第第2章内容的回顾章内容的回顾接收站接收站第第3章章 广播卫星与上行站广播卫星与上行站3.1 上行站上行站3.2 同步卫星同步卫星3.3 日凌与卫星蚀日凌与卫星蚀3.4 卫星广播使用的频率范围卫星广播使用的频率范围3.5 广播卫星广播卫星3.6 广播卫星的电参数广播卫星的电参数3.7 大气层对电波传播产生的影响大气层对电波传播产生的影响3.8 极化旋转效应极化旋转效应3.9 雨致衰减雨致衰减3.1 上行站上行站1.1.主要作用主要作用2.2.组成框图组成框图3.3.工作过程工作过程 3.1 上行站上行站-主要作用主要作用 在数字卫星广播系统中，上行地球站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。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。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、跟踪和遥控的任务遥测、跟踪和遥控的任务。 3.1 上行站上行站-组成框图组成框图(1)(1)图图3.1是是一一个个比比较较典典型型的的数数字字卫卫星星上上行行地地球球站站的的组组成成框图。框图。在在这这个个卫卫星星上上行行地地球球站站内内为为了了保保证证可可靠靠性性，采采用用了了双双机机备备份份的的工工作作方方式式，一一路路为为主主机机，另另一一路路为为副副机机，主主副副机机之之间间是是可可以以自自动动切切换换的的，一一旦旦主主机机发发生生了了故故障障，就就自自动动切切换换到到副副机机上上，从从而而保保证证了了工工作作的的不不间间断断性性。图图中中高高功功率率放放大大器器采采用用了了主主副副机机，调调制制器器和和上变频器也采用了主副机。上变频器也采用了主副机。图图中中显显示示的的输输入入信信号号有有两两路路，也也就就是是说说这这个个数数字字卫卫星星上上行行地地球球站站采采用用的的是是MCPC工工作作方方式式，若若采采用用SCPC工工作作方方式式，将将图图中中的的另另一一路路信信源源编编码码器器略略去去就可以了。就可以了。信源编码V1A1信源编码V2A2复接器Data信道编码QPSK调制上变频(主)信源编码V1A1信源编码V2A2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 上行站上行站-组成框图组成框图(2)上行站的室内部分上行站的室内部分上行站的室外部分上行站的室外部分数数字字卫卫星星电电视视的的输输入入信信号号有有三三个个，它它们们是是音音频频信信号号(A)、视频信号、视频信号(V)和数据信号和数据信号(Data)。(1)模模拟拟的的音音频频信信号号和和视视频频信信号号先先送送入入信信源源编编码码器器，生成经过压缩的数字信号。生成经过压缩的数字信号。信信源源压压缩缩编编码码的的标标准准称称为为MPEG2，该该标标准准是是由由国国际际上上的的“运运动动图图象象专专家家组组”制制订订的的，目目前前得得到到了了广广泛泛地地应应用用，如如在在数数字字卫卫星星广广播播、高高清清晰晰度度电电视视、数数字字电电视视、DVD等等领领域域。信信源源编编码码器器的的作作用用是是对对经经过过采采样样和和量量化化后后形形成成的的数数字字信信号号进进行行压压缩缩，未未经经压压缩缩的的数数字字信信号号由由于于数数据据量量太太大大，因因此此是是不不能能传传输输的的，难以储存的。难以储存的。 3.1 上行站上行站-工作过程工作过程(1)信信源源编编码码器器输输出出的的是是压压缩缩后后的的数数字字信信号号，称称为为传传输输码码流流(TS,Transport Stream)，其其中中视视频频信信息息和和音音频频信信息息都都被被打打成成一一定定格格式式的的数数据据包包(分分组组)，每每个个数数据据包包的的长长度度都都是是188字字节节，其其中中包包括括一一个个同同步步字字节节。数据信号也要按照这个格式打包。数据信号也要按照这个格式打包。(2)复复接接器器将将音音频频数数据据包包、视视频频数数据据包包和和数数据据数数据据包包按一定规律组合在一起，形成一个整体的数据信号。按一定规律组合在一起，形成一个整体的数据信号。显显然然由由于于视视频频信信号号的的信信息息量量最最多多，因因此此视视频频数数据据包包的数目也就最多，而数据数据包的数量则最少。的数目也就最多，而数据数据包的数量则最少。采采用用MCPC方方式式时时，多多路路音音频频视视频频信信号号形形成成的的数数据包也是混合在一起的。据包也是混合在一起的。3.1 上行站上行站-工作过程工作过程(2)(3)复接器的输出送入信道编码器。复接器的输出送入信道编码器。信信道道编编码码器器的的作作用用是是尽尽量量减减少少在在传传输输过过程程中中形形成成的的误误码码。当当误误码码率率大大于于一一定定的的数数值值之之后后，数数字字接接收收机机就就不不能能正正常常地地对对数数字字信信号号进进行行解解码码，因因此此在在屏屏幕幕上上就就会会出出现现所所谓谓的的“马马赛赛克克”现现象象，再再严严重重一一些些接接收收机机就就要要“死死机机”，这这是是数数字字卫卫星星接接收收机机与与模模拟拟卫卫星星接接收收机机的的区区别别之之一一。在在传传输输信信道道中中出出现现的的噪噪声声和和各各种种干干扰扰是是产产生生误误码码的的原原因因，而而这这些些干干扰扰又又是是不不可可避避免免的的，因因此此人人们们就就要要想想办办法法对对误误码码进进行行纠纠正正，这这些些工工作作就就要要靠靠信信道道编编码码来来解解决决，由由此此我我们们可可以以看看出出信信道编码环节的重要性。道编码环节的重要性。信信道道编编码码器器主主要要由由能能量量扩扩散散、外外码码编编码码、卷卷积积交交织织、内码编码内码编码等几部分组成。等几部分组成。3.1 上行站上行站-工作过程工作过程(3)(4)经过信道编码之后，信号进入经过信道编码之后，信号进入QPSK调制器。调制器。目目前前，各各种种数数字字卫卫星星广广播播方方式式均均采采用用QPSK调调制制方方式式，其其主主要要原原因因在在于于QPSK调调制制特特别别适适合合于于弱弱信信号号的的场场合合，也也就就是是说说在在输输入入的的载载噪噪比比比比较较低低的的情情况况下下，能能够够获获得得比比较较低低的的误误码码率率。由由于于卫卫星星信信号号的的传传输输距距离离在在40000km左左右右，信信号号当当然然是是比比较较弱弱的的，通通常常地地面面的的场场强强在在1530dBVm的的范范围围之之内内，在在这这样样的的信信号号强强度度的的条条件件下下，采采用用QPSK调调制制方方式式能能够够得得到到足够的信噪比。足够的信噪比。QPSK调调制制属属于于中中频频调调制制，一一般般中中频频的的频频率率为为70MHz。需需要要说说明明的的是是，经经过过QPSK调调制制的的载载波波信信号号又又成成为为了了模模拟拟信信号号，数数字字卫卫星星广广播播地地球球站站其其后后的的设备与模拟卫星广播地球站的情况就很相近了。设备与模拟卫星广播地球站的情况就很相近了。3.1 上行站上行站-工作过程工作过程(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，率就是卫星的上行频率，C波段卫星的上行频率为波段卫星的上行频率为6GHz，Ku波段卫星的上行频率为波段卫星的上行频率为14CHz。在图在图3.1所示的地球站系统中，上变频器共有两个，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。作的可靠性。3.1 上行站上行站-工作过程工作过程(5)(6)上上变变频频器器输输出出的的信信号号经经过过切切换换之之后后送送入入高高功功率率放放大器，以便获得足够的功率。大器，以便获得足够的功率。模模拟拟卫卫星星地地球球站站的的输输出出功功率率可可达达100W以以上上，而而数数字字卫卫星星地地球球站站的的输输出出功功率率一一般般不不超超过过100W。高高功功率率放放大大器器往往往往采采用用速速调调管管放放大大器器，速速调调管管也也是是一一种种微微波波电电子子管管，它它有有两两个个或或两两个个以以上上的的谐谐振振腔腔。它它的的工工作作是是利利用用电电子子的的渡渡越越时时间间，并并采采用用速速度度调调制制的的方方式式来完成的。高功率放大器也有备份。来完成的。高功率放大器也有备份。(7)高高功功率率放放大大器器输输出出大大功功率率射射频频信信号号通通过过天天线线发发送送到位于同步轨道的广播卫星上去。到位于同步轨道的广播卫星上去。通通常常卫卫星星地地球球站站的的天天线线都都是是大大口口径径天天线线，直直径径在在620m的的范范围围内内。天天线线的的形形式式大大多多为为双双反反射射面面天天线线，有有些些采采用用卡卡赛赛格格伦伦天天线线，有有些些采采用用格格里里高高利利天天线线，采用后者的好处是收发可以共用一副天线。采用后者的好处是收发可以共用一副天线。3.1 上行站上行站-工作过程工作过程(6)3.2 同步卫星同步卫星1. 卫星的分类卫星的分类2.同步卫星轨道同步卫星轨道3.同步卫星的摄动同步卫星的摄动4.卫卫星星接接收收天天线线的的俯俯仰仰角角和和方方位角位角卫星的图片卫星的图片3.2 同步卫星同步卫星-卫星的分类卫星的分类(1)根根据据运运行行轨轨道道的的高高度度h、运运转转周周期期T、倾倾斜斜角角度度v的的不不同，可将人造地球卫星分为几种类型。同，可将人造地球卫星分为几种类型。1.按按轨轨道道高高度度（指指卫卫星星距距其其正正下下方方的的星星下下点点的的高高度度）划分划分(1)低高度卫星：低高度卫星：h5000km，T4小时。小时。(2)中中高高度度卫卫星星：5000kmh20000km，T=412小时。小时。(3)高高度卫星：高高度卫星：h20000km，T12小时。小时。3.2 同步卫星同步卫星-卫星的分类卫星的分类(2)2.按运转周期划分按运转周期划分(1)同步卫星同步卫星：T24恒星时恒星时。(2)准准同同步步卫卫星星：T24N恒恒星星时时或或T=24N恒恒星星时时，N2，3，4，5。(3)非同步卫星：其它情况。非同步卫星：其它情况。恒恒星星时时是是完完全全以以地地球球自自转转周周期期为为基基准准的的时时间间计计量量系系统统，它它与与我我们们日日常常生生活活中中使使用用的的平平太太阳阳时时有有所所区区别别。由由于于地地球球在在自自转转的的同同时时，还还围围绕绕着着太太阳阳公公转转，地地球球的的公公转转周周期期约约为为365.25天天，因因此此地地球球的的公公转转速速度度大大约约是是59秒秒天天。根根据据精精确确的的测测量量，l恒恒星星日日(24恒恒星星时时)=23小小时时56分分4.0905秒秒(平平太太阳阳时时)。