《广播卫星与上行站》PPT课件.ppt

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1、第 2章内容的回顾 上行站 广播卫星 接收站 第 3章 广播卫星与上行站 3.1 上行站 3.2 同步卫星 3.3 日凌与卫星蚀 3.4 卫星广播使用的频率范围 3.5 广播卫星 3.6 广播卫星的电参数 3.7 大气层对电波传播产生的影响 3.8 极化旋转效应 3.9 雨致衰减 3.1 上行站 1.主要作用 2.组成框图 3.工作过程 3.1 上行站 -主要作用 在数字卫星广播系统中，上行地球站 是一个十分重要的组成部分。 它担负着把节目中心传送来的信号发 送给广播卫星的任务。 同时还要随时监测卫星下行信号的质 量；有些上行地球站还承担着对卫星进行 遥测、跟踪和遥控的任务 。 3.1 上行站

2、 -组成框图 (1) 图 3.1是一个比较典型的数字卫星上行地球站的组 成框图 。 在这个卫星上行地球站内为了保证可靠性 ， 采用了 双机备份的工作方式 ， 一路为 主机 ， 另一路为 副机 ， 主副机之间是可以自动切换的 ， 一旦主机发生了故 障 ， 就自动切换到副机上 ， 从而保证了工作的不间 断性 。 图中高功率放大器采用了主副机 ， 调制器和 上变频器也采用了主副机 。 图中显示的输入信号有两路 ， 也就是说这个数字卫 星上行地球站采用的是 MCPC工作方式 ， 若采用 SCPC工作方式 ， 将图中的另一路信源编码器略去 就可以了 。 信源 编码 V1 A1 信源 编码 V2 A2 复

3、 接 器 Data 信道 编码 QPSK 调制 上变 频 (主 ) 信源 编码 V1 A1 信源 编码 V2 A2 复 接 器 Data 信道 编码 QPSK 调制 上变 频 (副 ) 功 放 器 高功 放 (主 ) 高功 放 (副 ) 图 3.1 数字卫星上行地球站的框图 3.1 上行站 -组成框图 (2) 上行站的室内部分 上行站的室外部分 数字卫星电视的输入信号有三个 ， 它们是音频信号 (A)、 视频信号 (V)和数据信号 (Data)。 (1)模拟的音频信号和视频信号先送入 信源编码器 ， 生 成经过压缩的数字信号 。 信源压缩编码的标准称为 MPEG 2， 该标准是由 国际上的 “

4、 运动图象专家组 ” 制订的 ， 目前得到了 广泛地应用 ， 如在数字卫星广播 、 高清晰度电视 、 数字电视 、 DVD等领域 。 信源编码器的作用是对经 过采样和量化后形成的数字信号进行压缩 ， 未经压 缩的数字信号由于数据量太大 ， 因此是不能传输的 ， 难以储存的 。 3.1 上行站 -工作过程 (1) 信源编码器输出的是压缩后的数字信号 ， 称为 传输 码流 (TS,Transport Stream)， 其中视频信息和音频 信息都被打成一定格式的数据 包 (分组 )， 每个数据 包的长度都是 188字节 ， 其中包括一个 同步字节 。 数据信号也要按照这个格式打包 。 (2)复接器将

5、音频数据包 、 视频数据包和数据数据包按 一定规律组合在一起 ， 形成一个整体的数据信号 。 显然由于视频信号的信息量最多 ， 因此视频数据包 的数目也就最多 ， 而数据数据包的数量则最少 。 采用 MCPC方式时 ， 多路音频视频信号形成的数 据包也是混合在一起的 。 3.1 上行站 -工作过程 (2) (3)复接器的输出送入信道编码器 。 信道编码器的作用是尽量减少在传输过程中形成的 误码 。 当误码率大于一定的数值之后 ， 数字接收机 就不能正常地对数字信号进行解码 ， 因此在屏幕上 就会出现所谓的 “ 马赛克 ” 现象 ， 再严重一些接收 机就要 “ 死机 ” ， 这是数字卫星接收机与

6、模拟卫星 接收机的区别之一 。 在传输信道中出现的噪声和各 种干扰是产生误码的原因 ， 而这些干扰又是不可避 免的 ， 因此人们就要想办法对误码进行纠正 ， 这些 工作就要靠信道编码来解决 ， 由此我们可以看出信 道编码环节的重要性 。 信道编码器主要由 能量扩散 、 外码编码 、 卷积交织 、 内码编码 等几部分组成 。 3.1 上行站 -工作过程 (3) (4)经过信道编码之后 ， 信号进入 QPSK调制器 。 目前 ， 各种数字卫星广播方式均采用 QPSK调制方 式 ， 其 主要原因在于 QPSK调制特别适合于弱信号 的场合 ， 也就是说在输入的 载噪比 比较低的情况下 ， 能够获得比较

7、低的误码率 。 由于卫星信号的传输距 离在 40000km左右 ， 信号当然是比较弱的 ， 通常地 面的场强在 1530dBV m的范围之内 ， 在这样的 信号强度的条件下 ， 采用 QPSK调制方式能够得到 足够的信噪比 。 QPSK调制属于中频调制 ， 一般中频的频率为 70MHz。 需要说明的是 ， 经过 QPSK调制的载波信 号又成为了模拟信号 ， 数字卫星广播地球站其后的 设备与模拟卫星广播地球站的情况就很相近了 。 3.1 上行站 -工作过程 (4) (5)中频信号直接送入上变频器，上变频器输出的频率 就是卫星的上行频率， C波段卫星的上行频率为 6GHz， Ku波段卫星的上行频率

8、为 14CHz。 在图 3.1所示的地球站系统中，上变频器共有两个， 一个为主机，另一个为副机，两个的输出接到一个切 换开关上，以便自动切换，这样作的目的就是提高工 作的可靠性。 3.1 上行站 -工作过程 (5) (6)上变频器输出的信号经过切换之后送入高功率放大 器 ， 以便获得足够的功率 。 模拟卫星地球站的输出功率可达 100W以上 ， 而数字 卫星地球站的输出功率一般不超过 100W。 高功率 放大器往往采用速调管放大器 ， 速调管也是一种微 波电子管 ， 它有两个或两个以上的谐振腔 。 它的工 作是利用电子的渡越时间 ， 并采用速度调制的方式 来完成的 。 高功率放大器也有备份 。

9、 (7)高功率放大器输出大功率射频信号通过天线发送到 位于同步轨道的广播卫星上去 。 通常卫星地球站的天线都是大口径天线 ， 直径在 620m的范围内 。 天线的形式大多为双反射面天线 ， 有些采用卡赛格伦天线 ， 有些采用格里高利天线 ， 采用后者的好处是收发可以共用一副天线 。 3.1 上行站 -工作过程 (6) 3.2 同步卫星 1. 卫星的分类 2. 同步卫星轨道 3. 同步卫星的摄动 4. 卫星接收天线的俯仰角和方 位角 卫星的图片 3.2 同步卫星 -卫星的分类 (1) 根据运行轨道的 高度 h、 运转周期 T、 倾斜角度 v的不 同 ， 可将人造地球卫星分为几种类型 。 1.按轨

