通信卫星有效载荷技术

通信卫星有效载荷技术汇报人：李建辉2018年12月29日概述Overview主要内容Maincontent工作映射Workmapping01.02.03.CONTENT概述01概述Overview1、概论2、转发器分系统微波接收机功率放大器转发器多工器转发器控制部件3、天线分系统反射面天线和喇叭天线馈源和形成波束网络4、有效载荷系统测试主要内容021、概述卫星通信：是指地球上无线电收发通信站之间利用人造地球卫星中继转发，而实现的无线通信。用于这一目的的人造卫星就是通信卫星。1.2通信卫星轨道LEO/MEOHEO（高椭圆）GEO优点可覆盖全球传输延时短频率可多次复用卫星和地面设备简单搞摧毁性好适合个人通信可覆盖高纬地区地球站可工作在大仰角上，减少大气影响发射成本低开发早发展星上多点波束技术，可简化地面设备适用于低纬度地区缺点连续工作需要多颗卫星复杂的网络设计要使用星上处理及星间通信等光电技术较大的多普勒移需要频率补偿功能从一颗星向另一颗星切换时，需要电路中继保护措施地球站必须从一颗星跟踪到另一颗星，所以系统至少需要两副天线和一套跟踪设备需要2-3颗卫星保障连续通信业务从一颗星向另一颗星切换时，需要电路中继保护措施需要多普勒移频率补偿功能地球站必须从一颗星跟踪到另一颗星，所以系统至少需要两副天线和一套跟踪设备地面设备比较大，成本高卫星天线必须有波束定位控制系统对高纬度地区通信覆盖效果差地面设备大，成本高，机动性差要用星上处理技术和大功率发射及大口径天线各类轨道优缺点比较1.3卫星通信系统组成卫星通信系统由四大部分组成，即卫星（空间分系统）、通信地球站、监控管理和测控网站。完成卫星跟踪测量和控制，使其进入轨道，并定期轨道修正和保持在业务通过后对定点卫星进行通信性能检测和控制。包括中央站和若干普通站；中央站接受、发信功能，还能调度普通地球卫星主体：实现信号的接收、处理与转发空间分系统组成有效载荷有效载荷概念相对的：对于通信卫星的有效载荷（星上通信分系统）是直接执行通信任务的空间仪器设备，主要由一些通信转发器和通信天线组成。接收机分路、转接及处理设备发射机分路转接设备合成转接设备接受天线发射天线自地面去地面转发器天线有效载荷系统简图1.4通信特点通信距离远，覆盖面积大，通信成本与通信距离无关灵活性与普遍性1.5有效载荷的性能通信容量相关1、EIRP（等效全向辐射功率）EIRP=P–Loss+G(其中P为发射功率dBW,Loss为线路损耗,G为天线增益dBi)dBw的计算公式为：dBw和dBm的换算：0dBw=10log1W=10log1000mw=30dBm2、G/T（接收系统增益噪声温度比）G/T=Gr/（Tat+Te）（Gr

接受天线增益；Ta

接收天线噪声温度；Te

转发系统等效温度）噪声温度表示噪声源所发出的噪声功率的量度。可用TMR（微波辐射测量）3、SPFD（饱和功率通量密度）4、带宽与通信频段：卫星的有用带宽占90%通信质量相关（信号失真）1、幅频特性（不同平率相同幅度转发时幅度随频率的变化）2、相频特性（群延时不同步造成失真）3、幅度非线性4、相位非线性5、变换频率，6、对上行信号的补偿通信频段频率范围GHz表示符号0.1–0.3VH0.3–1.0UHF1.0–2.0L移动通信、声音广播2.0–4.0S移动通信、图像广播4.0–8.0C固定通信、声音广播8.0–12.0X固定通信12.0–18.0Ku固定通信、电视直播18.0–27.0K27.0–40.0Ka固定通信、移动通信40.0–75V75–110W110–300Mm300–3000μm2、卫星转发器系统

卫星转发器负责将天线分系统收到的信源地球站信号进行处理、放大，再送回天线分系统，发回目的地球站。接收机、多工器、功率放大器、通道控制等转发器分类转发器处理型转发器透明转发器中频转发星上微波转发加密2.1微波接收机微波接收机的功能是解调经过调制的信号，同时，又要保证足够的信噪比。具备低噪声性能，还具有足够增益，是提高卫星G/T值的主要途径。微波接收机组成微波接收机是通信转发器的宽带设备，由微波通道、本振微波源和接收机电源三部分组成。微波接收器相关参数