也也就就是是说说，按按照照我我们们日日常常使使用用的的时时间间单单位位，同同步步卫卫星星的的运运转转周周期期为为23：56：04.0905。由由于于同同步步卫卫星星的的运运转转周周期期与与地地球球本本身身自自转转周周期期完完全全相相同同，所所以以从从地地面面上上看看，同同步步卫卫星星在在天天空空中中是是固固定定不不动动的，因此又被称为对地静止卫星，简称的，因此又被称为对地静止卫星，简称静止卫星静止卫星。静止卫星的运动静止卫星的运动3.2 同步卫星同步卫星-卫星的分类卫星的分类(3)3.按轨道平面的倾斜角度划分按轨道平面的倾斜角度划分(1)赤赤道道轨轨道道卫卫星星：v=0度度，卫卫星星轨轨道道平平面面与与地地球球赤赤道平面重合。道平面重合。(2)极极轨轨道道卫卫星星：v90度度，卫卫星星轨轨道道平平面面与与地地球球赤赤道平面垂直。道平面垂直。(3)倾倾斜斜轨轨道道卫卫星星：v其其它它，卫卫星星轨轨道道平平面面与与地地球球赤道平面有倾角。赤道平面有倾角。同同步步卫卫星星属属于于高高高高度度卫卫星星，同同时时它它又又是是赤赤道道轨轨道道卫卫星星。同同步步卫卫星星无无疑疑是是最最适适合合作作为为广广播播之之用用的的，与与其其它它的的卫卫星星相相比比，它它有如下的优点：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。接收天线容易对准卫星，同时天线的跟踪系统比较简单。(2)由于卫星的位置固定，因此不存在由于卫星的位置固定，因此不存在多普勒频移现象多普勒频移现象。(3)服服务务区区域域比比较较大大，一一颗颗同同步步卫卫星星大大概概可可以以覆覆盖盖地地球球表表面面的的42。(4)广广播播信信道道大大部部分分处处于于真真空空之之中中，因因此此工工作作相相对对稳稳定定，信信号号质量高。质量高。当前，卫星广播系统中都采用同步卫星。当前，卫星广播系统中都采用同步卫星。3.2 同步卫星同步卫星-卫星的分类卫星的分类(4)1842年，奥地利科学家多普勒年，奥地利科学家多普勒,发现声源与接收体发生相对运动时发现声源与接收体发生相对运动时,接收体所接收体所接收到的频率接收到的频率,与声源发射频率间能产生频移现象与声源发射频率间能产生频移现象,即移动声源由远到近即移动声源由远到近,接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,就是迎面驶来的就是迎面驶来的火车汽笛声由低到高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著名的多普勒现象多普勒现象,或称或称多普勒效应多普勒效应。 3.2 同步卫星同步卫星-同步卫星轨道同步卫星轨道(1)分析方法分析方法:根根据据力力学学理理论论，地地球球和和行行星星围围绕绕太太阳阳的的旋旋转转运运动动以以及及月月亮亮围围绕绕地地球球的的旋旋转转运运动动均均可可以以归归结结为为两两体体问问题题；同同样样，人人造造地地球球卫卫星星围围绕绕地地球球的的旋旋转转运运动动也也可可以以按按两两体体问问题题来来分分析析。在在两两体体问问题题中中，将将太太阳阳与与行行星星、地地球球与与其其卫卫星星均均看看作作是是两两个个质质点点，两两者者在在万万有有引引力力的的作作用用下下运运动动。德德国国著著名名的的天天文文学学家家开开普普勒勒(Johannes Kepler，15711630)，仔仔细细地地分分析析和和研研究究了了前前人人对对天天体体运运动动的的观观测测资资料料，特特别别是是丹丹麦麦天天文文学学家家布布拉拉赫赫(Tycho Brahe，15461601)记记录录下下来来的的大大量量精精确确观观测测数数据据后后，在在17世世纪纪初初，开开普普勒勒提提出出了了科科学学史史上上有有名名的的行行星星运运动动三三定定律律，称称为为开开普普勒勒定定律律。开开普普勒勒定定律律为为牛牛顿顿日日后后发发现现万万有有引引力力定定律律打打下下了了良良好的基础。好的基础。3.2 同步卫星同步卫星-同步卫星轨道同步卫星轨道(2)开普勒定律的具体表述如下：开普勒定律的具体表述如下：(1)行行星星沿沿椭椭圆圆轨轨道道绕绕太太阳阳运运行行，太太阳阳位位于于椭椭圆圆的的个焦点上。个焦点上。(2)对对于于任任一一行行星星来来说说，其其位位置置矢矢量量(太太阳阳中中心心至至行行星中心的矢量星中心的矢量)在相等时间之内扫过的面积相等。在相等时间之内扫过的面积相等。(3)行行星星绕绕太太阳阳运运动动周周期期的的平平方方和和椭椭圆圆轨轨道道的的半半长长轴的立方成正比。轴的立方成正比。人人造造地地球球卫卫星星围围绕绕地地球球的的运运动动也也遵遵循循开开普普勒勒定定律律，我们在此处要解决的是同步卫星轨道参数问题。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-同步卫星轨道同步卫星轨道(3)开普勒第三定律的数学表达式为：开普勒第三定律的数学表达式为： (31) 其其中中，T为为卫卫星星的的周周期期，a为为椭椭圆圆轨轨道道的的半半长长轴轴，G为为引引力力恒恒量量，它它是是与与物物体体性性质质无无关关的的普普遍遍常常数数，ME为为地地球球的的质质量量。根根据据对对称称的的要要求求，同同步步卫卫星星的的轨轨道道应应该该是是一一个个圆圆形形轨轨道道，(31)式式中中的的椭椭圆圆半半长长轴轴应应改改为为圆圆的的半半径径RS，同同时时引引力力恒恒量量与与地地球球质质量量的的乘乘积积又又称称为为地地球球引力常数，其数值为：引力常数，其数值为：GME=3.986031014m3/s2 (32) 3.2 同步卫星同步卫星-同步卫星轨道同步卫星轨道(4)由由(31)式可以解出同步卫星轨道的半径式可以解出同步卫星轨道的半径RS， (33) 将将地地球球的的自自转转周周期期T86164s带带入入上上式式，便便可可得得到到同步卫星的轨道半径数值，同步卫星的轨道半径数值，RS=42164km (34)地球的半径为：地球的半径为：RE=6378km (35)故同步卫星的高度为：故同步卫星的高度为：hRSRE35786km (36) 3.2 同步卫星同步卫星-同步卫星轨道同步卫星轨道(5)同同步步卫卫星星轨轨道道的的示示意意图图见见图图3.2，其其中中卫卫星星的的偏偏航航轴轴(Yaw)指指向向地地心心，滚滚动动轴轴(Roll)指指向向卫卫星星前前进进的的方方向，向，俯仰轴俯仰轴(Pitch)则垂直于卫星轨道平面。则垂直于卫星轨道平面。由由于于同同步步卫卫星星是是赤赤道道轨轨道道卫卫星星，卫卫星星位位置置的的纬纬度度为为00，因因此此表表明明一一颗颗同同步步卫卫星星的的位位置置仅仅使使用用经经度度就就可可以了以了。例例如如，1100E表表明明卫卫星星位位于于东东经经1100的的赤赤道道正正上上方方，56.60W则则表表明明卫卫星星的的位位置置在在西西经经56.60的的赤赤道道正正上上方方。在本课程中，卫星的位置记为在本课程中，卫星的位置记为S。3.2 同步卫星同步卫星-同步卫星轨道同步卫星轨道(6)RE=6378km N S Satellite RollPitchYawh=35786km图图3.2 同步卫星轨道同步卫星轨道3.2 同步卫星同步卫星-同步卫星的摄动同步卫星的摄动(1) 摄动产生的原因有：摄动产生的原因有：(1)太阳的引力太阳的引力(2)月球的引力月球的引力(3)地球引力的不均匀性地球引力的不均匀性(4)太阳的辐射压力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种理想的情况。同步卫星偏离理想同步轨道的现象称为象称为摄动摄动。1.含义含义2.原因原因3.2 同步卫星同步卫星-同步卫星的摄动同步卫星的摄动(2)3.结论结论为为了了保保证证卫卫星星电电视视的的连连续续性性，必必须须对对卫卫星星的的摄摄动动加加以以校校正正，使使卫卫星星位位置置的的误误差差始始终终保保持持在在允允许许的的范范围围之之内内。目目前前，同同步步卫卫星星位位置置误误差差范围的典型数值在范围的典型数值在0.250左右。左右。3.2 同步卫星同步卫星-卫星接收天线的卫星接收天线的 俯仰角俯仰角和和方位角方位角(1)为为了了将将接接收收天天线线对对准准广广播播卫卫星星，在在每每一一个个卫卫星星接接收收地地点点都都要要确确定定该该点点接接收收天天线线的的仰仰角角和和方方位位角角。计计算算天天线线仰仰角角和和方方位位角角时时，一一般般是是采采用用球球面面三三角角和和解解析析几几何何的的方方法法，在在本本课课程程中中则则使使用用矢矢量量代代数数法法，其其特特点点是是概概念念明明确确，几几何何关关系系清清楚楚，同同时时可可以以推推广广到到其其它它一一些些与与卫卫星星有有关关的的问问题题，如如日日凌凌问问题题、极轴式天线问题、天线的极化角问题等。极轴式天线问题、天线的极化角问题等。仰角仰角和和方位角方位角的定义的定义3.2 同步卫星同步卫星-卫星接收天线的卫星接收天线的 俯仰角俯仰角和和方位角方位角(2)设设接接收收地地点点的的纬纬度度为为，经经度度为为R，卫卫星星的的经经度度为为S。为为了了便便于于分分析析，引引入入相相对对经经度度（即即接接收收地地点点与与卫星的经度差卫星的经度差）：）：=Rs （37）需需要要特特别别说说明明的的是是：在在东东半半球球经经度度取取正正值值，在在西西半半球经度取负值。球经度取负值。我我们们知知道道地地球球的的半半径径为为6378km，同同步步卫卫星星的的高高度度为为35786km，以以地地球球半半径径为为单单位位长长度度，于于是是同同步步卫卫星轨道的星轨道的相对半径相对半径为：为：=1+(35786/6378)=6.6108 （38）接接收收地地点点与与同同步步卫卫星星之之间间的的几几何何关关系系，天天线线的的方方位位角角、仰仰角角与与卫卫星星位位置置矢矢量量和和接接收收地地点点经经度度、纬纬度度之之间间的的几何关系都是确定的。几何关系都是确定的。在在地地球球上上任任何何一一个个接接收收地地点点，接接收收天天线线到到同同步步卫卫星星的距离的距离d的取值范围是的取值范围是3578641678km。接收地点至同步卫星的实际距离接收地点至同步卫星的实际距离d的计算公式为：的计算公式为： (km)接收天线仰角接收天线仰角EL的计算公式为：的计算公式为： (角度角度) 3.2 同步卫星同步卫星-卫星接收天线的俯仰角卫星接收天线的俯仰角和和方位角方位角(3)接收天线方位角接收天线方位角AZ的计算公式为：的计算公式为： （角度）（角度） 注注意意：接接收收天天线线的的方方位位角角为为代代数数量量，根根据据上上式式有有：南南，AZ=00；西，；西，AZ=900；东，；东，AZ=900。