10、道高度 （ 指卫星距其正下方的 星下点 的高度 ） 划分 (1)低高度卫星： h 5000km， T 4小时 。 (2)中高度卫星： 5000km h 20000km， T=412 小时 。 (3)高高度卫星： h 20000km， T 12小时 。 3.2 同步卫星 -卫星的分类 (2) 2.按运转周期划分 (1)同步卫星 ： T 24恒星时 。 (2)准同步卫星： T 24 N恒星时或 T=24N恒星时 ， N 2， 3， 4， 5 。 (3)非同步卫星：其它情况 。 恒星时是完全以地球自转周期为基准的时间计量系统 ， 它与我们日常生活中使用的平太阳时有所区别 。 由于 地球在自转的同时

11、， 还围绕着太阳公转 ， 地球的公转 周期约为 365.25天 ， 因此地球的公转速度大约是 59秒 天 。 根据精确的测量 ， l恒星日 (24恒星时 )=23小时 56 分 4.0905秒 (平太阳时 )。 也就是说 ， 按照我们日常使用 的时间单位 ， 同步卫星的运转周期为 23： 56： 04.0905。 由于 同步卫星 的运转周期与地球本身自转周期完全相 同 ， 所以从地面上看 ， 同步卫星在天空中是固定不动 的 ， 因此又被称为对地静止卫星 ， 简称 静止卫星 。 静止卫星的运动 3.2 同步卫星 -卫星的分类 (3) 3.按轨道平面的倾斜角度划分 (1)赤道轨道卫星： v=0度

12、， 卫星轨道平面与地球赤 道平面重合 。 (2)极轨道卫星： v 90度 ， 卫星轨道平面与地球赤 道平面垂直 。 (3)倾斜轨道卫星： v其它 ， 卫星轨道平面与地球 赤道平面有倾角 。 同步卫星属于高高度卫星 ， 同时它又是赤道轨道卫星 。 同步 卫星无疑是最适合作为广播之用的 ， 与其它的卫星相比 ， 它 有如下的优点： (1)接收天线容易对准卫星 ， 同时天线的跟踪系统比较简单 。 (2)由于卫星的位臵固定 ， 因此不存在 多普勒频移现象 。 (3)服务区域比较大 ， 一颗同步卫星大概可以覆盖地球表面的 42 。 (4)广播信道大部分处于真空之中 ， 因此工作相对稳定 ， 信号 质量高

13、 。 当前 ， 卫星广播系统中都采用同步卫星 。 3.2 同步卫星 -卫星的分类 (4) 1842年，奥地利科学家多普勒 ,发现声源与接收体发生相对运动时 ,接收体所 接收到的频率 ,与声源发射频率间能产生频移现象 ,即移动声源由远到近 ,接收 体所获频率由低转高。现实生活中最有代表意义的例子 ,就是迎面驶来的火 车汽笛声由低到高 ;当远离我们而去时汽笛声调变低。此种频移现象就是著 名的 多普勒现象 ,或称 多普勒效应 。 3.2 同步卫星 -同步卫星轨道 (1) 分析方法 : 根据力学理论 ， 地球和行星围绕太阳的旋转运动以及 月亮围绕地球的旋转运动均可以归结为两体问题； 同样 ， 人造地球

14、卫星围绕地球的旋转运动也可以按 两体问题来分析 。 在两体问题中 ， 将太阳与行星 、 地球与其卫星均看作是两个质点 ， 两者在万有引力 的作用下运动 。 德国著名的天文学家开普勒 (Johannes Kepler， 15711630)， 仔细地分析和研 究了前人对天体运动的观测资料 ， 特别是丹麦天文 学家布拉赫 (Tycho Brahe， 15461601)记录下来的 大量精确观测数据后 ， 在 17世纪初 ， 开普勒提出了 科学史上有名的行星运动三定律 ， 称为开普勒定律 。 开普勒定律为牛顿日后发现万有引力定律打下了良 好的基础 。 3.2 同步卫星 -同步卫星轨道 (2) 开普勒定律

15、的具体表述如下： (1)行星沿椭圆轨道绕太阳运行 ， 太阳位于椭圆的 个焦点上 。 (2)对于任一行星来说 ， 其位臵矢量 (太阳中心至行 星中心的矢量 )在相等时间之内扫过的面积相等 。 (3)行星绕太阳运动周期的平方和椭圆轨道的半长轴 的立方成正比 。 人造地球卫星围绕地球的运动也遵循开普勒定律 ， 我们在此处要解决的是同步卫星轨道参数问题 。 3.2 同步卫星 -同步卫星轨道 (3) 开普勒第三定律的数学表达式为： (3 1) 其中 ， T为卫星的周期 ， a为椭圆轨道的半长轴 ， G为 引力恒量 ， 它是与物体性质无关的普遍常数 ， ME为 地球的质量 。 根据对称的要求 ， 同步卫星

16、的轨道应该 是一个圆形轨道 ， (3 1)式中的椭圆半长轴应改为圆 的半径 RS， 同时引力恒量与地球质量的乘积又称为地 球引力常数 ， 其数值为： GME=3.98603 1014m3/s2 (3 2) 3.2 同步卫星 -同步卫星轨道 (4) 由 (3 1)式可以解出同步卫星轨道的半径 RS， (3 3) 将地球的自转周期 T 86164s带入上式 ， 便可得到 同步卫星的轨道半径数值 ， RS=42164km (3 4) 地球的半径为： RE=6378km (3 5) 故同步卫星的高度为： h RS RE 35786km (3 6) 3.2 同步卫星 -同步卫星轨道 (5) 同步卫星轨道

17、的示意图见图 3.2， 其中卫星的 偏航 轴 (Yaw)指向地心 ， 滚动轴 (Roll)指向卫星前进的方 向 ， 俯仰轴 (Pitch)则垂直于卫星轨道平面 。 由于同步卫星是赤道轨道卫星 ， 卫星位臵的纬度为 00， 因此 表明一颗同步卫星的位臵仅使用经度就可 以了 。 例如 ， 1100E表明卫星位于东经 1100的赤道正上方 ， 56.60W则表明卫星的位臵在西经 56.60的赤道正上方 。 在本课程中 ， 卫星的位臵记为 S。 3.2 同步卫星 -同步卫星轨道 (6) RE=6378km N S Satellite Roll Pitch Yaw h=35786km 图 3.2 同步卫

