传输与接入考试通信卫星的组成与功能[1]

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1.通信卫星的组成与功能

在卫星通信系统中，通信卫星是最重要的组成部分之一。它为系统内的各地球站转发信号，沟通信道。因此，通信卫星技术同卫星信道的建立和使用有着密切关系，对系统性能具有决定性的影响。

在卫星通信系统中，所有地面站发出的信号都是经过卫星转发到对方地面站的。因此，除了要在卫星上配置收、发无线电信，的天线及通信设备外，而且要有保证完成通信功能的其他设备。图13-13所示是通信卫星b组成方框图。它是由天线分系统、通信分系统、遥测指令分系统、控制分系统及电源分系统五大部分所组成的。

(1)天线分系统

卫星天线有两类。一类是遥测、指令和信标天线，它们一般是全向天线，以便可靠地接收指令与向地面发射遥测数据和信标。另一类是通信天线，按其波束覆盖区的大小，可分为全球波束天线、点波束天线和陚形波束天线。

　　①全球波束天线

对于静止卫星而言，其波束的半功率宽度约为17.4°,恰好覆盖卫星对地球的整个视区。

这类天线一般由圆锥喇叭加上45°的反射板构成。

②点波束天线

覆盖区面积小，一般为圆形。波束半功率宽度只有几度或更小些天线结构通常用前馈抛物面天线，馈源为喇叭，可根据需要采取直照或偏照。

　　③陚形波束天线

覆盖区轮廓不规则，视服务区的边界而定。为使波束成形，有的是通过修改反射器形状来实现，更多的是用多个馈源从不同方向经反射器产生多波束的组合来实现。波束截面的形状除与馈源喇叭的位置排列有关外，还取决于馈给各喇叭的功率与相位，通常用一个波束形成网络来控制。

星上的通信天线，除了波束覆盖区的形状和面积应满足整个系统的需要外，还应满足以下要求。

①一定的指向精度。通常要求指向误差小于波束宽度的10%,以保证波束能够始终覆盖住服务区域。

②足够的频带宽度，以满足大容量通信的要求。由于卫星通信上、下行频率往往相差较大，故卫星天线往往是收、发分用的，即使只用一部天线主结构，馈源也往往是收、发分用的。

③必要的星上转接功能。在大容量通信卫星中往往用多副天线产生多个波束，因此在星上应能完成不同波束间的信号转接，才能沟通不同覆盖区的地球站间的信道。

④适当的极化方式。一般地说，频率低于10GHz时，大都使用圆极化，有利于克服电离层的法拉第旋转效应；频率高于10GHz时，大都采用线极化，因为此时法拉第旋转效应由于对流层中降雨所引起退极化效应，使圆极化波变为椭圆极化波，导致极化隔离度显着降低，故选用线极化较合适。有些国内通信卫星有4/6GHZ也采用线极化方式，这是综合考虑法拉第旋转、降雨退极化等效应的影响以及线极化设备较简单易于实现双极化、卫星的EIRP较高等因素而折衷处理的，

⑤必要的消旋措施，使自旋稳定的通信卫星天线波束不随星体旋转。消旋的方式有机械式消旋和电子式消旋两种。

⑥对于某些采用极化分割或空间分割的频率复用技术的通信卫星天线,还应具有必要的极化隔离度和不同波束间的隔离度，以避免相互干扰。

(2)通信分系统

卫星上的通信分系统又称为转发器，是通信卫星中直接起中继站作用的部分。对转发器的基本要求是：以最小的附加噪声和失真，并以足够的工作频带和输出功率来为各地球站有效而可靠地转发无线电信号。转发器通常分为透明转发器和处理转发器等两大类。

①透明转发器

透明转发器收到地面发来的信号后，除进行低噪声放大、变频、功率放大外，不作任何加工处理，只是单纯地完成转发的任务。因此，它对工作频带内的任何信号都是“透明”的通路。

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