3.2 同步卫星同步卫星-卫星接收天线的卫星接收天线的 俯仰角俯仰角和和方位角方位角(4) 1.日凌日凌 2.卫星蚀卫星蚀日日凌凌和和卫卫星星蚀蚀都都是是由由于于地地球球、太太阳阳和和卫卫星星三三者者成成为为一一条条直直线线而而产产生生的的。在在发发生生日日凌凌和和卫卫星星蚀蚀时时，卫卫星星电电视视和和卫卫星星通通信信会会受受到到一一定定的的影影响。响。3.3 日凌与卫星蚀日凌与卫星蚀3.3 日凌与卫星蚀日凌与卫星蚀-日凌日凌(1)日日凌凌的的名名称称来来自自于于天天文文学学，意意为为内内行行星星（水水星星或或金金星星）运运行行到到太太阳阳和和地地球球的的中中间间，地地球球上上的的观观测测者者有有时时可可看看到到太太阳阳上上出出现现了了小小黑黑圆圆点点的的现现象象，如如水水星星凌凌日、金星凌日等等。日、金星凌日等等。 当当同同步步广广播播卫卫星星在在接接收收地地点点地地球球上上的的位位置置恰恰好好与与太太阳阳的的位位置置重重合合时时，就就产产生生了了“卫卫星星凌凌日日”现现象象，亦亦称日凌。称日凌。 在在发发生生日日凌凌时时，卫卫星星接接收收天天线线、同同步步卫卫星星和和太太阳阳三三者者成成了了一一条条直直线线。由由于于卫卫星星接接收收天天线线对对准准了了太太阳阳，而而太太阳阳本本身身又又是是一一个个巨巨大大的的无无线线电电干干扰扰源源，因因此此太太阳的辐射将对卫星广播和卫星通信产生很大的影响。阳的辐射将对卫星广播和卫星通信产生很大的影响。3.3 日凌与卫星蚀日凌与卫星蚀-日凌日凌(2)根根据据实实际际的的观观测测记记录录，对对于于模模拟拟式式卫卫星星广广播播来来说说，日日凌凌使使图图象象上上出出现现很很严严重重的的噪噪点点干干扰扰，图图象象几几乎乎被被噪噪声声完完全全淹淹没没了了，故故造造成成广广播播或或通通信信线线路路的的中中断断；而而对对于于数数字字式式卫卫星星广广播播来来说说，只只要要干干扰扰引引起起的的误误码码率率达达到到一一定定数数值值，信信号号就就立立即即中中断断，类类似似于于一一种种门门限限效效应应，同同时时很很多多数数字字式式卫卫星星接接收收机机一一旦旦信信号号中中断断，它它就就“死死机机”，需需要要值值班班的的工工作作人人员员手手工工启启动动，因因此此日日凌凌对对数数字字卫卫星星接接收收产产生生的的实实际际影影响响是是比比较较大大的的，特特别别是是在在值值班班人人员员未未能能及及时时启启动动卫卫星星接接收收机机的的情情况况下。下。根根据据地地球球、卫卫星星和和太太阳阳三三者者间间的的几几何何关关系系，可可以以分分析析出出来来：在在赤赤道道上上，日日凌凌发发生生在在春春分分和和秋秋分分的的时时候候；在在本本半半球球，日日凌凌发发生生在在春春分分之之前前及及秋秋分分之之后后，具具体体日日期期要要根根据据接接收收点点的的纬纬度度来来确确定定；在在南南半半球球，日日凌凌发生在春分之后及秋分之前。发生在春分之后及秋分之前。 3.3 日凌与卫星蚀日凌与卫星蚀-日凌日凌(3)3.3 日凌与卫星蚀日凌与卫星蚀-卫星蚀卫星蚀(1)卫卫星星蚀蚀与与月月食食类类似似，当当同同步步卫卫星星进进入入地地球球的的阴阴影影区区域域之后，卫星见不到太阳光，就发生卫星蚀。之后，卫星见不到太阳光，就发生卫星蚀。 由由于于同同步步卫卫星星上上使使用用的的电电源源主主要要依依靠靠太太阳阳能能电电池池板板，在在发发生生卫卫星星蚀蚀的的期期间间内内，太太阳阳能能电电池池不不能能提提供供电电能能，卫卫星星只只能能依依赖赖蓄蓄电电池池或或燃燃料料电电池池等等备备用用电电源源来来提提供供电电能能。以以前前，卫卫星星蚀蚀对对卫卫星星广广播播的的影影响响是是很很严严重重的的，因因为为太太阳阳能能电电池池不不工工作作，卫卫星星广广播播只只能能中中断断，每每年年的的春春分分和和秋秋分分前前后后的的各各23天天，都都会会发发生生卫卫星星蚀蚀，也也就就是是说说一一年年内内，卫卫星星广广播播在在总总共共约约92天天的的时时间间内内会会发发生生中中断断，而而在在春春分分和和秋秋分分的的当当天天，中中断断的的时时间间可可长长达达72分分钟钟。现现在在广广播播卫卫星星上上的的备备用用电电源源有有了了相相当当的的改改进进，在在发发生生卫卫星星蚀蚀的的期期间间内内，可可以以保保证证卫卫星星的的正正常常工工作作，因因此此近近年年来来人人们们不不大大关关心心卫卫星星蚀蚀的的问问题题了，但是卫星蚀本身是依然存在的。了，但是卫星蚀本身是依然存在的。 根根据据地地球球围围绕绕太太阳阳转转动动的的规规律律，在在每每年年的的春春分分和和秋秋分分时时，卫卫星星、地地球球和和太太阳阳三三者者就就会会形形成成条条直直线线，因因此此当当地地球球位位于于太太阳阳和和卫卫星星之之间间时时就就发发生生卫卫星星蚀蚀，也也就就是是说说卫卫星星进进入入了了地地球球的的阴阴影影区区之之内内。地地球球的的阴阴影影分分为为本本影影和和半半影影，在在本本影影区区域域内内太太阳阳光光完完全全被被地地球球遮遮挡挡，而而在在半半影影区区域域内内部部分分太太阳阳光光被被地地球球遮遮挡挡，半半影影区区域域要要比比本本影影区区域域大大得得多多。卫卫星星一一旦旦进进入入半半影影区域，卫星蚀就开始了。区域，卫星蚀就开始了。3.3 日凌与卫星蚀日凌与卫星蚀-卫星蚀卫星蚀(2)我我们们知知道道，频频率率是是一一种种宝宝贵贵的的资资源源。为为了了保保证证各各种种通通信信和和广广播播业业务务的的正正常常进进行行，充充分分地地利利用用频频谱谱资资源源，国国际际电电信信联联盟盟(ITU)在在近近三三十十年年间间召召开开过过几几届届世世界界无无线线电电行行政政大大会会(WARC)来来规规定定并并协协调调频频率率资资源源的的使使用。用。1971年年召召开开的的宇宇宙宙通通信信世世界界无无线线电电行行政政大大会会(WARCST)规规 定定 了了 广广 播播 卫卫 星星 优优 先先 使使 用用 的的 频频 率率 范范 围围 是是11.712.5GHz，但但是是由由于于技技术术方方面面原原因因，起起初初卫卫星星广广播播使使用用的的一一直直是是分分配配给给卫卫星星通通信信的的波波段段，直直至至近近年年来来卫卫星星广广播播才才开开始始使使用用WARC分分配配给给卫卫星星广广播播业业务务(BSS)的波段。的波段。3.4 卫星广播使用的频率范围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卫星广播使用的频率范围(2)国国际际电电信信联联盟盟在在分分配配无无线线电电使使用用频频率率时时，将将全全世世界界划划分分为为三三个个区区域域：第第一一区区，范范围围是是非非洲洲、欧欧洲洲及及伊伊朗朗以以西西和和中中国国以以北北的的亚亚洲洲地地区区；第第二二区区，范范围围是是南南北北美美洲洲；第第三三区区，范范围围是是伊伊朗朗以以东东和和蒙蒙古古以以南南的的亚亚洲地区、大洋洲地区。我国处于第三区。洲地区、大洋洲地区。我国处于第三区。表表3.1给给出出了了卫卫星星广广播播的的下下行行频频率率，表表3.2给给出出了了卫卫星星广广播播使使用用的的上上行行频频率率，应应该该说说明明的的是是卫卫星星上上行行频频率属于卫星固定业务的频率范围。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卫星广播使用的频率范围(3)表表3.1 卫星广播的下行频率卫星广播的下行频率频段频段频率范围频率范围（GHz）带宽带宽（MHz）地区地区业务划分业务划分C3.44.2800一、二、一、二、三三卫星通信卫星通信（FSS）Ku11.712.2500三三卫星广播卫星广播（BSS）Ku12.112.5400二二卫星广播卫星广播（BSS）Ku11.712.5800一一卫星广播卫星广播（BSS）Ka21.422600一、二、一、二、三三卫星广播卫星广播（BSS）3.4 卫星广播使用的频率范围卫星广播使用的频率范围(4)表表3.2 卫星广播的上行频率卫星广播的上行频率频段频段频率范围频率范围（GHz）带宽带宽（MHz）地区地区业务划分业务划分C5.857.0751225三三固定业务固定业务Ku14.014.8800三三固定业务固定业务Ku17.317.8500三三固定业务固定业务3.4 卫星广播使用的频率范围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，其二号卫星为例，其C波段转发器的上行频率范围波段转发器的上行频率范围是是58476421MHz，下行频率范围是，下行频率范围是36224196MHz；Ku波段转发器的上行频率范围波段转发器的上行频率范围是是1400314297MHz，下行频率范围是，下行频率范围是1220312504MHz。1.广播卫星的组成广播卫星的组成2.天线子系统天线子系统3.广播子系统广播子系统4.电源子系统电源子系统5.跟踪遥测指令子系统跟踪遥测指令子系统(TTC系统系统)6.姿态控制子系统姿态控制子系统3.5 广播卫星广播卫星 根据用途根据用途，目前使用的同步卫星有通信卫星、广播卫星、，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。信卫星。实际上广播卫星与通信卫星的实际上广播卫星与通信卫星的主要区别在于两点主要区别在于两点：(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。星广播业务的波段内。(2)等效全向辐射功率，与通信等效全向辐射功率，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。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-广播卫星的组成广播卫星的组成(1)广广播播卫卫星星可可以以分分为为五五个个子子系系统统，它它们们是是：(1)天天线线子子系系统统；(2)广广播播子子系系统统；(3)电电源源子子系系统统；(4)跟跟踪踪遥遥测测指指令令子子系系统统；(5)姿姿态态控控制制于于系系统统。各各个个子子系系统的分工明确，各司其职。统的分工明确，各司其职。目目前前，世世界界上上著著名名卫卫星星制制造造厂厂家家有有马马丁丁(MARTIN)公公司司、劳劳拉拉(LORAL)公公司司、休休斯斯(HUGHES)公公司司、法法国国宇宇航航等等几几家家，他他们们均均可可提提供供用用于于广广播播业业务务的的大大功功率率、大大容容量量、长长寿寿命命的的卫卫星星平平台台。同同时时，我我国国也也初初步步具具备备了制造通信卫星、广播卫星的能力。