18、星轨道 3.2 同步卫星 -同步卫星的摄动 (1) 摄动产生的原因有： (1)太阳的引力 (2)月球的引力 (3)地球引力的不均匀性 (4)太阳的辐射压力 由于受到各种因素的影响，实际的同步卫星相对 地面来说并不是绝对静止不动的，而是在其指定 位置附近作小幅度的飘动，应该说绝对静止是一 种理想的情况。同步卫星偏离理想同步轨道的现 象称为 摄动 。 1.含义 2.原因 3.2 同步卫星 -同步卫星的摄动 (2) 3.结论 为了保证卫星电视的连续性 ， 必须对卫星的摄 动加以 校正 ， 使卫星位臵的误差始终保持在 允许的范围之内 。 目前 ， 同步卫星位臵误差 范围的典型数值在 0.250左右 。

19、 3.2 同步卫星 -卫星接收天线的 俯仰角 和 方位角 (1) 为了将接收天线对准广播卫星 ， 在每一个卫 星接收地点都要确定该点接收天线的 仰角 和 方位角 。 计算天线仰角和方位角时 ， 一 般是采用球面三角和解析几何的方法 ， 在 本课程中则使用矢量代数法 ， 其特点是概 念明确 ， 几何关系清楚 ， 同时可以推广到 其它一些与卫星有关的问题 ， 如日凌问题 、 极轴式天线问题 、 天线的极化角问题等 。 仰角 和 方位角 的定义 3.2 同步卫星 -卫星接收天线的 俯仰角 和 方位角 (2) 设 接收地点的 纬度为 ， 经度为 R， 卫星的经度为 S。 为了便于分析 ， 引入 相对经

20、度 （ 即接收地点与 卫星的经度差 ） ： =R s （ 3 7） 需要特别说明的是：在东半球经度取正值 ， 在西半 球经度取负值 。 我们知道地球的半径为 6378km， 同步卫星的高度 为 35786km， 以地球半径为单位长度 ， 于是同步卫 星轨道的 相对半径 为： =1+(35786/6378)=6.6108 （ 3 8） 接收地点与同步卫星之间的几何关系 ， 天线的方位角 、 仰角与卫星位臵矢量和接收地点经度 、 纬度之间的 几何关系都是确定的 。 在地球上任何一个接收地点 ， 接收天线到同步卫星 的距离 d的取值范围是 3578641678km。 接收地点至同步卫星的实际距离 d

21、的计算公式为： (km) 接收天线仰角 EL的计算公式为： (角度 ) c o sc o s22.1370.446 3 7 8 d 22 c osc os1 15127.0c osc os ar c t gEL 3.2 同步卫星 -卫星接收天线的俯仰角 和 方位角 (3) 接收天线方位角 AZ的计算公式为： （ 角度 ） 注意：接收天线的方位角为代数量 ， 根据上式有：南 ， AZ=00；西 ， AZ=900；东 ， AZ= 900。 3.2 同步卫星 -卫星接收天线的 俯仰角 和 方位角 (4) s in tgar c t gAZ 1.日凌 2.卫星蚀 日凌和卫星蚀都是由于 地球 、 太阳

22、和 卫星 三者 成为 一条直线 而产生的 。 在发生日凌和卫星 蚀时 ， 卫星电视和卫星通信会受到一定的影 响 。 3.3 日凌与卫星蚀 3.3 日凌与卫星蚀 -日凌 (1) 日凌的名称来自于天文学 ， 意为内行星 （ 水星或金 星 ） 运行到太阳和地球的中间 ， 地球上的观测者有 时可看到太阳上出现了小黑圆点的现象 ， 如水星凌 日 、 金星凌日等等 。 当同步广播卫星在接收地点地球上的位臵恰好与太 阳的位臵重合时 ， 就产生了 “ 卫星凌日 ” 现象 ， 亦 称日凌 。 在发生日凌时 ， 卫星接收天线 、 同步卫星和太阳三 者成了一条直线 。 由于卫星接收天线对准了太阳 ， 而太阳本身又是

23、一个巨大的无线电干扰源 ， 因此太 阳的辐射将对卫星广播和卫星通信产生很大的影响 。 3.3 日凌与卫星蚀 -日凌 (2) 根据实际的观测记录 ， 对于模拟式卫星广播来说 ， 日 凌使图象上出现很严重的噪点干扰 ， 图象几乎被噪 声完全淹没了 ， 故造成广播或通信线路的中断； 而 对于数字式卫星广播来说 ， 只要干扰引起的误码率 达到一定数值 ， 信号就立即 中断 ， 类似于一种 门限 效应 ， 同时很多数字式卫星接收机一旦信号中断 ， 它就 “ 死机 ” ， 需要值班的工作人员手工启动 ， 因 此日凌对数字卫星接收产生的实际影响是比较大的 ， 特别是在值班人员未能及时启动卫星接收机的情况 下

24、 。 根据地球 、 卫星和太阳三者间的几何关系 ， 可以分析 出来：在赤道上 ， 日凌发生在春分和秋分的时候； 在本半球 ， 日凌发生在春分之前及秋分之后 ， 具体 日期要根据接收点的纬度来确定；在南半球 ， 日凌 发生在春分之后及秋分之前 。 3.3 日凌与卫星蚀 -日凌 (3) 3.3 日凌与卫星蚀 -卫星蚀 (1) 卫星蚀与月食类似 ， 当同步卫星进入地球的阴影区域 之后 ， 卫星见不到太阳光 ， 就发生卫星蚀 。 由于同步卫星上使用的电源主要依靠太阳能电池板 ， 在发生卫星蚀的期间内 ， 太阳能电池不能提供电能 ， 卫星只能依赖蓄电池或燃料电池等备用电源来提供 电能 。 以前 ， 卫星

25、蚀对卫星广播的影响是很严重的 ， 因为太阳能电池不工作 ， 卫星广播只能中断 ， 每年 的春分和秋分前后的各 23天 ， 都会发生卫星蚀 ， 也 就是说一年内 ， 卫星广播在总共约 92天的时间内会 发生中断 ， 而在春分和秋分的当天 ， 中断的时间可 长达 72分钟 。 现在广播卫星上的备用电源有了相当 的改进 ， 在发生卫星蚀的期间内 ， 可以保证卫星的 正常工作 ， 因此近年来人们不大关心卫星蚀的问题 了 ， 但是卫星蚀本身是依然存在的 。 根据地球围绕太阳转动的规律 ， 在每年的春分 和秋分时 ， 卫星 、 地球和太阳三者就会形 成 条直线 ， 因此当地球位于太阳和卫星之 间时就发生卫

