务是把从低噪信道终端设备下行部分的任务是把从低噪声接收机送来的声接收机送来的70MHz信号，经过中放、解调信号，经过中放、解调和基带处理后，输出基带信号，然后再送到终端和基带处理后，输出基带信号，然后再送到终端接口设备，把基带信号进行分解。接口设备，把基带信号进行分解。第53页，共112页，编辑于2022年，星期六6.通信控制分系统 地球站相当复杂和庞大，为了保证各部分正地球站相当复杂和庞大，为了保证各部分正常工作，必须在站内集中监视、控制和测试。常工作，必须在站内集中监视、控制和测试。7.电源分系统 地球站电源分系统要供应站内全部设备所需地球站电源分系统要供应站内全部设备所需用的电能，它关系到通信的质量及设备的可靠性。用的电能，它关系到通信的质量及设备的可靠性。当利用公用交流市电来对地球站供电时，通当利用公用交流市电来对地球站供电时，通过电力传输线路，必然会同时引进许多杂波干扰，过电力传输线路，必然会同时引进许多杂波干扰，而且公用交流市电也会出现波动。而且公用交流市电也会出现波动。第54页，共112页，编辑于2022年，星期六1.3.3 静止卫星的运行轨道与观察参数1.静止卫星的发射 要使卫星进入运行轨道，必须依靠运载火箭。要使卫星进入运行轨道，必须依靠运载火箭。要想使卫星绕地球运转，还必须使卫星的初始速要想使卫星绕地球运转，还必须使卫星的初始速度大于度大于8km/s。但单级火箭的速度只能达到。但单级火箭的速度只能达到2.5km/s，因此，发射静止卫星必须采用带有捆绑，因此，发射静止卫星必须采用带有捆绑技术的三级火箭。捆绑技术就是把几支小火箭捆技术的三级火箭。捆绑技术就是把几支小火箭捆在大火箭的第一级上，用以提高发射的飞行速度，在大火箭的第一级上，用以提高发射的飞行速度，卫星装在第三级火箭的前端，如图卫星装在第三级火箭的前端，如图1-15所示。所示。第55页，共112页，编辑于2022年，星期六图1-15 发射卫星的三级火箭示意图第56页，共112页，编辑于2022年，星期六2.发射过程 一颗自旋稳定的静止卫星的发射过程如一颗自旋稳定的静止卫星的发射过程如图图1-16所示，全部过程大体可分为如下几个阶所示，全部过程大体可分为如下几个阶段。段。（1）进入初始轨道 开始发射后，依次点燃三级火箭的一、二级开始发射后，依次点燃三级火箭的一、二级火箭，把卫星送到初始轨道。火箭，把卫星送到初始轨道。第57页，共112页，编辑于2022年，星期六图1-16 静止卫星的发射过程第58页，共112页，编辑于2022年，星期六（2）进入转移轨道 卫星在初始轨道上只飞行一小段，当卫卫星在初始轨道上只飞行一小段，当卫星快要到达初始轨道与赤道平面的交点时，星快要到达初始轨道与赤道平面的交点时，要点燃第三级火箭，以使卫星脱离初始轨道要点燃第三级火箭，以使卫星脱离初始轨道而进入转移轨道。而进入转移轨道。第59页，共112页，编辑于2022年，星期六（3）进入漂移轨道 卫星在转移轨道上运行了几圈，完成了上述卫星在转移轨道上运行了几圈，完成了上述各项准备工作后，当再次到达远地点时，就要启各项准备工作后，当再次到达远地点时，就要启动远地点发动机，使卫星进入漂移轨道，如图动远地点发动机，使卫星进入漂移轨道，如图1-17所示。所示。（4）进入静止轨道 卫星在漂移轨道上运行时，离静止卫星定点卫星在漂移轨道上运行时，离静止卫星定点位置是很近的。位置是很近的。第60页，共112页，编辑于2022年，星期六图1-17 远地点的轨道变换第61页，共112页，编辑于2022年，星期六3.通信卫星的姿态控制 卫星上装有通信用的定向天线，要求定向天卫星上装有通信用的定向天线，要求定向天线的波束应指向地球中心或某覆盖区的中心。线的波束应指向地球中心或某覆盖区的中心。