了制造通信卫星、广播卫星的能力。3.5 广播卫星广播卫星-广播卫星的组成广播卫星的组成(2)3.5 广播卫星广播卫星-广播卫星的组成广播卫星的组成(3)太阳能电池太阳能电池蓄电池蓄电池电源控制电路电源控制电路传感器传感器遥控译码器遥控译码器遥测译码器遥测译码器本机振荡器本机振荡器变频器变频器轨轨道道控控制制姿姿态态控控制制遥遥测测发发射射遥遥控控接接收收发发射射机机接接收收机机双工器双工器双工器双工器执行机构执行机构图图3.3 广播卫星的组成广播卫星的组成卫卫星星上上的的天天线线有有若若干干副副，分分别别作作为为转转播播和和控控制制之之用用。从从事事卫卫星星转转播播的的天天线线通通常常是是收收发发共共用用的的，所所以以在在天天线线子子系系统统中中包包含含了了双双工工器器。根根据据不不同同的的用用途途，卫卫星星上的天线可以分为上的天线可以分为全球波束天线全球波束天线、半球波束半球波束 天线天线、点波束天线点波束天线、赋形波束天线赋形波束天线等几种。等几种。 1.全球波束天线全球波束天线全全球球波波束束天天线线用用于于覆覆盖盖同同步步广广播播卫卫星星能能够够覆覆盖盖的的全全部部区区域域，它它一一般般由由喇喇叭叭天天线线加加上上一一个个金金属属反反射射平平面面构构成成，波波束束的的中中心心对对准准星星下下点点，星星下下点点位位于于赤赤道道上上，其经度与卫星的经度相同。其经度与卫星的经度相同。理理想想的的全全球球波波束束的的几几何何形形状状应应该该是是一一个个圆圆锥锥面面，在在地球表面上它所覆盖的区域成一个球冠的形状。地球表面上它所覆盖的区域成一个球冠的形状。 3.5 广播卫星广播卫星-天线子系统天线子系统(1)3.5 广播卫星广播卫星-天线子系统天线子系统(2)2.点波束天线点波束天线点点波波束束天天线线与与全全球球波波束束天天线线不不同同，它它的的半半功功率率角角很很小小，一一般般在在几几度度的的范范围围之之内内，主主要要用用于于覆覆盖盖地地球球表表面面一一个个范范围围很很小小的的区区域域。点点波波束束天天线线一一般般采采用用偏偏馈馈天天线线的的形形式式，反反射射面面为为旋旋转转抛抛物物面面的的一一部部分分，为为了了保保证证足足够够小小的的半半功功率率角角，反反射射面面的的口口径径是是比比较较大大的的。点点波波束束的的横横截截面面有有圆圆形形和和椭椭圆圆形形之之分分，两两者者在在地地面面上的覆盖区域形状有所不同。上的覆盖区域形状有所不同。3.5 广播卫星广播卫星-天线子系统天线子系统(3)3.赋形波束天线赋形波束天线赋赋形形波波束束天天线线是是近近年年来来普普遍遍使使用用的的卫卫星星广广播播天天线线的的形形式式，采采用用赋赋形形波波束束天天线线可可以以将将辐辐射射能能量量集集中中在在卫卫星星广广播播的的服服务务区区域域之之内内，减减少少对对其其它它区区域域的的干干扰扰，具具有有比比较较好好的的电电磁磁兼兼容容特特性性。同同时时采采用用赋赋形形波波束束天天线线，还还可可以以减减小小卫卫星星之之间间的的间间隔隔，从从而而在在同同步步轨轨道道之之上上可可以以放放置置更更多多的的广广播播卫星和通信卫星。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，每个馈馈源源发发出出的的电电磁磁波波经经反反射射面面反反射射之之后后基基本本上上相相当当于于一一个个点点波波束束天天线线，而而不不同同馈馈源源的的辐辐射射方方向向有有所所不不同同，同同时时每每个个馈馈源源的的辐辐射射功功率率及及馈馈电电相相位位也也不不一一定定相相等等，因因此此赋赋形形波波束束天天线线可可以以看看作作是是一一个个天天线线阵阵。根根据据天天线线综综合合的的方方法法，可可以以将将天天线线的的覆覆盖盖区区域域设设计计成成为为所所需需的的形形状状。通通常常，赋赋形形波波束束天天线线的的反反射射面面的的曲曲率率半半径径都都比比较较大大，也也就就是是说说反反射面比较平，这样有利于在不同的位置放置馈源。射面比较平，这样有利于在不同的位置放置馈源。3.5 广播卫星广播卫星-天线子系统天线子系统(4)4.双工器双工器广广播播卫卫星星的的实实质质是是位位于于空空间间上上的的一一个个微微波波转转发发器器，接接收收机机和和发发射射机机共共同同使使用用一一副副天天线线，为为了了保保证证收收发发共共用用，卫卫星星天天线线要要连连接接到到双双工工器器上上。双双工工器器是是一一种种微微波波波波导导器器件件，它它的的主主体体是是金金属属波波导导，具具备备滤滤波波、阻阻抗抗匹匹配配、分分波波、功功率率合合成成等等功功能能。双双工工器器首首先先要要保保证证收收发发之之间间互互不不干干扰扰，还要保证阻抗匹配，同时其接入损耗要比较小。还要保证阻抗匹配，同时其接入损耗要比较小。以以C波波段段的的广广播播卫卫星星为为例例，卫卫星星地地球球站站发发射射的的信信号号频频率率为为6GHz，带带宽宽一一般般为为500MHz，卫卫星星天天线线将将此此信信号号接接收收下下来来，经经过过双双工工器器，通通过过高高通通滤滤波波把把信信号号送送至至差差转转机机的的低低噪噪声声放放大大器器内内；经经过过变变频频、功功率率放放大大等等环环节节，形形成成了了频频率率在在3.74.2GHz范范围围之之间间的的功功率率信信号号，然然后后通通过过双双工工器，把此信号送到天线上，然后发射到地面上去。器，把此信号送到天线上，然后发射到地面上去。广广播播子子系系统统简简单单地地说说就就是是微微波波差差转转机机，输输入入信信号号频频率率为为614GHz，输出的信号频率为，输出的信号频率为412GHz。早早期期的的广广播播卫卫星星广广泛泛地地采采用用二二次次变变频频型型的的转转发发器器，它它由由低低噪噪声声放放大大器器、下下变变频频器器、中中频频放放大大器器、上上变变频频器器、功功率率放放大大器器等等几几部部分分组组成成，由由于于二二次次变变频频型型的的转转发发器器仅仅仅仅使使用用两两个个功功率率放放大大器器，一一个个放放大大器器对对应应于于一一种种极极化化方方式式，所所以以每每个个功功率率放放大大器器要要同同时时放放大大12个个载载波波，因因此此容容易易产产生生交交调调干干扰扰。虽虽然然二二次次变变频频型型转转发发器器具具有有增增益益高高，容容易易实实施施自自动动增增益益控控制制等等优优点点，但但是是由由于于它它的的非非线线性性失失真真比比较较大大，因因此此现现代代的的广播卫星不采用此种形式。广播卫星不采用此种形式。3.5 广播卫星广播卫星-广播子系统广播子系统(1)3.5 广播卫星广播卫星-广播子系统广播子系统(2)在在当当代代的的大大容容量量、大大功功率率的的广广播播卫卫星星中中普普遍遍使使用用一一次次变变频频型型的的转转发发器器。一一次次变变频频型型又又称称为为单单变变频频型型(RFRF)。一一次次变变频频型型转转发发器器由由低低噪噪声声放放大大器器、混混频频器器、本本机机振振荡荡、激激励励放放大大器器、分分波波器器、行行波波管管放放大大器器、多多工工器组成。器组成。需需要要说说明明的的是是，广广播播卫卫星星转转发发器器是是没没有有模模拟拟和和数数字字之之分分的的，因因为为数数字字信信号号经经过过数数字字调调制制之之后后，就就变变成成了了模模拟拟信信号号，所所以以广广播播卫卫星星转转发发器器处处理理的的都都是是模模拟拟信号。信号。3.5 广播卫星广播卫星-广播子系统广播子系统(3)1.低噪声放大器低噪声放大器(LNA)低低噪噪声声放放大大器器的的特特点点是是低低噪噪声声和和高高增增益益。整整个个卫卫星星转转发发器器的的载载噪噪比比是是由由低低噪噪声声放放大大器器决决定定的的。为为了了尽尽可可能能地地减减少少噪噪声声，低低噪噪声声放放大大器器通通常常采采用用隧隧道道二二极极管管、砷砷化化镓镓场场效效应应管管、高高电电子子迁迁移移率率晶晶体体管管作作为为放放大大器器件件，合合理理地地选选定定其其工工作作点点，使使得得噪噪声声小小，并并且且工工作作稳稳定定。由由于于从从地地面面到到卫卫星星的的距距离离在在40000km左左右右，因因此此传传送送到到卫卫星星处处的的信信号号是是很很微微弱弱的的，所所以以低低噪噪声声放放大大器器还还必必须须要要有有足足够够的的增增益益，才才能能保保证证转转发发器器的的正正常常工工作作。通通常常低低噪噪声声放放大大器器是是由由多多级级放放大大电电路组成的。路组成的。3.5 广播卫星广播卫星-广播子系统广播子系统(4)2.本机振荡器与混频器本机振荡器与混频器本本机机振振荡荡和和混混频频的的作作用用是是对对上上行行的的信信号号进进行行下下变变频频。以以C波波段段卫卫星星为为例例，卫卫星星地地球球站站发发射射的的信信号号频频率率是是59256425MHz，而而广广播播卫卫星星的的下下行行信信号号频频率率是是37004200MHz， 因因 此此 标标 准准 的的 本本 机机 振振 荡荡 频频 率率 是是2225MHz，这这属属于于低低本本振振类类型型，因因为为输输入入频频率率高高于于本本振振频频率率。为为了了保保证证卫卫星星转转发发器器的的正正常常工工作作，本本机机振振荡荡的的频频率率一一定定要要十十分分稳稳定定，同同时时又又要要保保证证相相当当高高的的频频率率精精度度。混混频频器器输输入入的的分分别别是是上上行行信信号号和和本本振振信信号号，由由于于非非线线性性的的影影响响，在在混混频频器器内内部部产产生生了了上上述述频频率率的的和和频频与与差差频频，以以及及高高次次谐谐波波，而而差差频频恰恰恰恰是是人人们们所所需需要要的的信信号号，所所以以在在混混频频器器内内定定设设有有低低通滤波器，将差频以外的信号全部滤除干净。通滤波器，将差频以外的信号全部滤除干净。3.5 广播卫星广播卫星-广播子系统广播子系统(5)3.分波器分波器分分波波器器的的功功能能是是将将各各个个频频道道的的信信号号分分别别输输出出到到相相应应的的行行波波管管放放大大器器中中去去，它它主主要要由由频频道道滤滤波波器器组组成成。每每个个频频道道的的带带宽宽是是36MHz，通通过过带带通通滤滤波波器器将将各各频频道的信号区分开。道的信号区分开。3.5 广播卫星广播卫星-广播子系统广播子系统(6)4.行波管放大器行波管放大器(TWTA)行行波波管管放放大大器器属属于于功功率率放放大大器器。当当代代的的广广播播卫卫星星每每个个频频道道的的输输出出功功率率通通常常在在数数十十瓦瓦至至数数百百瓦瓦的的范范围围之之内内。行行波波管管是是一一种种微微波波电电子子管管，它它由由电电子子枪枪、慢慢波波结结构构和和收收集集极极等等部部分分组组成成。慢慢波波系系统统是是一一种种特特殊殊形形式式的的同同轴轴传传输输线线。