26、星蚀 ， 也就是说卫星进入了地 球的阴影区之内 。 地球的阴影分为本影和半 影 ， 在本影区域内太阳光完全被地球遮挡 ， 而在半影区域内部分太阳光被地球遮挡 ， 半 影区域要比本影区域大得多 。 卫星一旦进入 半影区域 ， 卫星蚀就开始了 。 3.3 日凌与卫星蚀 -卫星蚀 (2) 我们知道 ， 频率是一种宝贵的资源 。 为了保证各种通 信和广播业务的正常进行 ， 充分地利用频谱资源 ， 国际电信联盟 (ITU)在近三十年间召开过几届世界 无线电行政大会 (WARC)来规定并协调频率资源的 使用 。 1971 年 召 开 的 宇 宙 通 信 世 界 无 线 电 行 政 大 会 (WARC ST

27、)规定了广播卫星优先使用的频率范围 是 11.712.5GHz， 但是由于技术方面原因 ， 起初卫 星广播使用的一直是分配给卫星通信的波段 ， 直至 近年来卫星广播才开始使用 WARC分配给卫星广播 业务 (BSS)的波段 。 3.4 卫星广播使用的频率范围 (1) 3.4 卫星广播使用的频率范围 (2) 国际电信联盟在分配无线电使用频率时 ， 将全世界 划分为 三个区域 ：第一区 ， 范围是非洲 、 欧洲及伊 朗以西和中国以北的亚洲地区；第二区 ， 范围是南 北美洲；第三区 ， 范围是伊朗以东和蒙古以南的亚 洲地区 、 大洋洲地区 。 我国处于第三区 。 表 3.1给出了卫星广播的下行频率

28、， 表 3.2给出了卫 星广播使用的上行频率 ， 应该说明的是卫星上行频 率属于卫星固定业务的频率范围 。 3.4 卫星广播使用的频率范围 (3) 表 3.1 卫星广播的下行频率 频段 频率范围 （ GHz） 带宽（ MHz） 地区 业务划分 C 3.44.2 800 一、二、 三 卫星通信 （ FSS） Ku 11.712.2 500 三 卫星广播 （ BSS） Ku 12.112.5 400 二 卫星广播 （ BSS） Ku 11.712.5 800 一 卫星广播 （ BSS） Ka 21.422 600 一、二、 三 卫星广播 （ BSS） 3.4 卫星广播使用的频率范围 (4) 表 3

29、.2 卫星广播的上行频率 频段 频率范围（ GHz） 带宽（ MHz） 地区 业务划分 C 5.857.075 1225 三 固定业务 Ku 14.014.8 800 三 固定业务 Ku 17.317.8 500 三 固定业务 3.4 卫星广播使用的频率范围 (5) 以我国中央电视台和若干地方电视台租用的亚洲 二号卫星为例，其 C波段转发器的上行频率范围 是 58476421MHz，下行频率范围是 36224196MHz； Ku波段转发器的上行频率范围 是 1400314297MHz，下行频率范围是 1220312504MHz。 1.广播卫星的组成 2.天线子系统 3.广播子系统 4.电源子系

30、统 5.跟踪遥测指令子系统 (TTC系统 ) 6.姿态控制子系统 3.5 广播卫星 根据用途 ，目前使用的同步卫星有通信卫星、广播卫 星、海事卫星、数据中继卫星等几种，其中广播卫星 与通信卫星的差别是很小的，很多卫星广播业务都是 租用了通信卫星。 实际上广播卫星与通信卫星的 主要区别在于两点 ： (1) 工作波段，广播卫星应该工作在国际电信联盟分配给 卫星广播业务的波段内。 (2)等效全向辐射功率，与通 信卫星相比，广播卫星的等效全向辐射功率要大一些， 对于直播卫星这点就显得更为重要了。 3.5 广播卫星 -广播卫星的组成 (1) 广播卫星可以分为 五个子系统 ， 它们是： (1)天线子系 统

31、； (2)广播子系统； (3)电源子系统； (4)跟踪遥测 指令子系统； (5)姿态控制于系统 。 各个子系统的分 工明确 ， 各司其职 。 目前 ， 世界上著名卫星制造厂家有马丁 (MARTIN)公 司 、 劳拉 (LORAL)公司 、 休斯 (HUGHES)公司 、 法 国宇航等几家 ， 他们均可提供用于广播业务的大功 率 、 大容量 、 长寿命的卫星平台 。 同时 ， 我国也初 步具备了制造通信卫星 、 广播卫星的能力 。 3.5 广播卫星 -广播卫星的组成 (2) 3.5 广播卫星 -广播卫星的组成 (3) 太阳能电池 蓄电池 电源控制电路 传感器 遥控译码器 遥测译码器 本机振荡器

32、变频器 轨 道 控 制 姿 态 控 制 遥 测 发 射 遥 控 接 收 发 射 机 接 收 机 双工器 双工器 执行机构 图 3.3 广播卫星的组成 卫星上的天线有若干副 ， 分别作为 转播 和 控制 之用 。 从事卫星转播的天线通常是收发共用的 ， 所以在天 线子系统中包含了 双工器 。 根据不同的用途 ， 卫星 上的天线可以分为 全球波束天线 、 半球波束 天线 、 点波束天线 、 赋形波束天线 等几种 。 1.全球波束天线 全球波束天线用于覆盖同步广播卫星能够覆盖的全 部区域 ， 它一般由喇叭天线加上一个金属反射平面 构成 ， 波束的中心对准星下点 ， 星下点位于赤道上 ， 其经度与卫星

33、的经度相同 。 理想的全球波束的几何形状应该是一个圆锥面 ， 在 地球表面上它所覆盖的区域成一个球冠的形状 。 3.5 广播卫星 -天线子系统 (1) 3.5 广播卫星 -天线子系统 (2) 2.点波束天线 点波束天线与全球波束天线不同 ， 它的半功率角很 小 ， 一般在几度的范围之内 ， 主要用于覆盖地球表 面一个范围很小的区域 。 点波束天线一般采用偏馈 天线的形式 ， 反射面为旋转抛物面的一部分 ， 为了 保证足够小的半功率角 ， 反射面的口径是比较大的 。 点波束的横截面有圆形和椭圆形之分 ， 两者在地面 上的覆盖区域形状有所不同 。 3.5 广播卫星 -天线子系统 (3) 3.赋形波

34、束天线 赋形波束天线是近年来普遍使用的卫星广播天线的形式 ， 采用赋形波束天线可以将辐射能量集中在卫星广播的服 务区域之内 ， 减少对其它区域的干扰 ， 具有比较好的电 磁兼容特性 。 同时采用赋形波束天线 ， 还可以减小卫星 之间的间隔 ， 从而在同步轨道之上可以放臵更多的广播 卫星和通信卫星 。 赋形波束天线通常是由几个馈源和一个反射面组成 ， 每个 馈源发出的电磁波经反射面反射之后基本上相当于一个点 波束天线 ， 而不同馈源的辐射方向有所不同 ， 同时每个 馈源的辐射功率及馈电相位也不一定相等 ， 因此赋形波 束天线可以看作是一个天线阵 。 根据天线综合的方法 ， 可以将天线的覆盖区域设