低噪声放大器，

噪声系数很低的放大器。通常使用FET(场效应管)，可以电压放大，功率放大。增益温度补偿电路，属于电子线路技术领域，包括电路中采用的稳压二极管，热敏电阻。PN结导通后的压降基本不变，但不是不变，PN结两端的压降随温度升高而略有下降变频与本振变频混频器是输出信号频率等于两输入信号频率之和、差或为两者其他组合的电路。混频器通常由非线性元件和选频回路构成。两个不同频率的高频电压作用于非线性器件时，经非线性变换，电流中包含直流分量、基波、谐波、和频、差频分量等。其中差频分量fLo-fs就是混频所需要的中频成分，通过中频带通滤波器把其它不需要的频率分量滤掉，取出差频分量完成混频。混频器解析高温晶振2.2功率放大器通信卫星的功率放大器是通信卫星转发器末级的有源设备，它通过对通信转发信号做最后的功率放大。通信卫星用功率放大器大致有两类，即电真空型的行波管放大器（TWTA）和半导体型的固体放大器（SSPA）。行波管功放(1)电子枪;(2)微波输入;(3)磁铁;(4)衰减器;(5)螺旋线;(6)微波输出;(7)真空管;(8)收集极行波管是靠连续调制电子注的速度来实现放大功能的微波电子管。在行波管中，电子注同慢波电路中行进的微波场发生相互作用，在长达6～40个波长的慢波电路中电子注连续不断地把动能交给微波信号场，从而使信号得到放大。行波管具有宽频带和高增益的特点，其动态范围大且噪声低，适用于高频率、宽频带、大功率领域。增益在25～70分贝范围内﹐低噪声行波管的噪声系数最低可达1～2分贝。射频入射频出固态功率放大器微波固态放大器是半导体器件制成的功率放大器。晶体管功率放大器、场效应管功放、体效应管功放等都属于这个范畴。2.3转发器多工器在转发器系统中，需要配置输入多工器和输出多工器对频率不同的信号进行分路和合成，实现通信通道化。输入多工器有单一输入端口和多个输出端口。多工器是一组非叠加的滤波器，这些滤波器在组合方式上确保不相互加载，并且输出之间高度隔离。多个频道，一副天线功率合成器多工器，主要有两个装置组成：功率合成器和频率选择装置。

带通滤波器是一个允许特定频段的波通过同时屏蔽其他频段的设备。比如RLC振荡回路就是一个模拟带通滤波器。3

、天线分系统

由发射天线和接收天线组成的系统。前者是将导行波模式的射频电流或电磁波变换成扩散波模式的空间电磁波的传输模式转换器；后者是其逆变换的传输模式转换器。电磁波的辐射导线上有交变电流流动式，就可以发生电池波的辐射，辐射的能力与导线的长度和形状有关。ABA：两导线的距离很近，电场被束缚在两导线之间，因而辐射很微弱B：两导线张开，电场九散播在周围空间，因而辐射增强卫星天线方向性垂直放置的半波对称振子的方向性天线方向增强四个半波对称振子组阵，能够控制辐射定向天线：平面反射板放在阵列一边，提高了增益天线增益全向天线定向天线增益波瓣宽度方向图通常有多个瓣，其中辐射最强的称为主瓣，其余的为副瓣，在主瓣辐射方向，辐射强度降低3db的两点夹角称为波瓣宽度。波瓣宽度越窄，方向性越好，作用距离越远，抗干扰性能力越强。3.2喇叭天线和反射面天线喇叭天线反射面天线3.3馈源与极化器馈源是抛物面天线的基本组成部分，是高增益天线的初级辐射器。它把高频电流或束缚电磁波变成辐射的电磁波能量，通常是一个弱方向性天线。极化器极化器是控制天馈系统极化方向的装置，用于选择与卫星电视信号一致的极化型式，并抑制其它型式的极化波，以获得极化匹配，实现最佳接收。圆极化天线无论如何旋转，发射的电波一样，接收天线可以不用考虑4代伽利略导航卫星主天线的3D方向图工作映射03Overview产品公司Mainproducts01.02.CONTENT公司介绍

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航天领域，睿信丰研制的综合基带、馈电、数传等设备参与了多个重大型号，积累了丰富的工程实践经验，产品成熟度高。近年来，睿信丰致力于卫星地面站的建设，利用技术优势为多个商业航天客户提供地面站产品与服务。北京睿信丰科技有限公司RinTex-CHSim宽带信道模拟器宽带信道模拟器是一款功能强大的无线通信链路仿真器，支持宽带中频和射频闭环测试。

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