通信卫星有效载荷设计技术综述

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1、通信卫星有效载荷设计技术综述通信卫星有效载荷设计技术综述通信卫星有效载荷设计技术综述通信卫星有效载荷设计技术综述通信卫星有效载荷设计技术综述通信卫星有效载荷设计技术综述通信卫星有效载荷设计技术综述通信卫星有效载荷设计技术综述2,o尸(;第9卷第3期2000年9月一{l航天器工程Vol9No3SPACECRAFTENGINEERING1,,/通信卫星有效载荷设计技术综述张中亚___.-._一(北京空间飞行器总体设计部)发展的技术途径进行7初步探讨..关键词通信卫星,有效载荷,设计敞术.‘——～————厂—1=忡

2、1概述轾位通信卫星的有效载荷是整个卫星通信网的空间部分,主要负责接收地球站发来的微弱信号,放大并转发,完成通信信号从一个地方到另一个地方的中继任务;在有的任务中,也可以完成地面和其它卫星之间以及各种卫星之间的信息中继.无论是地球静止轨道还是近地轨道的通信卫星,有效载荷的设计水平首先受通信技术水平和相关技术储备的限制;其次,还受卫星平台技术水平的限制但是,通信卫星有效载荷往往决定了通信卫星的整体技术水平,并对卫星的实际用途起着决定性的作用.本文将结合我国通信卫星的发展,在介绍通信卫星有效载荷的一般组成和工作原理及

3、其技术性能的基础上,对其所涉及的主要设计技术作一综述,并对我国通信卫星有效载荷发展的技术途径提出了一些建议.2一般组成和工作原理从无线中继的原理来看,通信卫星有效载荷的任务很简单,只要将接收到的通信信号转发出去即可.但是,由于卫星大多位于离地面几千甚至几万公里的太空之中,地面发射的通信信号经1O”～lO倍这样的巨大传播衰减后非常微弱,如果直接转发,再经这样大的衰减后显然不能为接收站正常接收.所以卫星有效载荷必须具有足够大的信号放大能力,将接收到的信号放大后再行转发.信号放大的同时,接收设备的电子噪声被同时放大,

4、因而接收系统必须具有极低的噪声,以保证不”淹没”有用信号;而为了避免被放大到足够大的发往地面的信号影响有效载荷的接收部件,则希望有效载荷发射的信号和接收的信号具有不同的频率,所以有效载荷必须具有变频功能.因而,通信卫星有效载荷的最基本特点为:能够完成微弱信号放大的低噪声,高增益和使接收与发射具有不同频率的变频功能.按变频方式划分,有效载荷主要分为一次变频方式和二次变频方式两种,除有特殊用途外收稿日期2000—01—192航天器工程9卷(例如不同频段或种类转发器之间需要交链),一般不进行多次变频.他们的原理框图分

5、别如图l和2所示.接收天线接收天线图1一砍变颇透明转发器原理框图囊发射天线囝2二次耍顿透明转发器原理框图在通信卫星发展的早期,有效载荷一般都是直接转发型.即透明的,它对信号仅进行低噪声放大和变频转发.但是,为了抗干扰和保密等特殊需要,在星上通信系统中对通信信号进行如再生,解调,编码等处理已经得以广泛应用.所以,如果按对信号的处理方式划分,有效载荷可以分成透明的和具有处理功能的两类.图1和2所示均为透明方式的有效载荷,具有信号处理能力的有效载荷原理框图如图3所示.接收天线图3处理转发器原理框图悃御一团发射天线3期

6、张中亚等:通信卫星有数载菏设计技术练述3在六,七十年代,由于技术和器件方面的限制,星上通信系统多采用二次变频的方式,即将接收天线接收到的信号初步放大后,变频至几百或几十兆赫兹的中频,进行高增益的放大,再变频到较高的发射频率驱动功率放大器,将信号放大到足够的功率通过发射天线发射至地面.我国的东方红二号通信卫星就装有这类转发系统.这种系统由于信号的放大主要集中在频率较低的中频部分.系统能够比较稳定地工作,特别是在卫星发展的早期,微波电路技术还不很成熟的时候更是如此.但是由于变频次数的增多,不但使星上部件增多,增大了

7、重量和功耗.而且由变频产生的杂波干扰也会明显增多,从而影响通信质量随着微波技术和有救载荷设计技术的发展,在简单的直接转发型有效载荷中,广泛采用lr一次变频技术,即将天线接收到的信号经必要的放大后直接变频至发射频率.再经功率放大后发往地面.显然,这种有效载荷的组成得到较大的简化,不但在重量和功耗方面有所节省,其杂波干扰也得到明显减少.但是.随着对有效载荷信号处理功能要求的提出.二次变频的方式也还在被广泛地应用.有的只要求在部分转发信道上实现信号处理功能,而有的则要求所有转发信遭都具有信号处理功能.在这种情况下,二

8、次变频显然是必须应用的,因为信号处理一般都要求在比较低的频率上进行,许多信号甚至需要在基带进行处理.通信卫星有效载荷一般由接收天线,接收机,输入多工器,增益控制部件,功率放大器,输出多工器,发射天线以及必要的电源转换部件和遥控,遥测接13部件组成,在稍微复杂一点的有效载荷中.还包括各种各佯的信号处理部件等.在工程实践中,通信卫星有效载荷一般还分成两大部分,即通信天线和通信转发器.对于一