内内部部有有螺螺旋旋线线和和梳梳形形结结构构，它它用用来来降降低低电电磁磁波波的的相相位位速速度度。电电子子枪枪用用来来发发射射电电子子束束，电电子子束束穿穿过过慢慢波波系系统统，然然后后打打在在收收集集极极上上。采采用用慢慢波波系系统统之之后后，电电子子束束的的速速度度与与电电磁磁波波速速度度相相近近，以以便便电电子子束束与与电电磁磁波波之之间间进进行行能能量量交交换换，在在慢慢波波系系统统中中传传输输的的微微波波从从电电子子束束中中获获取取足足够够的的能能量量，从从而而提提高高了了微微波波的的幅幅度度，最最后后在在输输出出端端口口得得到到了了经经过过放放大大的射频功率信号。的射频功率信号。3.5 广播卫星广播卫星-广播子系统广播子系统(7)5.多工器多工器多多工工器器的的作作用用是是将将12个个频频道道的的大大功功率率信信号号混混合合在在一一起起，然然后后经经过过双双工工器器输输送送至至天天线线。显显然然，多多工工器器的的接接入入损损耗耗要要小小，同同时时各各输输入入端端口口之之间间要要有有足足够够的的隔隔离，以保证各个行波管放大器互不干扰。离，以保证各个行波管放大器互不干扰。3.5 广播卫星广播卫星-电源子系统电源子系统(1)现现代代大大容容量量的的广广播播卫卫星星使使用用的的电电源源功功率率是是相相当当大大的的，典典型型的的数数值值在在2kW7kW之之间间，耗耗电电最最大大的的器器件件就就是是行行波波管管放放大大器器，一一个个行行波波管管放放大大器器的的输输出出功功率率可可达达100W左左右右，若若行行波波管管的的效效率率按按40计计算算，则则这这样样24个个功功率率放放大大器器就就需需要要6000W的的电电源源功功率率。为为了了卫卫星星的的正正常常工工作作，卫卫星星的的电电源源系系统统必必须须能能够够长长时时期期稳稳定定地地输输出出足足够够的的电电源源功功率率。通通常常，电电源源子子系系统统是是由由太太阳阳能能电电池池帆帆板板、蓄蓄电电池池和和电电源源控控制制部部分分组组成成。电电源源子子系系统统应应该该具具有有体体积积小小、重重量量轻轻、效效率率高高、容容量量大、寿命长、可靠性高等特点。大、寿命长、可靠性高等特点。3.5 广播卫星广播卫星-电源子系统电源子系统(2) 1.太阳能电池太阳能电池从从广广播播卫卫星星的的外外形形来来看看，太太阳阳能能电电池池是是十十分分显显眼眼的的，每每颗颗卫卫星星均均装装备备有有两两块块巨巨大大的的太太阳阳能能电电池池帆帆板板。卫卫星星的的能能源源主主要要依依靠靠太太阳阳能能。我我们们知知道道，在在宇宇宙宙空空间间中中太太阳阳光光是是最最重重要要的的能能源源，它它又又是是取取之之不不尽尽、用用之之不不竭竭的的，地地球球上上使使用用的的绝绝大大部部分分能能源源均均来来自自太太阳阳光光。在在近近地地空空间间内内，太太阳阳辐辐射射的的功功率率密密度度可可达达1400Wm2。太太阳阳能能电电池池是是将将光光能能转转换换成成为为电电能能的的设设备备，如如果果太太阳阳能能电电池池的的换换能能效效率率能能够够达达到到25的的话话，每每平平方方米米的的太太阳阳能能电电池池帆帆板板可可以以提提供供约约260W的的电电源源功功率率。这这样样，一一颗颗现代的通信卫星就需要数十平方米的太阳能电池帆板。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 广播卫星广播卫星-电源子系统电源子系统(3)太太阳阳能能电电池池由由许许多多个个硅硅太太阳阳能能电电池池片片组组成成。在在N型型的的单单晶晶硅硅片片上上，采采用用扩扩散散法法渗渗进进一一层层薄薄薄薄的的硼硼，这这样样就就形形成成了了PN结结，再再加加上上两两个个电电极极，就就构构成成了了一一个个硅硅太太阳阳能能电电池池片片。当当太太阳阳光光直直射射到到硅硅太太阳阳能能电电池池片片上上时时，两两极极之之间间就产生了电动势，于是光能就转换成为了电能。就产生了电动势，于是光能就转换成为了电能。般般硅硅太太阳阳能能电电池池片片有有l2cm2、22cm2、24cm2、44cm2几几种种规规格格，其其厚厚度度在在0.150.4mm之之间间。将将若若干干个个硅硅太太阳阳能能电电池池片片串串联联起起来来称称为为一一组组，就就可可以以得得到到所所需需的的电电压压数数值值，将将若若干干太太阳阳能能电电池池组组并并联联起起来来，就就能能提提供供足足够够的的电电流流。这这样样我我们们就就知知道道，太太阳阳能能电电池池片片的的数数目目决决定定了了太太阳阳能能电电池池总总的的输输出出功功率率。理理论论上上，太太阳阳能能电电池池的的换换能能效效率率可可达达25，但但实实际际上上不不超超过过16，典典型型的的数数值值是是1012之间。之间。3.5 广播卫星广播卫星-电源子系统电源子系统(4)太太阳阳能能电电池池的的具具体体安安装装方方式式为为，在在基基板板上上贴贴上上一一层层绝绝缘缘薄薄膜膜，然然后后将将硅硅太太阳阳能能电电池池片片贴贴上上去去。由由于于太太阳阳能能电电池池的的表表面面受受到到宇宇宙宙射射线线的的辐辐射射或或高高能能粒粒子子的的轰轰击击会会引引起起性性能能的的衰衰退退，因因此此在在其其表表面面上上还还要要安安装装一一层层薄薄薄薄的的石石英英玻玻璃璃盖盖片片。由由于于太太阳阳能能电电池池的的输输出出电电压压不不是是很很稳稳定定的的，它它与与许许多多因因素素有有关关，如如太太阳阳光光的的入入射射方方向向，因因此此在在其其输输出出端端要要安安装装稳稳压压装装置置，然然后才能作为广播卫星的电源使用。后才能作为广播卫星的电源使用。3.5 广播卫星广播卫星-电源子系统电源子系统(5)2.蓄电池蓄电池蓄蓄电电池池也也是是电电源源子子系系统统中中的的一一个个重重要要组组成成部部分分，在在发发生生卫卫星星蚀蚀的的时时候候，卫卫星星进进入入了了地地球球的的阴阴影影区区域域，因因此此太太阳阳能能电电池池帆帆板板不不工工作作，广广播播卫卫星星的的电电源源就就只只能能依依靠靠蓄蓄电电池池了了。以以前前，由由于于蓄蓄电电池池的的输输出出功功率率不不够够，因因此此在在卫卫星星蚀蚀期期间间，卫卫星星广广播播就就只只能能中中断断。这这样样，在在一一年年之之内内大大约约有有三三个个月月的的时时间间，卫卫星星广广播播要要受受到到卫卫星星蚀蚀的的影影响响，最最长长的的时时间间可可达达73分分钟钟。20世世纪纪90年年代代以以来来，由由于于蓄蓄电电池池技技术术的的完完善善，输输出出的的功功率率已已经经可可以以满满足足广广播播卫卫星星的的需需求求，因因此此卫卫星星蚀蚀现现象象对卫星广播就没有太多影响了。对卫星广播就没有太多影响了。3.5 广播卫星广播卫星-电源子系统电源子系统(6)在在广广播播卫卫星星上上广广泛泛使使用用的的蓄蓄电电池池有有镍镍镉镉(NiCd)蓄蓄电电池池、镍镍氢氢(NiH)蓄蓄电电池池等等几几种种类类型型。镍镍镉镉蓄蓄电电池池的的特特点点是是充充电电效效率率高高、耐耐过过充充电电和和耐耐过过放放电电的的性性能能好好，同同时时对对环环境境的的污污染染也也比比较较小小。镍镍氢氢蓄蓄电电池池的的主主要要特特点点是是输输出出功功率率大大，目目前前大大容容量量的的广广播播卫卫星星通通常常采采用用镍镍氢氢蓄蓄电电池池，它它在在一一小小时时左左右右的的时时间间内内可可以以提提供供数数千千瓦瓦的的电电能能，因因此此完完全全可可以以在在卫卫星星蚀蚀期期间间保保证卫星广播的正常进行。证卫星广播的正常进行。平平常常，太太阳阳能能电电池池输输出出的的电电源源功功率率大大部部分分提提供供给给卫卫星星上上的的各各种种设设备备使使用用，小小部部分分用用于于给给蓄蓄电电池池充充电电。当当卫卫星星进进入入地地球球的的阴阴影影区区后后，卫卫星星就就依依靠靠蓄蓄电电池池来来提供电源。提供电源。3.5 广播卫星广播卫星-电源子系统电源子系统(7)3.电源控制部分电源控制部分电电源源控控制制部部分分用用来来对对太太阳阳能能电电池池和和蓄蓄电电池池进进行行控控制制，并并且且还还要要保保证证输输出出电电压压的的稳稳定定。太太阳阳能能电电池池输输入入端端有有一一个个二二极极管管Dl，它它的的作作用用是是防防止止蓄蓄电电池池的的放放电电电电流流冲冲击击太太阳阳能能电电池池，二二极极管管D2，则则给给蓄蓄电电池池提提供供一一个个放放电电途途径径。充充电电控控制制电电路路保保证证了了蓄蓄电电池池储储存存足足够够的电能。稳压器则保证了电源电压的稳定。的电能。稳压器则保证了电源电压的稳定。3.5 广播卫星广播卫星-跟踪遥测指令子系统跟踪遥测指令子系统(TTC系统系统)(1)为为了了保保证证广广播播卫卫星星在在同同步步轨轨道道上上长长期期保保持持正正常常稳稳定定地地运运转转，必必须须随随时时清清楚楚地地了了解解卫卫星星的的轨轨道道位位置置、姿姿态态和和工工作作状状态态，并并且且根根据据情情况况及及时时地地发发出出适适当当的的遥遥控控指指令令，通通过过卫卫星星上上的的相相应应机机构构来来调调整整卫卫星星的的状状态态，以以实实现现对对卫卫星星进行实时跟踪和遥测。进行实时跟踪和遥测。3.5 广播卫星广播卫星-跟踪遥测指令子系统跟踪遥测指令子系统(TTC系统系统)(2)1.跟踪部分跟踪部分卫卫星星上上的的跟跟踪踪设设备备与与地地面面上上的的遥遥控控站站配配合合完完成成测测距距、测测速速、测测角角以以及及角角度度跟跟踪踪等等功功能能。测测距距信信号号由由地地面面上上的的遥遥控控站站发发出出，通通常常是是采采用用调调频频或或调调相相方方式式，在在卫卫星星上上则则装装有有供供转转发发测测距距信信号号的的应应答答机机。卫卫星星应应答答机机接接收收到到测测距距信信号号之之后后，经经过过处处理理和和放放大大，然然后后再再转转发发回回地地面面。由由于于应应答答机机发发出出的的信信号号比比较较稳稳定定，所所以大大地提高了测距的精度。以大大地提高了测距的精度。3.5 广播卫星广播卫星-跟踪遥测指令子系统跟踪遥测指令子系统(TTC系统系统)(3)测测速速是是根根据据多多普普勒勒效效应应实实现现的的。由由于于多多普普勒勒频频率率跟跟两两物物体体的的相相对对速速度度成成正正比比，因因此此当当测测定定了了多多普普勒勒频频率率之之后后，就就能能够够准准确确地地确确定定两两物物体体之之间间的的相相对对速速度度。卫卫星星上上装装有有信信标标发发生生器器，它它发发出出用用于于确确定定频频率率的的信信标标信信号号，地地面面上上的的遥遥控控站站接接收收到到信信标标信信号号之之后后，通通过过测测定定其其频频率率，就就能能计计算算出出卫卫星星的的运运行行速速度度。为为了了确确保保测测量量的的精精度度，卫卫星星的的信信标标信信号号频频率率必必须须有有很很高高的的频频率率稳稳定定度度。