（1）角度惯性控制 角度惯性控制也叫自旋稳定法，是早期静止角度惯性控制也叫自旋稳定法，是早期静止卫星常用的姿态控制方法。卫星常用的姿态控制方法。采用自旋稳定法的卫星，如采用自旋稳定法的卫星，如IS-，IS-等，等，卫星的天线要安装在一个平台上。卫星的天线要安装在一个平台上。第62页，共112页，编辑于2022年，星期六（2）三轴稳定法 三轴稳定法是指卫星的姿态是由稳定穿过卫三轴稳定法是指卫星的姿态是由稳定穿过卫星重心的三个轴来保证的。这三个轴分别在卫星星重心的三个轴来保证的。这三个轴分别在卫星轨道的切线、法线和轨道平面的垂线等三个方向轨道的切线、法线和轨道平面的垂线等三个方向上，分别对应叫做滚动轴、俯仰轴和偏航轴，如上，分别对应叫做滚动轴、俯仰轴和偏航轴，如图图1-18所示。所示。三轴可以采用喷气、惯性飞轮或电机等来直三轴可以采用喷气、惯性飞轮或电机等来直接分别控制每个轴保持稳定。接分别控制每个轴保持稳定。第63页，共112页，编辑于2022年，星期六图1-18 三轴稳定法示意图第64页，共112页，编辑于2022年，星期六4.静止卫星的观察参数 在地球站的调测、开通和使用过程中，都要在地球站的调测、开通和使用过程中，都要知道地球站天线工作时的方位角知道地球站天线工作时的方位角a和仰角和仰角e。此。此外，为了计算自由空间的传播损耗，还必须知道外，为了计算自由空间的传播损耗，还必须知道地球站与卫星之间的距离地球站与卫星之间的距离站星距。站星距。图图1-19示出了静止卫星示出了静止卫星S与地球站与地球站A的几何关的几何关系。系。第65页，共112页，编辑于2022年，星期六图图1-19 静止卫星观察参数图解静止卫星观察参数图解第66页，共112页，编辑于2022年，星期六第67页，共112页，编辑于2022年，星期六【例例1-1】“亚太一号亚太一号”卫星的星下点卫星的星下点s的经度的经度为为2=138.00E(东经东经)，北京地球站的参数为，北京地球站的参数为1=116.45E,1=39.92，求求北北京京地地球球站站的的仰角、方位角和站星距。仰角、方位角和站星距。解解 由由已已知知条条件件得得知知：1=39.92，经经度度差差=21=138.00116.45=21.55代入公式得仰角代入公式得仰角第68页，共112页，编辑于2022年，星期六第69页，共112页，编辑于2022年，星期六5.卫星通信系统的分类 （1）按卫星的覆盖范围分，有国际卫星通信）按卫星的覆盖范围分，有国际卫星通信系统、国内卫星通信系统和区域卫星通信系统。系统、国内卫星通信系统和区域卫星通信系统。（2）按用户的性质分，有公用卫星通信系统、）按用户的性质分，有公用卫星通信系统、专用卫星通信系统和军用卫星通信系统。专用卫星通信系统和军用卫星通信系统。（3）按卫星的制式分，有静止卫星通信系统）按卫星的制式分，有静止卫星通信系统和非静止卫星通信系统（卫星绕地球运转一周不和非静止卫星通信系统（卫星绕地球运转一周不等于等于24小时）。小时）。第70页，共112页，编辑于2022年，星期六1.3.4 通信卫星的组成及其工作原理 图图1-20示出了通信卫星各系统的组成方框图。示出了通信卫星各系统的组成方框图。由通信分系统、控制分系统、遥测与指令分系统、由通信分系统、控制分系统、遥测与指令分系统、电源分系统和温控分系统电源分系统和温控分系统5个部分组成。个部分组成。1.通信分系统的转发器通信分系统的转发器 通信分系统分为转发器和卫星天线两大部分。通信分系统分为转发器和卫星天线两大部分。第71页，共112页，编辑于2022年，星期六图1-20 通信卫星的组成第72页，共112页，编辑于2022年，星期六（1）单变频转发器 单变频转发器是目前用得较多的转发器，如单变频转发器是目前用得较多的转发器，如图图1-21（a）所示。）