35、计成为所需的形状 。 通常 ， 赋 形波束天线的反射面的曲率半径都比较大 ， 也就是说反 射面比较平 ， 这样有利于在不同的位臵放臵馈源 。 3.5 广播卫星 -天线子系统 (4) 4.双工器 广播卫星的实质是位于空间上的一个微波转发器 ， 接收 机和发射机共同使用一副天线 ， 为了保证收发共用 ， 卫 星天线要连接到双工器上 。 双工器是一种微波波导器件 ， 它的主体是金属波导 ， 具备滤波 、 阻抗匹配 、 分波 、 功 率合成等功能 。 双工器首先要保证收发之间互不干扰 ， 还要保证阻抗匹配 ， 同时其接入损耗要比较小 。 以 C波段的广播卫星为例 ， 卫星地球站发射的信号频率 为 6G

36、Hz， 带宽一般为 500MHz， 卫星天线将此信号接 收下来 ， 经过双工器 ， 通过高通滤波把信号送至差转机 的低噪声放大器内；经过变频 、 功率放大等环节 ， 形成 了频率在 3.74.2GHz范围之间的功率信号 ， 然后通过双 工器 ， 把此信号送到天线上 ， 然后发射到地面上去 。 广播子系统简单地说就是微波差转机 ， 输入信号频率 为 6 14GHz， 输出的信号频率为 4 12GHz。 早期的广播卫星广泛地采用 二次变频型 的 转发器 ， 它 由低噪声放大器 、 下变频器 、 中频放大器 、 上变频 器 、 功率放大器等几部分组成 ， 由于二次变频型的 转发器仅仅使用两个功率放大

37、器 ， 一个放大器对应 于一种极化方式 ， 所以每个功率放大器要同时放大 12个载波 ， 因此容易产生交调干扰 。 虽然二次变频 型转发器具有增益高 ， 容易实施自动增益控制等优 点 ， 但是由于它的非线性失真比较大 ， 因此现代的 广播卫星不采用此种形式 。 3.5 广播卫星 -广播子系统 (1) 3.5 广播卫星 -广播子系统 (2) 在当代的大容量 、 大功率的广播卫星中普遍使用 一 次变频型 的转发器 。 一次变频型又称为 单变频型 (RF RF)。 一次变频型转发器由低噪声放大器 、 混频器 、 本机 振荡 、 激励放大器 、 分波器 、 行波管放大器 、 多工 器组成 。 需要说明

38、的是 ， 广播卫星转发器是没有模拟和数字 之分的 ， 因为数字信号经过数字调制之后 ， 就变成 了模拟信号 ， 所以广播卫星转发器处理的都是模拟 信号 。 3.5 广播卫星 -广播子系统 (3) 1.低噪声放大器 (LNA) 低噪声放大器的特点是低噪声和高增益 。 整个卫星 转发器的载噪比是由低噪声放大器决定的 。 为了尽 可能地减少噪声 ， 低噪声放大器通常采用隧道二极 管 、 砷化镓场效应管 、 高电子迁移率晶体管作为放 大器件 ， 合理地选定其工作点 ， 使得噪声小 ， 并且 工作稳定 。 由于从地面到卫星的距离在 40000km左 右 ， 因此传送到卫星处的信号是很微弱的 ， 所以低

39、噪声放大器还必须要有足够的增益 ， 才能保证转发 器的正常工作 。 通常低噪声放大器是由多级放大电 路组成的 。 3.5 广播卫星 -广播子系统 (4) 2.本机振荡器与混频器 本机振荡和混频的作用是对上行的信号进行下变频 。 以 C波段卫星为例 ， 卫星地球站发射的信号频率是 59256425MHz， 而广播卫星的下行信号频率是 37004200MHz， 因此标准的本机振荡频率是 2225MHz， 这属于低本振类型 ， 因为输入频率高于 本振频率 。 为了保证卫星转发器的正常工作 ， 本机 振荡的频率一定要十分稳定 ， 同时又要保证相当高 的频率精度 。 混频器输入的分别是上行信号和本振 信

40、号 ， 由于非线性的影响 ， 在混频器内部产生了上 述频率的和频与差频 ， 以及高次谐波 ， 而差频恰恰 是人们所需要的信号 ， 所以在混频器内 定设有低 通滤波器 ， 将差频以外的信号全部滤除干净 。 3.5 广播卫星 -广播子系统 (5) 3.分波器 分波器的功能是将各个频道的信号分别输出到相应 的行波管放大器中去 ， 它主要由频道滤波器组成 。 每个频道的带宽是 36MHz， 通过带通滤波器将各频 道的信号区分开 。 3.5 广播卫星 -广播子系统 (6) 4.行波管放大器 (TWTA) 行波管放大器属于功率放大器 。 当代的广播卫星每 个频道的输出功率通常在数十瓦至数百瓦的范围之 内

41、。 行波管是一种微波电子管 ， 它由电子枪 、 慢波 结构和收集极等部分组成 。 慢波系统是一种特殊形 式的同轴传输线 。 内部有螺旋线和梳形结构 ， 它用 来降低电磁波的相位速度 。 电子枪用来发射电子束 ， 电子束穿过慢波系统 ， 然后打在收集极上 。 采用慢 波系统之后 ， 电子束的速度与电磁波速度相近 ， 以 便电子束与电磁波之间进行能量交换 ， 在慢波系统 中传输的微波从电子束中获取足够的能量 ， 从而提 高了微波的幅度 ， 最后在输出端口得到了经过放大 的射频功率信号 。 3.5 广播卫星 -广播子系统 (7) 5.多工器 多工器的作用是将 12个频道的大功率信号混合在一 起 ，

42、然后经过双工器输送至天线 。 显然 ， 多工器的 接入损耗要小 ， 同时各输入端口之间要有足够的隔 离 ， 以保证各个行波管放大器互不干扰 。 3.5 广播卫星 -电源子系统 (1) 现代大容量的广播卫星使用的电源功率是相当大的 ， 典型的数值在 2kW7kW之间 ， 耗电最大的器件就 是行波管放大器 ， 一个行波管放大器的输出功率可 达 100W左右 ， 若行波管的效率按 40 计算 ， 则这 样 24个功率放大器就需要 6000W的电源功率 。 为了 卫星的正常工作 ， 卫星的电源系统必须能够长时期 稳定地输出足够的电源功率 。 通常 ， 电源子系统是 由太阳能电池帆板 、 蓄电池和电源控