进进行行角角度度跟跟踪踪和和测测角角的的依依据据也也是是卫卫星星发发出出的的信信标标信信号号，它它引引导导地地面面的的遥遥控控站站的的天天线线准准确确地地指指向向卫卫星星，以以实实现现对对卫卫星星的的跟跟踪踪，并并进进行行角角度度测量。测量。3.5 广播卫星广播卫星-跟踪遥测指令子系统跟踪遥测指令子系统(TTC系统系统)(4)2.遥测部分遥测部分卫卫星星上上的的遥遥测测设设备备的的任任务务是是将将各各种种被被测测信信号号收收集集起起来来，经经过过适适当当的的处处理理后后，再再对对载载波波信信号号进进行行调调制制，放放大大之之后后经经天天线线发发回回地地面面。卫卫星星上上被被测测信信号号有有电电压压、电电流流、温温度度、压压力力、加加速速度度、姿姿态态等等等等，这这些些参参数数由由相相应应的的传传感感器器采采集集起起来来，然然后后全全部部转转换换成成为为电电信信号号，进进一一步步进进行行模模数数转转换换形形成成数数据据信信号号，地地面面上上的的遥遥控控站站接接收收到到这这些些信信号号之之后后，就就可可以以了了解解卫卫星星系系统统内部的工作状态。内部的工作状态。3.5 广播卫星广播卫星-跟踪遥测指令子系统跟踪遥测指令子系统(TTC系统系统)(5)3.指令控制部分指令控制部分卫卫星星上上的的指指令令控控制制设设备备接接收收来来自自地地面面遥遥控控站站的的指指令令，然然后后对对卫卫星星进进行行控控制制。卫卫星星上上需需要要的的控控制制是是多多种种多多样样的的，如如远远地地点点发发动动机机点点火火、卫卫星星上上小小发发动动机机的的喷喷气气控控制制、卫卫星星的的姿姿态态控控制制、修修正正卫卫星星轨轨道道、工工作作方方式式的的转转换换、备备份份差差转转机机的的切切换换、备备份份仪仪器器的的切切换换等等等等。由由于于需需要要进进行行控控制制的的命命令令很很多多，通通常常可可达达数数百百条条以以上上，同同时时为为了了保保密密的的需需要要，因因此此控控制制指指令令通通常常采采用用编编码码的的方方式式，如如国国际际通通信信卫卫星星ISIV上上的的遥遥控控指令码由指令码由25位二进制码组成。位二进制码组成。3.5 广播卫星广播卫星-跟踪遥测指令子系统跟踪遥测指令子系统(TTC系统系统)(6)控控制制指指令令一一般般分分为为前前导导、地地址址、指指令令、执执行行等等几几部部分分。前前导导部部分分主主要要用用于于对对卫卫星星上上的的译译码码器器进进行行“清清零零”操操作作，以以便便为为译译码码作作好好准准备备。地地址址码码给给定定了了每每一一条条指指令令的的编编号号，使使不不同同的的指指令令在在卫卫星星上上对对号号入入座座。指指令令码码则则给给出出具具体体的的操操作作内内容容，经经过过译译码码器器复复合合正正确确之之后后，才才允允许许执执行行信信号号通通过过。执执行行信信号号为为一一个个或或一一系系列列的的电电脉脉冲冲，它它来来控控制制具具体体的的执执行行部部件件进进行行特特定的操作和控制。定的操作和控制。3.5 广播卫星广播卫星-姿态控制子系统姿态控制子系统(1)广广播播卫卫星星经经过过发发射射、变变轨轨、漂漂移移、定定点点等等过过程程才才能能够够定定点点在在同同步步轨轨道道确确定定的的位位置置上上，这这个个过过程程是是相相当当复复杂杂的的，难难免免使使卫卫星星产产生生一一些些姿姿态态方方面面的的误误差差。另另外外定定点点成成功功之之后后，卫卫星星本本身身也也会会受受到到来来自自各各方方面面的的多多种种扰扰动动因因素素的的影影响响，如如太太阳阳、月月球球对对卫卫星星的的引引力力作作用用会会使使卫卫星星轨轨道道平平面面的的倾倾角角及及轨轨道道运运行行周周期期发发生生变变化化，另另外外地地球球引引力力场场的的不不均均匀匀性性、地地球球磁磁场场的的变变化化、太太阳阳光光对对卫卫星星产产生生的的辐辐射射压压力力等等因因素素均均会会改改变变卫卫星星的的姿姿态态。因因此此，为为了了确确保保卫卫星星姿姿态态的的正正确确无无误误，在在卫卫星星上上定定要要设设置置姿姿态态控控制制子子系系统统。卫卫星星的的姿姿态态控制一般可以分为自旋稳定和三轴稳定两种方式。控制一般可以分为自旋稳定和三轴稳定两种方式。静止待发的火箭静止待发的火箭火箭顶部的卫星火箭顶部的卫星正在发射的星箭正在发射的星箭3.5 广播卫星广播卫星-姿态控制子系统姿态控制子系统(2)1.自旋稳定方式自旋稳定方式早早期期的的同同步步卫卫星星均均采采用用自自旋旋稳稳定定的的方方式式。自自旋旋卫卫星星象象一一个个陀陀螺螺一一样样沿沿其其自自转转轴轴线线以以一一定定的的角角速速度度不不停停地地旋旋转转，在在旋旋转转的的过过程程之之中中，自自转转轴轴的的方方向向是是固固定定不不变变的的，从从而而使使卫卫星星的的姿姿态态保保持持稳稳定定。自自旋旋卫卫星星的的旋旋转转轴轴是是垂垂直直于于赤赤道道平平面面的的。由由于于存存在在着着各各种种干干扰扰力力矩矩，卫卫星星的的自自旋旋速速率率和和自自转转轴轴的的方方向向会会发发生生些些变变化化，于于是是卫卫星星的的姿姿态态也也就就随随之之发发生生变变化化。为为了了使使卫卫星星回回到到正正常常的的姿姿态态，就就要要使使用用安安装装在在卫卫星星上上的的喷喷气气装装置置和和磁磁性性线线圈圈来来抵抵消消干干扰扰力力矩矩的的影响。影响。自自旋旋稳稳定定方方式式的的优优点点是是：可可采采用用一一个个完完全全无无源源的的系系统统来来达达到到固固定定的的惯惯性性指指向向，有有一一定定的的精精度度；缺缺点点是是：只只能能控控制制一一个个轴轴向向，天天线线要要安安装装反反自自旋旋装装置置，太太阳阳能能电电池池的的利利用率比较低。用率比较低。3.5 广播卫星广播卫星-姿态控制子系统姿态控制子系统(3)2.三轴稳定方式三轴稳定方式现现代代的的大大容容量量广广播播卫卫星星均均采采用用三三轴轴稳稳定定方方式式，此此种种稳稳定定方方式式诞诞生生于于20世世纪纪70年年代代中中期期，后后来来得得到到了了广广泛泛的的应应用用。卫卫星星的的三三轴轴是是指指偏偏航航轴轴、滚滚动动轴轴、俯俯仰仰轴轴。偏偏航航轴轴指指向向地地心心，滚滚动动轴轴代代表表了了卫卫星星的的前前进进方方向向，俯俯仰仰轴轴为为卫卫星星轨轨道平面的法线方向，三轴是互相垂直的。道平面的法线方向，三轴是互相垂直的。在在卫卫星星的的滚滚动动轴轴和和偏偏航航轴轴上上加加上上高高速速旋旋转转的的动动量量飞飞轮轮，使使卫卫星星在在这这两两个个轴轴向向上上保保持持稳稳定定，而而对对俯俯仰仰轴轴的的控控制制则则是是改改变变动动量量飞飞轮轮的的旋旋转转速速率率，从从而而对对卫卫星星星星体体产产生生反反作作用来完成的。用来完成的。三三轴轴稳稳定定方方式式的的优优点点是是：满满足足了了大大容容量量广广播播卫卫星星对对电电源源的的需需求求。三三轴轴稳稳定定的的卫卫星星在在发发射射时时，太太阳阳能能电电池池帆帆板板是是折折叠叠起起来来的的，在在卫卫星星定定点点之之后后，太太阳阳能能电电池池帆帆板板打打开开，并对准太阳。并对准太阳。3.5 广播卫星广播卫星-姿态控制子系统姿态控制子系统(4)3.姿态传感器姿态传感器首首先先要要了了解解卫卫星星的的瞬瞬时时姿姿态态，然然后后才才能能对对它它进进行行控控制制。测测量量卫卫星星姿姿态态的的装装置置称称为为姿姿态态传传感感器器，姿姿态态传传感感器器有有太太阳阳传传感感器器、地地球球传传感感器器、恒恒星星传传感感器器、射射频频传传感感器器等等几几种种类类型型，它它们们以以不不同同的的对对象象为为测测量量基基准准。三三轴轴稳稳定定卫卫星星通通常常将将地地球球传传感感器器、射射频频传传感感器器和和恒恒星星传传感感器器联联合合使使用用，来测定卫星的瞬时姿态。来测定卫星的瞬时姿态。地地球球传传感感器器的的工工作作原原理理是是利利用用空空间间与与地地球球之之间间存存在在的的温温度度差差来来测测定定卫卫星星俯俯仰仰轴轴的的姿姿态态。宇宇宙宙空空间间的的温温度度接接近近0K，而而地地球球的的温温度度大大约约为为300K。在在垂垂直直于于卫卫星星俯俯仰仰轴轴的的平平面面两两侧侧对对称称地地安安装装两两个个红红外外地地平平仪仪，分分别别扫扫描描地地球球的的南南北北两两个个半半球球。当当卫卫星星的的俯俯仰仰轴轴平平行行于于地地球球的的自自转转轴轴时时，两两个个红红外外地地平平仪仪的的输输出出是是相相同同的的；当当俯俯仰仰轴轴发发生生偏偏差差时时，两两个个地地平平仪仪的的输输出出就就不不同同了了。于于是是根根据据地地平平仪仪的的输输出出，就就可可以以判判断断卫卫星星的的俯俯仰仰轴轴方方向向是是否否正正确确。射射频频传传感感器器是是利利用用无无线线电电信信标标来来测测定定卫卫星星的的姿姿态态；恒恒星星传传感感器器则是以某颗恒星则是以某颗恒星(如北极星如北极星)为基准来测定卫星的姿态。为基准来测定卫星的姿态。3.5 广播卫星广播卫星-姿态控制子系统姿态控制子系统(5)4.姿态控制姿态控制自自旋旋稳稳定定卫卫星星的的姿姿态态控控制制是是采采用用姿姿控控喷喷嘴嘴的的方方式式，卫卫星星上上装装有有小小型型的的姿姿态态控控制制喷喷气气发发动动机机，改改变变喷喷嘴嘴的的方方向向和和喷喷气气量量的的大大小小，就就可可产产生生所所需需的的转转动动力力矩矩，进进而而改改变变卫卫星星的的姿姿态态。三三轴轴稳稳定定卫卫星星的的角角动动量量比比自自旋旋稳稳定定卫卫星星的的要要小小一一些些，更更容容易易受受到到外外界界的的各各种种干干扰扰，因因此此三三轴轴稳稳定定卫卫星星的的姿姿态态控控制制采采用用了了多多种种方方法法相相结结合合的的方方式式。这这些些方方法法包包括括：利利用用喷喷气气、地地磁磁、重重力力梯梯度度、太太阳阳辐辐射射压压力力等等方方式式来来产产生生控控制制力力矩矩；卫卫星星内内部部装装有有中中型型、小小型型飞飞轮轮，利利用用飞飞轮轮转转动动产产生生的的转转动动惯惯量量来来确确保保卫卫星星姿姿态态的的正正确确；改改变变飞飞轮轮的的旋旋转速率产生反作用力。转速率产生反作用力。3.5 广播卫星广播卫星-姿态控制子系统姿态控制子系统(6)5.轨道控制轨道控制同同步步卫卫星星的的轨轨道道平平面面与与地地球球赤赤道道面面之之间间存存在在倾倾角角时时，卫卫星星就就会会产产生生飘飘动动。从从地地面面上上看看，卫卫星星的的飘飘移移轨轨迹迹类类似似于于一一个个“8”字字形形。为为了了保保证证卫卫星星的的轨轨道道平平面面与与地地球球的的赤赤道道平平面面重重合合，在在三三轴轴稳稳定定卫卫星星上上装装有有若若干干个个小小喷喷嘴嘴，改改变变喷喷气气的的方方向向和和喷喷气气量量的的大大小小，就就可以改变卫星的轨道，使之恢复到正常的姿态。可以改变卫星的轨道，使之恢复到正常的姿态。3.6 广播卫星的电参数广播卫星的电参数 1.等效全向辐射功率等效全向辐射功率(EIRP) 2.