所示。（2）双变频转发器 双变频转发器如图双变频转发器如图1-21（b）所示。）所示。（3）处理转发器 处理转发器除了转发信号外，主要还具有处处理转发器除了转发信号外，主要还具有处理信号的功能。它的组成方框图如图理信号的功能。它的组成方框图如图1-21（c）所）所示。示。第73页，共112页，编辑于2022年，星期六图1-21 卫星转发器组成的方框图第74页，共112页，编辑于2022年，星期六卫星上的信号处理大体包括三种类型：一卫星上的信号处理大体包括三种类型：一种是对数字信号进行判决和再生，使噪声不积累；种是对数字信号进行判决和再生，使噪声不积累；另一种是在多个卫星天线波束之间进行信号交换另一种是在多个卫星天线波束之间进行信号交换与处理；第三种是对信号进行更复杂的变换、交与处理；第三种是对信号进行更复杂的变换、交换和处理。换和处理。第75页，共112页，编辑于2022年，星期六2.控制分系统 控制分系统由各种可控的调整装置，如各种控制分系统由各种可控的调整装置，如各种喷气推进器、各种驱动装置和各种转换开关等组喷气推进器、各种驱动装置和各种转换开关等组成。成。3.遥测指令分系统 地球上的控制站经常不断地需要了解卫星内地球上的控制站经常不断地需要了解卫星内部设备的工作情况，有时要通过遥测指令信号控部设备的工作情况，有时要通过遥测指令信号控制卫星上设备产生一定的动作。制卫星上设备产生一定的动作。第76页，共112页，编辑于2022年，星期六（1）遥测部分 遥测部分用来了解卫星上各种设备的情况，遥测部分用来了解卫星上各种设备的情况，例如表示某些部件的电流、电压和温度等信号，例如表示某些部件的电流、电压和温度等信号，传感器的信息，指令证实信号以及反映控制用气传感器的信息，指令证实信号以及反映控制用气体压力的信号等。体压力的信号等。（2）遥控指令部分 对卫星进行位置和姿态控制的各喷射推进器对卫星进行位置和姿态控制的各喷射推进器的点火与否，行波管高压电源的开、关，己发生的点火与否，行波管高压电源的开、关，己发生故障的部件与备用部件的转换以及其他需要由地故障的部件与备用部件的转换以及其他需要由地面对卫星某些设备的控制等，上述这些动作都要面对卫星某些设备的控制等，上述这些动作都要由遥控指令部分来进行。由遥控指令部分来进行。第77页，共112页，编辑于2022年，星期六4.电源分系统 卫星上的电源除要求体积小、重量轻、效率卫星上的电源除要求体积小、重量轻、效率高和可靠性之外，还要求电源能在长时间内保持高和可靠性之外，还要求电源能在长时间内保持足够的输出。足够的输出。（1）太阳能电池 太阳能电池由光电器件组成，其中最常用的太阳能电池由光电器件组成，其中最常用的是硅太阳能电池。是硅太阳能电池。（2）化学电池 为了使通信卫星在星蚀期间也能工作，一般为了使通信卫星在星蚀期间也能工作，一般常用可以充、放电的化学电池作为二次电池与太常用可以充、放电的化学电池作为二次电池与太阳能电池并用。阳能电池并用。第78页，共112页，编辑于2022年，星期六5.温控分系统 在通信卫星里，会因为行波管功率放在通信卫星里，会因为行波管功率放大器和电源系统等部分产生热而升温。大器和电源系统等部分产生热而升温。第79页，共112页，编辑于2022年，星期六1.4 微波与卫星通信的天线微波与卫星通信的天线馈线系统馈线系统1.4.1微波通信的天线馈线系统1.天线馈线系统的型式 微波通信系统中的馈线有同轴电缆型和波导微波通信系统中的馈线有同轴电缆型和波导型两种型式。型两种型式。图图1-22所示的是同轴电缆型天、馈线系统。所示的是同轴电缆型天、馈线系统。图图1-23所示的是圆波导型天、馈线系统。所示的是圆波导型天、馈线系统。