43、制部分组成 。 电源子系统应该具有体积小 、 重量轻 、 效率高 、 容 量大 、 寿命长 、 可靠性高等特点 。 3.5 广播卫星 -电源子系统 (2) 1.太阳能电池 从广播卫星的外形来看 ， 太阳能电池是十分显眼的 ， 每颗卫星均装备有两块巨大的太阳能电池帆板 。 卫星 的能源主要依靠太阳能 。 我们知道 ， 在宇宙空间中太 阳光是最重要的能源 ， 它又是取之不尽 、 用之不竭的 ， 地球上使用的绝大部分能源均来自太阳光 。 在近地空 间内 ， 太阳辐射的功率密度可达 1400W m2。 太阳 能电池是将光能转换成为电能的设备 ， 如果太阳能电 池的换能效率能够达到 25 的话 ， 每平

44、方米的太阳能 电池帆板可以提供约 260W的电源功率 。 这样 ， 一颗 现代的通信卫星就需要数十平方米的太阳能电池帆板 。 3.5 广播卫星 -电源子系统 (3) 太阳能电池由许多个硅太阳能电池片组成 。 在 N型的单 晶硅片上 ， 采用扩散法渗进一层薄薄的硼 ， 这样就形成 了 PN结 ， 再加上两个电极 ， 就构成了一个硅太阳能电 池片 。 当太阳光直射到硅太阳能电池片上时 ， 两极之间 就产生了电动势 ， 于是光能就转换成为了电能 。 般硅太阳能电池片有 l 2cm2、 2 2cm2、 2 4cm2、 4 4cm2几种规格 ， 其厚度在 0.150.4mm之间 。 将若干 个硅太阳能电

45、池片串联起来称为一组 ， 就可以得到所需 的电压数值 ， 将若干太阳能电池组并联起来 ， 就能提供 足够的电流 。 这样我们就知道 ， 太阳能电池片的数目决 定了太阳能电池总的输出功率 。 理论上 ， 太阳能电池的 换能效率可达 25 ， 但实际上不超过 16 ， 典型的数值 是 10 12 之间 。 3.5 广播卫星 -电源子系统 (4) 太阳能电池的具体安装方式为 ， 在基板上贴上一层 绝缘薄膜 ， 然后将硅太阳能电池片贴上去 。 由于太 阳能电池的表面受到宇宙射线的辐射或高能粒子的 轰击会引起性能的衰退 ， 因此在其表面上还要安装 一层薄薄的石英玻璃盖片 。 由于太阳能电池的输出 电压不

46、是很稳定的 ， 它与许多因素有关 ， 如太阳光 的入射方向 ， 因此在其输出端要安装稳压装臵 ， 然 后才能作为广播卫星的电源使用 。 3.5 广播卫星 -电源子系统 (5) 2.蓄电池 蓄电池也是电源子系统中的一个重要组成部分 ， 在 发生卫星蚀的时候 ， 卫星进入了地球的阴影区域 ， 因此太阳能电池帆板不工作 ， 广播卫星的电源就只 能依靠蓄电池了 。 以前 ， 由于蓄电池的输出功率不 够 ， 因此在卫星蚀期间 ， 卫星广播就只能中断 。 这 样 ， 在一年之内大约有三个月的时间 ， 卫星广播要 受到卫星蚀的影响 ， 最长的时间可达 73分钟 。 20世 纪 90年代以来 ， 由于蓄电池技

47、术的完善 ， 输出的功 率已经可以满足广播卫星的需求 ， 因此卫星蚀现象 对卫星广播就没有太多影响了 。 3.5 广播卫星 -电源子系统 (6) 在广播卫星上广泛使用的蓄电池有镍镉 (Ni Cd)蓄 电池 、 镍氢 (Ni H)蓄电池等几种类型 。 镍镉蓄电 池的特点是充电效率高 、 耐过充电和耐过放电的性 能好 ， 同时对环境的污染也比较小 。 镍氢蓄电池的 主要特点是输出功率大 ， 目前大容量的广播卫星通 常采用镍氢蓄电池 ， 它在一小时左右的时间内可以 提供数千瓦的电能 ， 因此完全可以在卫星蚀期间保 证卫星广播的正常进行 。 平常 ， 太阳能电池输出的电源功率大部分提供给卫 星上的各种

48、设备使用 ， 小部分用于给蓄电池充电 。 当卫星进入地球的阴影区后 ， 卫星就依靠蓄电池来 提供电源 。 3.5 广播卫星 -电源子系统 (7) 3.电源控制部分 电源控制部分用来对太阳能电池和蓄电池进行控制 ， 并且还要保证输出电压的稳定 。 太阳能电池输入端 有一个二极管 Dl， 它的作用是防止蓄电池的放电电 流冲击太阳能电池 ， 二极管 D2， 则给蓄电池提供 一个放电途径 。 充电控制电路保证了蓄电池储存足 够的电能 。 稳压器则保证了电源电压的稳定 。 3.5 广播卫星 -跟踪遥测指令子系统 (TTC系统 )(1) 为了保证广播卫星在同步轨道上长期保持正 常稳定地运转 ， 必须随时清

49、楚地了解卫星的 轨道位臵 、 姿态和工作状态 ， 并且根据情况 及时地发出适当的遥控指令 ， 通过卫星上的 相应机构来调整卫星的状态 ， 以实现对卫星 进行实时跟踪和遥测 。 3.5 广播卫星 -跟踪遥测指令子系统 (TTC系统 )(2) 1.跟踪部分 卫星上的跟踪设备与地面上的遥控站配合完成测距 、 测速 、 测角以及角度跟踪等功能 。 测距信号由地面 上的遥控站发出 ， 通常是采用调频或调相方式 ， 在 卫星上则装有供转发测距信号的应答机 。 卫星应答 机接收到测距信号之后 ， 经过处理和放大 ， 然后再 转发回地面 。 由于应答机发出的信号比较稳定 ， 所 以大大地提高了测距的精度 。

50、3.5 广播卫星 -跟踪遥测指令子系统 (TTC系统 )(3) 测速是根据多普勒效应实现的 。 由于多普勒频率跟 两物体的相对速度成正比 ， 因此当测定了多普勒频 率之后 ， 就能够准确地确定两物体之间的相对速度 。 卫星上装有信标发生器 ， 它发出用于确定频率的信 标信号 ， 地面上的遥控站接收到信标信号之后 ， 通 过测定其频率 ， 就能计算出卫星的运行速度 。 为了 确保测量的精度 ， 卫星的信标信号频率必须有很高 的频率稳定度 。 进行角度跟踪和测角的依据也是卫 星发出的信标信号 ， 它引导地面的遥控站的天线准 确地指向卫星 ， 以实现对卫星的跟踪 ， 并进行角度 测量 。 3.5 广