波束图波束图 3.品质因素品质因素(GT) 4.功率通量密度功率通量密度 5.地面场强地面场强E 6.极化方式极化方式在在此此，讨讨论论卫卫星星的的几几项项主主要要电电参参数数，有有些些一一眼眼就就能能看看懂懂的的电电参参数数，如如工工作作频频率率范范围围、转转发发器器带带宽宽、信信标标频率，行波管输出功率等，就不在此处进行分析了。频率，行波管输出功率等，就不在此处进行分析了。 3.6 广播卫星的电参数广播卫星的电参数-等效全向辐射功率等效全向辐射功率(EIRP)(1)等等效效全全向向辐辐射射功功率率是是卫卫星星转转发发器器的的一一项项极极为为重重要要的的参参数数，它它反反映映了了卫卫星星的的辐辐射射能能力力，在在进进行行卫卫星星线线路路的的工工程程计计算算时时，必必须须要要知知道道此此项项参参数数。等等效效全全向向辐辐射射功功率率一一般般记记为为EIRP，它的定义是：，它的定义是：EIRP=10lgPTWTA(W)-Lt+Gt(dBW)式式中中，PTWTA为为行行波波管管放放大大器器的的输输出出功功率率，单单位位为为W，它它的的具具体体数数值值通通常常在在5W200W之之间间；Lt是是行行波波管管至至卫卫星星天天线线之之间间的的功功率率损损耗耗，单单位位为为dB，数数值值为为正正数数，它它包包括括了了馈馈线线损损耗耗、多多工工器器的的接接入入损损耗耗、双双工工器器的的接接入入损损耗耗等等几几部部分分；行行波波管管放放大大器器的的输输出出功功率率经经过过各各种种中中间间损损耗耗，就就成成为为卫卫星星天天线线的的输输入入功功率率；Gt是是卫卫星星天天线线的的增增益益，单单位位为为dB。等等效效全全向向辐辐射射功功率率的的单单位位是是dBW，0dBW相相当当于于1W，10dBW相相当当于于10W，20dBW相相当当于于100W，依依此此类类推推。通通常常，C波波段段卫卫星星转转发发器器的的等等效效全全向向辐辐射射功功率率在在3040dBW范范围围之之内内，Ku波波段段卫卫星星转转发发器器的的等等效效全全向向辐射功率在辐射功率在4060dBW的范围之内。的范围之内。3.6 广播卫星的电参数广播卫星的电参数-等效全向辐射功率等效全向辐射功率(EIRP)(2)在在上上式式的的三三个个参参数数中中，行行波波管管的的输输出出功功率率和和损损耗耗是是常常数数，它它不不随随接接收收地地点点改改变变，而而卫卫星星天天线线的的增增益益不不是是常常数数，它它随随接接收收地地点点位位置置改改变变，卫卫星星波波束束中中心心处处的的天天线线增增益益最最高高，因因此此等等效效全全向向辐辐射射功功率率为为最最大大值值，可记为可记为EIRPc。3.6 广播卫星的电参数广播卫星的电参数-波束图波束图工工程程上上为为了了便便于于使使用用，通通常常将将卫卫星星的的等等效效全全向向辐辐射射功功率率标标注注在在地地图图之之上上，称称为为卫卫星星的的波波束束图图或或称称为为卫卫星星的的覆覆盖盖区区域域。若若能能了了解解卫卫星星天天线线的的方方向向图图，原原则则上就可以求出卫星的波束图。上就可以求出卫星的波束图。在在进进行行卫卫星星线线路路工工程程设设计计的的过过程程中中，波波束束图图是是一一项项很很重重要要的的参参数数，根根据据波波束束图图能能够够确确定定接接收收地地点点的的等等效全向辐射功率，然后才可以进行以后的设计工作。效全向辐射功率，然后才可以进行以后的设计工作。波束图波束图3.6 广播卫星的电参数广播卫星的电参数-品质因素品质因素(GT)品品质质因因素素是是衡衡量量卫卫星星转转发发器器本本身身质质量量的的一一项项特特性性参参数数，它它反反映映了了卫卫星星转转发发器器接接收收弱弱信信号号能能力力的的大大小小。品品质质因因素素又称为系统优值，通常记为又称为系统优值，通常记为GT，它的定义是：，它的定义是：G/T=G-10lg(Ta+Tt)(dB/K)式式中中，G为为卫卫星星星星载载天天线线在在上上行行工工作作频频率率(614GHz)时时的的增增益益，单单位位为为dB；Ta为为该该天天线线的的等等效效噪噪声声温温度度，单单位为位为K；Tt为卫星转发器的等效噪声温度，单位为为卫星转发器的等效噪声温度，单位为K。卫卫星星星星载载天天线线的的方方向向是是对对准准地地球球的的，地地球球本本身身的的等等效效噪噪声声温温度度就就比比较较高高，同同时时该该天天线线的的口口径径受受到到限限制制，因因此此其其增增益益比比较较低低，综综合合上上述述的的两两方方面面原原因因，卫卫星星转转发发器器的的品品质质因因素素是是比比较较低低的的。C波波段段转转发发器器的的品品质质因因素素的的典典型型数数值值在在10dBK左左右右，而而Ku波波段段转转发发器器的的品品质质因因素素的的典型数值在典型数值在5dBK10dBK之间。之间。3.6 广播卫星的电参数广播卫星的电参数-功率通量密度功率通量密度(1)卫卫星星发发射射出出的的电电磁磁波波到到达达地地面面时时的的功功率率通通量量密密度度，记记为为，单单位位为为dBWm2，它它反反映映了了卫卫星星信信号号到到达达地面时的强度。它的定义是：地面时的强度。它的定义是： =EIRP-20lgd(m)-10lg(4)-L(dBW/m2)式式中中，d为为卫卫星星至至地地面面的的距距离离，单单位位为为m；L为为在在电电波波传传输输过过程程中中由由于于各各种种原原因因产产生生的的附附加加损损耗耗，如如雨雨致致衰衰减减、大大气气的的吸吸收收衰衰减减等等，单单位位为为dB，需需要要特特别别说说明明的的是是，这这里里面面不不包包括括电电波波的的扩扩散散损损耗耗，因因为为由于距离产生的扩散损耗已经在该公式中考虑了。由于距离产生的扩散损耗已经在该公式中考虑了。3.6 广播卫星的电参数广播卫星的电参数-功率通量密度功率通量密度(2)以以北北京京地地区区接接收收亚亚洲洲二二号号卫卫星星Ku波波段段转转发发器器为为例例，计计算算一一下下到到达达地地面面的的功功率率通通量量密密度度。北北京京的的经经度度为为116.5E，纬纬度度40N，亚亚洲洲二二号号卫卫星星位位置置在在100.5E，根根据据波波束束图图可可以以查查出出其其等等效效全全向向辐辐射射功功率率为为50dBW，线线路路的的附附加加损损耗耗按按1dB计计。根根据据这这些些数数据据可可以以计计算算出出卫卫星星到到地地面面的的距距离离为为3.77151169107m，进进一一步步可可以以算算出出地地面面的的功功率率通通量量密密度度为为115.3dBWm2。3.6 广播卫星的电参数广播卫星的电参数-地面场强地面场强E确确定定了了地地面面的的功功率率通通量量密密度度后后，便便可可以以计计算算出出地地面面的的场场强强数数值值。场场强强通通常常是是特特指指电电场场强强度度而而言言。根根据据电电磁磁场场理理论论，场场强强与与功功率率通通量量密密度度的的关系是：关系是：E=+10lg(120)+120=+145.8(dBV/m)公公式式中中场场强强的的单单位位采采用用了了工工程程上上常常用用的的单单位位dBuVm。根根据据上上面面功功率率通通量量密密度度的的数数据据，可可以以求求出出北北京京地地区区亚亚洲洲二二号号卫卫星星Ku波波段段的的地地面面场场强强数数值值为为30.5dBVm。3.6 广播卫星的电参数广播卫星的电参数-极化方式极化方式(1)广广播播卫卫星星(包包括括通通信信卫卫星星)采采用用的的电电波波极极化化方方式式有有圆圆极极化化和和线线极极化化两两类类，通通常常全全球球波波束束和和半半球球波波束束采采用用圆圆极极化化方方式式，而而服服务务局局部部地地区区的的波波束束则则往往往往采采用用线线极极化化方方式式。因因为为广广播播卫卫星星一一般般是是服服务务于于特特定定地地区区的的，所所以以广广播播卫卫星星大大多采用线极化方式。多采用线极化方式。线线极极化化方方式式中中又又分分为为水水平平线线极极化化和和垂垂直直线线极极化化，而而水水平平线线极极化化天天线线是是不不接接收收垂垂直直线线极极化化电电波波的的，同同样样垂垂直直线线极极化化天天线线也也不不接接收收水水平平线线极极化化电电波波，这这种种特特性性称称为为极极化化隔隔离离。由由于于方方向向上上相相互互垂垂直直的的两两种种线线极极化化方方式式之之间间存存在在着着极极化化隔隔离离，因因此此可可以以在在同同一一频频带带范范围围之之内内传传输输两两套套节节目目，这这称称为为“频频率率复复用用”；同同样样圆圆极极化化方方式式也也分分为为左左旋旋圆圆极极化化和和右右旋旋圆圆极极化化两两种种情情况况，在在它它们们之之间间也也存存在在着着极极化化隔隔离离。采采用用频频率率复复用用可可以以充充分分地地利利用用宝宝贵贵的的频频谱谱资资源源，因因此卫星广播和卫星通信均采用了此种方式。此卫星广播和卫星通信均采用了此种方式。3.6 广播卫星的电参数广播卫星的电参数-极化方式极化方式(2)图图3.4是是亚亚太太1A卫卫星星C波波段段转转发发器器的的频频率率配配置置情情况况，从从中中可可以以准准确确无无误误地地看看到到频频率率复复用用的的情情况况。图图中中的的字字母母V代代表表垂垂直直极极化化，H代代表表水水平平极极化化，数数字字代代表表转转发发器器的的中中心心频频率率，每每个个转转发发器器的的带带宽宽为为36MHz，两两个个相相邻邻的的转转发发器器频频率率相相差差40MHz，也也就就是是说说两两个个频频带带之之间存在间存在4MHz的间隔。的间隔。3.6 广播卫星的电参数广播卫星的电参数-极化方式极化方式(3)366037603820 3860 3900 3940 398040204060 41004140 41804199.3753660H 1A2A3A4A5A6A7A8A9A10A11A 12AV 1B2B3B4B5B6B7B8B9B10B11B12B37403800 3840 3880 3920 3960 4000 4040 4080 4120 41604198.25印度洋加强波束印度洋加强波束遥测信号遥测信号图图3.4 亚太亚太1A卫星卫星C波段转发器的频道设置波段转发器的频道设置3.7 大气层对电波传播产生的影响大气层对电波传播产生的影响在在卫卫星星广广播播系系统统中中，地地球球站站发发射射的的上上行行信信号号要要穿穿过过大大气气层层才才能能到到达达广广播播卫卫星星处处，同同样样卫卫星星转转发发的的下下行行信信号号也也必必须须穿穿过过大大气气层层才才能能到到达达地地面面，因因此此在在电电波波传传播播的的过过程程中中必必须须考考虑虑大大气气层层的的影影响响，并并要要对对这这种种影响进行分析。影响进行分析。 1.大气层结构大气层结构 2.大气不均匀性的影响大气不均匀性的影响 3.水汽微粒产生的衰减水汽微粒产生的衰减 4.