第80页，共112页，编辑于2022年，星期六图1-22 同轴电缆天馈线系统第81页，共112页，编辑于2022年，星期六图1-23 圆波导天馈线系统第82页，共112页，编辑于2022年，星期六2.对微波天线的技术要求 常用微波天线的基本形式有：喇叭天线、抛物常用微波天线的基本形式有：喇叭天线、抛物面天线、喇叭抛物面天线及潜望镜天线等。面天线、喇叭抛物面天线及潜望镜天线等。微波天线的主要技术指标有如下几个方面。微波天线的主要技术指标有如下几个方面。第83页，共112页，编辑于2022年，星期六（1）天线增益 微波通信中使用的面式天线，其增益可用下微波通信中使用的面式天线，其增益可用下式表示：式表示：式中，式中，A为天线的口面面积，为天线的口面面积，为波长，为波长，A为口面利用系数。为口面利用系数。第84页，共112页，编辑于2022年，星期六(2)对主瓣宽度的要求 在视距微波通信线路中，天线增益过高将使在视距微波通信线路中，天线增益过高将使主瓣张角过小。主瓣张角过小。（3）天线与馈线应匹配良好 在整个工作频段内，要求天线与馈线应在整个工作频段内，要求天线与馈线应匹配连接，否则将造成反射，进而造成线路匹配连接，否则将造成反射，进而造成线路噪声。噪声。第85页，共112页，编辑于2022年，星期六（4）交叉极化去耦 在在采采用用双双极极化化的的微微波波天天线线中中，由由于于天天线线本本身身结结构构的的不不均均匀匀性性及及不不对对称称，不不同同极极化化波波（即即垂垂直直极极化化波波和和水水平平极极化化波波）可可在在天天线线中中互互相相耦耦合合，互互为为干干扰扰，分分别别成成为为与与之之正正交交的的主主极极化化波波的的寄寄生生波波。第86页，共112页，编辑于2022年，星期六（5）天线防卫度 天线防卫度是指天线在最大辐射方向上对天线防卫度是指天线在最大辐射方向上对从其他方向来的干扰电波的衰耗能力。在微波从其他方向来的干扰电波的衰耗能力。在微波线路中，由于采用二频制，因此在同一微波站线路中，由于采用二频制，因此在同一微波站中，两个方向的接收机工作在同一频率，如图中，两个方向的接收机工作在同一频率，如图1-24所示。所示。第87页，共112页，编辑于2022年，星期六图1-24 天线防卫度图解第88页，共112页，编辑于2022年，星期六3.卡塞格林天线 卡塞格林天线是一种具有双反射器的抛物面卡塞格林天线是一种具有双反射器的抛物面天线，其外形简图如图天线，其外形简图如图1-25所示。图所示。图1-25（a）所）所示为一般式，较常见。近年来出现了不少加圆柱示为一般式，较常见。近年来出现了不少加圆柱屏蔽罩式的抛物面天线，见图屏蔽罩式的抛物面天线，见图1-25（b），它可以），它可以降低向后方辐射的功率（降低后瓣）。又因为它降低向后方辐射的功率（降低后瓣）。又因为它可以减小初级辐射器（激励器）的直接辐射，所可以减小初级辐射器（激励器）的直接辐射，所以对减弱旁瓣也有好处。以对减弱旁瓣也有好处。第89页，共112页，编辑于2022年，星期六图1-25 卡塞格林天线外形简图第90页，共112页，编辑于2022年，星期六图图1-26所所示示的的是是说说明明这这种种天天线线工工作作原原理理的的简简图图。图图1-26卡塞格林天线工作原理简图卡塞格林天线工作原理简图第91页，共112页，编辑于2022年，星期六卡卡塞塞格格林林天天线线是是由由初初级级喇喇叭叭辐辐射射器器、双双曲曲面面副副反反射射器器和和抛抛物物面面主主反反射射面三部分组成。面三部分组成。第92页，共112页，编辑于2022年，星期六1.4.2通信卫星的天线系统 卫星天线有两种类型。一种是用于遥控、遥卫星天线有两种类型。一种是用于遥控、遥测和信标信号的全向天线，接收地面的指令及向测和信标信号的全向天线，接收地面的指令及向地面发送遥测数据。这种天线常