51、播卫星 -跟踪遥测指令子系统 (TTC系统 )(4) 2.遥测部分 卫星上的遥测设备的任务是将各种被测信号收集起 来 ， 经过适当的处理后 ， 再对载波信号进行调制 ， 放大之后经天线发回地面 。 卫星上被测信号有电压 、 电流 、 温度 、 压力 、 加速度 、 姿态等等 ， 这些参数 由相应的传感器采集起来 ， 然后全部转换成为电信 号 ， 进一步进行模数转换形成数据信号 ， 地面上的 遥控站接收到这些信号之后 ， 就可以了解卫星系统 内部的工作状态 。 3.5 广播卫星 -跟踪遥测指令子系统 (TTC系统 )(5) 3.指令控制部分 卫星上的指令控制设备接收来自地面遥控站的指令 ， 然后

52、对卫星进行控制 。 卫星上需要的控制是多种多 样的 ， 如远地点发动机点火 、 卫星上小发动机的喷 气控制 、 卫星的姿态控制 、 修正卫星轨道 、 工作方 式的转换 、 备份差转机的切换 、 备份仪器的切换等 等 。 由于需要进行控制的命令很多 ， 通常可达数百 条以上 ， 同时为了保密的需要 ， 因此控制指令通常 采用编码的方式 ， 如国际通信卫星 IS IV上的遥控 指令码由 25位二进制码组成 。 3.5 广播卫星 -跟踪遥测指令子系统 (TTC系统 )(6) 控制指令一般分为前导 、 地址 、 指令 、 执行等几部 分 。 前导部分主要用于对卫星上的译码器进行 “ 清 零 ” 操作

53、， 以便为译码作好准备 。 地址码给定了每 一条指令的编号 ， 使不同的指令在卫星上对号入座 。 指令码则给出具体的操作内容 ， 经过译码器复合正 确之后 ， 才允许执行信号通过 。 执行信号为一个或 一系列的电脉冲 ， 它来控制具体的执行部件进行特 定的操作和控制 。 3.5 广播卫星 -姿态控制子系统 (1) 广播卫星经过发射 、 变轨 、 漂移 、 定点等过程才能 够定点在同步轨道确定的位置上 ， 这个过程是相当 复杂的 ， 难免使卫星产生一些姿态方面的误差 。 另 外定点成功之后 ， 卫星本身也会受到来自各方面的 多种扰动因素的影响 ， 如太阳 、 月球对卫星的引力 作用会使卫星轨道平

54、面的倾角及轨道运行周期发生 变化 ， 另外地球引力场的不均匀性 、 地球磁场的变 化 、 太阳光对卫星产生的辐射压力等因素均会改变 卫星的姿态 。 因此 ， 为了确保卫星姿态的正确无误 ， 在卫星上 定要设置姿态控制子系统 。 卫星的姿态 控制一般可以分为自旋稳定和三轴稳定两种方式 。 静止待发的火箭 火箭顶部的卫星 正在发射的星箭 3.5 广播卫星 -姿态控制子系统 (2) 1.自旋稳定方式 早期的同步卫星均采用自旋稳定的方式 。 自旋卫星象一 个陀螺一样沿其自转轴线以一定的角速度不停地旋转 ， 在旋转的过程之中 ， 自转轴的方向是固定不变的 ， 从而 使卫星的姿态保持稳定 。 自旋卫星的旋

55、转轴是垂直于赤 道平面的 。 由于存在着各种干扰力矩 ， 卫星的自旋速率 和自转轴的方向会发生 些变化 ， 于是卫星的姿态也就 随之发生变化 。 为了使卫星回到正常的姿态 ， 就要使用 安装在卫星上的喷气装臵和磁性线圈来抵消干扰力矩的 影响 。 自旋稳定方式的优点是：可采用一个完全无源的系统来 达到固定的惯性指向 ， 有一定的精度；缺点是：只能控 制一个轴向 ， 天线要安装反自旋装臵 ， 太阳能电池的利 用率比较低 。 3.5 广播卫星 -姿态控制子系统 (3) 2.三轴稳定方式 现代的大容量广播卫星均采用三轴稳定方式 ， 此种稳定 方式诞生于 20世纪 70年代中期 ， 后来得到了广泛的应用

56、 。 卫星的三轴是指偏航轴 、 滚动轴 、 俯仰轴 。 偏航轴指向 地心 ， 滚动轴代表了卫星的前进方向 ， 俯仰轴为卫星轨 道平面的法线方向 ， 三轴是互相垂直的 。 在卫星的滚动轴和偏航轴上加上高速旋转的动量飞轮 ， 使卫星在这两个轴向上保持稳定 ， 而对俯仰轴的控制则 是改变动量飞轮的旋转速率 ， 从而对卫星星体产生反作 用来完成的 。 三轴稳定方式的优点是：满足了大容量广播卫星对电源 的需求 。 三轴稳定的卫星在发射时 ， 太阳能电池帆板是 折叠起来的 ， 在卫星定点之后 ， 太阳能电池帆板打开 ， 并对准太阳 。 3.5 广播卫星 -姿态控制子系统 (4) 3.姿态传感器 首先要了解

57、卫星的瞬时姿态 ， 然后才能对它进行控制 。 测量卫星姿态的装臵称为姿态传感器 ， 姿态传感器有太 阳传感器 、 地球传感器 、 恒星传感器 、 射频传感器等几 种类型 ， 它们以不同的对象为测量基准 。 三轴稳定卫星 通常将地球传感器 、 射频传感器和恒星传感器联合使用 ， 来测定卫星的瞬时姿态 。 地球传感器的工作原理是利用空间与地球之间存在的温 度差来测定卫星俯仰轴的姿态 。 宇宙空间的温度接近 0K， 而地球的温度大约为 300K。 在垂直于卫星俯仰轴 的平面两侧对称地安装两个红外地平仪 ， 分别扫描地球 的南北两个半球 。 当卫星的俯仰轴平行于地球的自转轴 时 ， 两个红外地平仪的输

58、出是相同的；当俯仰轴发生偏 差时 ， 两个地平仪的输出就不同了 。 于是根据地平仪的 输出 ， 就可以判断卫星的俯仰轴方向是否正确 。 射频传 感器是利用无线电信标来测定卫星的姿态；恒星传感器 则是以某颗恒星 (如北极星 )为基准来测定卫星的姿态 。 3.5 广播卫星 -姿态控制子系统 (5) 4.姿态控制 自旋稳定卫星的姿态控制是采用姿控喷嘴的方式 ， 卫星上装有小型的姿态控制喷气发动机 ， 改变喷嘴 的方向和喷气量的大小 ， 就可产生所需的转动力矩 ， 进而改变卫星的姿态 。 三轴稳定卫星的角动量比自 旋稳定卫星的要小一些 ， 更容易受到外界的各种干 扰 ， 因此三轴稳定卫星的姿态控制采用

