第5章 星载和地球站设备.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第,5,章 星载和地球站设备,1,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,2,卫星通信系统框图,3,图,4-1,星载和地球站设备,4,一、,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,）,5,图,4-2,不同频段三种放大器的输出功率,6,高功率,放大器,输出,功率,带宽,功放管,TWTA,中,50,800W,水冷,:10kw,较宽,C,波段：,500MHz,Ku,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,KPA,之间,砷化镓场效应半导体管,三种放大器的性能比较,7,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),8,图,4-3,三种,LNA,的内部噪声性能,9,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,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,10,二、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。,11,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,12,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,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。,13,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,载波处理转发器,比特流处理转发器,全基带处理转发器,14,（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,15,图,4-5,弯管式转发器方框图,16,（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。,17,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,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,18,19,20,图,4,-8,对覆盖区赋形,21,卫星多波束天线的典型方框图,22,波束宽度与天线直径的关系,23,（三）星载天线,喇叭型天线,抛物面反射型天线,相控阵列天线,24,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,25,图,4,-6,中心馈源和偏置馈源的抛物面反射天线,抛物面反射型天线,26,图,4-7,中心馈源的阻挡效应,27,（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,28,三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。,29,SS-TDMA,转发器的组成,星上交换的,TDMA,转发器,30,图,4-10,交换矩阵示意图,31,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,T1,1 2,2 1,3 4,4 3,T2,1 3,2 2,3 1,4 4,T3,1 4,2 3,3 2,4 1,T4,1 1,2 4,3 3,4 2,表,4.1,交换矩阵示意图,32,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,SWZ,33,图,4-9,解调,再调制转发器结构,解调,-,再调制转发器,34,星载路由器,图,4-11,星载中频路由转发器,35,图,4-12,提供波束形成的转发器,36,三、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,陆地链路的选择,地面接口,37,图,4-15,地球站主要单元设备,38,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,39,图,4-16,卡塞格伦天线原理图,40,（二）中频与基带处理部分,具有调制,/,解调、编,/,解码等功能,调制,/,解调是在,IF,载波上进行,具有复用的功能,41,图,4-18,地球站与交换局、用户设备间的陆地链路,陆地链路的设置和选择,42,图,4-19,微波和光纤两种陆地链路所需投资的比较,43,地面接口,图,4-20,三种地面接口的示意图,44,（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,45,TT&C,地球站,46,（,1,）,TT&C,地球站,射频,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,SCC,接口,47,（,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,48,TV,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,49,图,4-23,TVRO,天线直径与卫星,EIRP,的关系,50,图,4-22,具有卫星前端的地面有线电视系统,51,图,4-24,有线电视网前端的,TVRO,52,（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),Iridium,0.4,1.0,-23,Globalstar,0.5,2.5,-22,表,4-2 Iridium,和,Globalstar,系统手持机主要参数,53,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）,54,