59、了多种方法 相结合的方式 。 这些方法包括：利用喷气 、 地磁 、 重力梯度 、 太阳辐射压力等方式来产生控制力矩； 卫星内部装有中型 、 小型飞轮 ， 利用飞轮转动产生 的转动惯量来确保卫星姿态的正确；改变飞轮的旋 转速率产生反作用力 。 3.5 广播卫星 -姿态控制子系统 (6) 5.轨道控制 同步卫星的轨道平面与地球赤道面之间存在倾角时 ， 卫星就会产生飘动 。 从地面上看 ， 卫星的飘移轨迹 类似于一个 “ 8”字形 。 为了保证卫星的轨道平面与 地球的赤道平面重合 ， 在三轴稳定卫星上装有若干 个小喷嘴 ， 改变喷气的方向和喷气量的大小 ， 就可 以改变卫星的轨道 ， 使之恢复到正常

60、的姿态 。 3.6 广播卫星的电参数 1.等效全向辐射功率 (EIRP) 2.波束图 3.品质因素 (G T) 4.功率通量密度 5.地面场强 E 6.极化方式 在此 ， 讨论卫星的几项主要电参数 ， 有些一眼就能看 懂的电参数 ， 如工作频率范围 、 转发器带宽 、 信标 频率 ， 行波管输出功率等 ， 就不在此处进行分析了 。 3.6 广播卫星的电参数 -等效全向辐射功率 (EIRP)(1) 等效全向辐射功率是卫星转发器的一项极为重要的参数 ， 它反映了卫星的辐射能力 ， 在进行卫星线路的工程计算 时 ， 必须要知道此项参数 。 等效全向辐射功率一般记为 EIRP， 它的定义是： EIRP

61、=10lgPTWTA(W)-Lt+Gt(dBW) 式中 ， PTWTA为行波管放大器的输出功率 ， 单位为 W， 它的具体数值通常在 5W200W之间； Lt是行波管至卫 星天线之间的功率损耗 ， 单位为 dB， 数值为正数 ， 它 包括了馈线损耗 、 多工器的接入损耗 、 双工器的接入损 耗等几部分；行波管放大器的输出功率经过各种中间损 耗 ， 就成为卫星天线的输入功率； Gt是卫星天线的增益 ， 单位为 dB。 等效全向辐射功率的单位是 dBW， 0dBW 相当于 1W， 10dBW相当于 10W， 20dBW相当于 100W， 依此类推 。 通常 ， C波段卫星转发器的等效全向辐射功 率

62、在 3040dBW范围之内 ， Ku波段卫星转发器的等效全 向辐射功率在 4060dBW的范围之内 。 3.6 广播卫星的电参数 -等效全向辐射功率 (EIRP)(2) 在上式的三个参数中 ， 行波管的输出功率和损耗是 常数 ， 它不随接收地点改变 ， 而卫星天线的增益不 是常数 ， 它随接收地点位臵改变 ， 卫星波束中心处 的天线增益最高 ， 因此等效全向辐射功率为最大值 ， 可记为 EIRPc。 3.6 广播卫星的电参数 -波束图 工程上为了便于使用 ， 通常将卫星的等效全向辐射 功率标注在地图之上 ， 称为卫星的波束图或称为卫 星的覆盖区域 。 若能了解卫星天线的方向图 ， 原则 上就可

63、以求出卫星的波束图 。 在进行卫星线路工程设计的过程中 ， 波束图是一项 很重要的参数 ， 根据波束图能够确定接收地点的等 效全向辐射功率 ， 然后才可以进行以后的设计工作 。 波束图 3.6 广播卫星的电参数 -品质因素 (G T) 品质因素是衡量卫星转发器本身质量的一项特性参数 ， 它反映了卫星转发器接收弱信号能力的大小 。 品质因素 又称为系统优值 ， 通常记为 G T， 它的定义是： G/T=G-10lg(Ta+Tt)(dB/K) 式中 ， G为卫星星载天线在上行工作频率 (6 14GHz)时 的增益 ， 单位为 dB； Ta为该天线的等效噪声温度 ， 单 位为 K； Tt为卫星转发器

64、的等效噪声温度 ， 单位为 K。 卫星星载天线的方向是对准地球的 ， 地球本身的等效噪 声温度就比较高 ， 同时该天线的口径受到限制 ， 因此其 增益比较低 ， 综合上述的两方面原因 ， 卫星转发器的品 质因素是比较低的 。 C波段转发器的品质因素的典型数 值在 10dB K左右 ， 而 Ku波段转发器的品质因素的 典型数值在 5dB K 10dB K之间 。 3.6 广播卫星的电参数 -功率通量密度 (1) 卫星发射出的电磁波到达地面时的功率通量密度 ， 记为 ， 单位为 dBW m2， 它反映了卫星信号到达 地面时的强度 。 它的定义是： =EIRP-20lgd(m)-10lg(4)-L(

65、dBW/m2) 式中 ， d为卫星至地面的距离 ， 单位为 m； L为在 电波传输过程中由于各种原因产生的附加损耗 ， 如 雨致衰减 、 大气的吸收衰减等 ， 单位为 dB， 需要 特别说明的是 ， 这里面不包括电波的扩散损耗 ， 因 为由于距离产生的扩散损耗已经在该公式中考虑了 。 3.6 广播卫星的电参数 -功率通量密度 (2) 以北京地区接收亚洲二号卫星 Ku波段转发器为例 ， 计算一下到达地面的功率通量密度 。 北京的经度为 116.5 E， 纬度 40 N， 亚洲二号卫星位臵在 100.5 E， 根据波束图可以查出其等效全向辐射功 率为 50dBW， 线路的附加损耗按 1dB计 。

66、根据这些 数据可以计算出卫星到地面的距离为 3.77151169 107m， 进一步可以算出地面的功率通 量密度为 115.3dBW m2。 3.6 广播卫星的电参数 -地面场强 E 确定了地面的功率通量密度后 ， 便可以计算出 地面的场强数值 。 场强通常是特指电场强度而 言 。 根据电磁场理论 ， 场强与功率通量密度的 关系是： E=+10lg(120)+120=+145.8(dBV/m) 公式中场强的单位采用了工程上常用的单位 dBuV m。 根据上面功率通量密度的数据 ， 可以求出北京 地区亚洲二号卫星 Ku波段的地面场强数值为 30.5dBV m。 3.6 广播卫星的电参数 -极化方式 (1) 广播卫星 (包括通信卫星 )采用的电波极化方式有圆极化 和线极化两类 ， 通常全球波束和半球波束采用圆极化方 式 ， 而服务局部地区的波束则往往采用线极化方式 。 因 为广播卫星一般是服务于特定地区的 ， 所以广播卫星大 多采用线极化方式 。 线极化方式中又分为水平线极化和垂直线极化 ， 而水平 线极化天线是不接收垂直线极化电波的 ， 同样垂直线极 化天线也不接收水平线极化电波 ， 这