对流层的去极化效应对流层的去极化效应 5.水蒸汽和氧气的吸收作用水蒸汽和氧气的吸收作用 6.电离层的影响电离层的影响一轮满月悬挂在大气层外一轮满月悬挂在大气层外3.7 大气层对电波传播产生的影响大气层对电波传播产生的影响-大气层结构大气层结构(1)围围绕绕地地球球的的气气体体圈圈称称为为大大气气层层，大大气气层层根根据据物物理理特特性性大大致分为对流层、同温层（平流层）和电离层三部分。致分为对流层、同温层（平流层）和电离层三部分。对对流流层层是是大大气气层层中中最最低低的的一一层层。从从地地面面开开始始，一一直直到到达达15km左左右右的的高高度度，对对流流层层内内气气体体运运动动是是十十分分活跃的，故而得名。活跃的，故而得名。同同温温层层位位于于地地面面上上方方15km50km的的区区域域之之内内，由由于该层内部的温度变化不大，故而得名。于该层内部的温度变化不大，故而得名。电电离离层层分分布布在在地地面面上上方方55km以以上上的的区区域域之之内内，其其上限距地面的高度可达上限距地面的高度可达10000km以上。以上。3.7 大气层对电波传播产生的影响大气层对电波传播产生的影响-大气层结构大气层结构(2)根根据据离离子子密密度度或或自自由由电电子子密密度度的的分分布布，可可以以将将电电离离层层进进一一步步划划分分为为D层层、E层层、F1层层、F2层层和和磁磁层层几几部部分分。D层层的的高高度度约约为为5590km，在在7585km的的范范围围之之内内，电电子子浓浓度度取取极极大大值值。D层层是是由由太太阳阳光光中中的的X射射线线辐辐射射而而形形成成的的，白白天天存存在在，夜夜间间消消失失，D层层对对中中波波产产生生全全反反射射。E层层的的高高度度约约为为85120km，在在高高度度为为l00km左左右右的的地地方方，电电子子浓浓度度取取极极大大值值，E层层也也是是中中波波的的反反射射层层。Fl层层的的高高度度约约为为190230km，F2层层的的高高度度约约为为250400km，这这两两层层全全是是短短波波的的反反射射层层。电电离离层层对对卫卫星星广广播播使使用用的的厘厘米米波波波波段段的的影影响响主主要要是是使使电电波波的的极极化化方方向向发发生生变变化化，即即所谓的法拉第旋转效应。所谓的法拉第旋转效应。3.7 大气层对电波传播产生的影响大气层对电波传播产生的影响-大气不均匀性的影响大气不均匀性的影响(1)大大气气的的不不均均匀匀性性主主要要是是指指对对流流层层内内气气体体的的密密度度不不均均匀匀，同同时时也也可可以以包包含含气气体体的的运运动动。一一般般来来说说，气气体体的的密密度度在在地地面面附附近近比比较较大大，随随着着高高度度的的增增高高，气气体体的的密密度度逐逐渐渐减减小小，但但由由于于受受到到不不同同气气象象条条件件的的影影响响，故气体密度分布规律是十分复杂的。故气体密度分布规律是十分复杂的。气气体体密密度度的的不不均均匀匀性性导导致致气气体体的的折折射射率率也也不不均均匀匀，从从而而使使电电波波在在传传播播过过程程之之中中会会发发生生折折射射现现象象，从从而而导导致致电电波波的的衰衰落落和和多多径径传传输输。所所谓谓的的衰衰落落是是指指电电场场随随着着时时间间作作无无规规律律的的变变化化，而而多多径径传传输输则则会会使使数数字字信信号号在在传传输输过过程程中中产产生生误误码码。我我们们平平常常所所说说的的星星星星眨眨眼眼睛睛的的现现象象就就是是一一种种体体现现在在光光波波波波段段内内的的快快速速衰衰落现象。落现象。3.7 大气层对电波传播产生的影响大气层对电波传播产生的影响-大气不均匀性的影响大气不均匀性的影响(2)卫卫星星广广播播的的电电波波传传输输路路径径是是斜斜路路径径，通通常常天天线线的的仰仰角角要要大大于于10，因因此此多多径径传传输输的的现现象象在在卫卫星星广广播播中中基基本本上上是是不不存存在在的的。气气体体不不均均匀匀性性对对卫卫星星广广播播的的影影响响主主要要体体现现在在信信号号的的快快速速衰衰落落上上。环环境境温温度度、空空气气的的湿湿度度、气气压压等等参参数数的的不不均均匀匀及及随随时时间间的的变变化化，使使得得气气体体的的折折射射率率发发生生比比较较小小数数量量级级的的变变化化，这这种种变变化化进进一一步步使使电电波波发发生生快快速速衰衰落落。在在厘厘米米波波波波段段，电电波波衰衰落落的的幅幅度度通通常常在在0.5dB的的范范围围以以内内，衰衰落落变变化化时时间间的的数数量量级级为为数数分分钟钟至至数数十十分分钟钟，快快速速衰衰落落的的特特点点是是信信号号瞬瞬时时值值发发生生快快速速的的变变化化，而而平平均均值值则则比比较较稳稳定定。长长期期测测量量的的结结果果表表明明，衰衰落落幅幅度度超超过过2dB的的时时间间百百分分比比不不超超过过1。对对电电波波的的衰衰落落现现象象进进行行测测量和理论分析量和理论分析 都是十分复杂的工作。都是十分复杂的工作。3.7 大气层对电波传播产生的影响大气层对电波传播产生的影响-水汽微粒产生的衰减水汽微粒产生的衰减对对流流层层内内的的水水汽汽微微粒粒包包括括云云、雨雨、雪雪、冰冰雹雹、冰冰晶晶等，它们又被称为是等，它们又被称为是水汽凝结体。水汽凝结体。当电波穿过对流层中的水汽微粒时，就会产生衰减当电波穿过对流层中的水汽微粒时，就会产生衰减。水水汽汽微微粒粒对对电电波波产产生生衰衰减减的的物物理理机机制制是是，每每个个微微粒粒在在入入射射电电波波的的作作用用之之下下被被激激发发成成为为电电偶偶极极子子、磁磁偶偶极极子子和和四四极极子子，电电偶偶极极子子和和磁磁偶偶极极子子都都是是最最基基本本的的天天线线模模型型，在在此此过过程程中中水水汽汽微微粒粒从从入入射射电电波波中中吸吸收收的的一一部部分分能能量量转转化化成成为为热热量量，而而另另一一部部分分能能量量则则被被辐辐射射出出去去，形形成成微微粒粒对对电电波波的的散散射射。吸吸收收和和散散射射的的能能量量与与水水汽汽微微粒粒的的形形状状、线线度度、折折射射率率、吸吸收收系系数数、微微粒粒的的分分布布以以及及电电波波的的波波长长、环环境境温温度度、气气压压等等因因素有关。素有关。3.7 大气层对电波传播产生的影响大气层对电波传播产生的影响-对流层的去极化效应对流层的去极化效应去去极极化化效效应应是是指指线线极极化化波波穿穿过过各各向向异异性性介介质质时时，极极化方向发生改变的物理现象。化方向发生改变的物理现象。对对流流层层中中的的去去极极化化效效应应是是由由于于降降雨雨或或冰冰晶晶引引起起的的。雨雨滴滴本本身身的的形形状状很很不不规规则则，同同时时雨雨滴滴的的下下降降路路线线也也很很复复杂杂，因因此此降降雨雨区区域域内内的的介介质质应应该该按按照照各各向向异异性性介介质质来来处处理理。由由于于降降雨雨产产生生的的散散射射对对不不同同极极化化方方向向、不不同同入入射射方方向向的的电电波波是是不不一一样样的的，因因此此当当电电波波穿穿过过降降雨雨区区域域后后，就就会会产产生生所所谓谓的的交交叉叉极极化化分分量量，从从而而使使线线极极化化电电波波的的极极化化方方向向发发生生了了改改变变；而而对对于于圆圆极极化化波波来来说说由由于于对对流流层层去去极极化化效效应应的的存存在在，当当电电波波穿穿过过降降雨雨区区域域之之后后圆圆极极化化波波就就变变成成了了椭椭圆圆极极化化波波。对对于于卫卫星星广广播播来来说说，对对流流层层的的去去极极化化现现象象会会引引起起交交叉叉极化干扰，从而在一定程度上影响了频率复用。极化干扰，从而在一定程度上影响了频率复用。 3.7 大气层对电波传播产生的影响大气层对电波传播产生的影响-水蒸汽和氧气的吸收作用水蒸汽和氧气的吸收作用在在对对流流层层中中，水水蒸蒸汽汽和和氧氧气气对对厘厘米米波波波波段段的的电电波波有有着着明明显显的的吸吸收收作作用用，这这可可以以用用分分子子谐谐振振的的理理论论来来解解释释。理理论论分分析析表表明明，水水蒸蒸汽汽的的分分子子是是电电偶偶极极子子，当当频频率率为为22GHz(波波长长为为1.35cm)时时出出现现谐谐振振；而而氧氧气气分分子子可可以以看看作作 是是 磁磁 偶偶 极极 子子 ， 它它 分分 别别 在在 60GHz(波波 长长 为为 0.5cm)和和120GHz(波长为波长为0.25cm)时谐振。时谐振。根根据据国国际际电电联联6761建建议议书书(ITUR Rec.6761)中中给给出出的的方方法法，当当温温度度为为15，气气压压为为1013mPa，水水蒸蒸汽汽的的密密度度为为7.5gm3时时，可可得得到到水水蒸蒸汽汽和和氧氧气气的的吸吸收收系系数数曲曲线线。从从中中可可以以清清楚楚地地看看出出，在在厘厘米米波波和和毫毫米米波波波波段段内内存存在在着着几几个个适适合合于于卫卫星星广广播播和和卫卫星星通通信信使使用用的的频频带带，通通常常称称为为“窗窗”，它它们们分分别别是是：15GHz以以下下、3040GHz、70100GHz，在在这这些些“窗窗”的的范范围围之之内内躲躲开开了了氧氧气气和和水水蒸蒸汽的吸收现象，因此电波的损耗比较小。汽的吸收现象，因此电波的损耗比较小。3.7 大气层对电波传播产生的影响大气层对电波传播产生的影响-电离层的影响电离层的影响(1)由由于于太太阳阳光光中中的的紫紫外外线线和和其其它它字字宙宙射射线线的的辐辐射射，使使得得海海拔拔高高度度在在551000km范范围围之之内内的的大大气气电电离离，形形成成自自由由电电子子、离离子子和和中中性性粒粒子子组组成成的的等等离离子子体体，因因此此可可以以将将电电离离层层当当作作是是不不均均匀匀的的导导电电介介质质。描描述述等等离离子子体体的的主主要要参参数数就就是是其其内内的的电电子子浓浓度度或或离离子子浓浓度度。上上述述这这些些带带电电粒粒子子还还要要受受到到地地球球磁磁场场的的影影响响，因此电离层的问题也是很复杂的。因此电离层的问题也是很复杂的。电电离离层层对对长长波波、中中波波和和短短波波来来说说是是一一个个反反射射层层，频频率率在在30MHz以以内内的的电电波波是是很很难难穿穿过过电电离离层层的的，而而在在卫卫星星广广播播工工作作的的厘厘米米波波波波段段内内，电电波波穿穿过过电电离离层层是是没没有有困困难难的的，而而电电离离层层对对电电波波的的主主要要影影响响是是使使线线极极化化波波极极化化方方向向发发生生变变化化的的法法拉拉第第旋旋转转效效应应，另另外外的的影响就是产生电离层闪烁现象。影响就是产生电离层闪烁现象。3.7 大气层对电波传播产生的影响大气层对电波传播产生的影响-电离层的影响电离层的影响(2)电电离离层层闪闪烁烁现现象象就就是是一一种种电电波波的的快快速速衰衰落落现现象象，具具体体表表现现为为：电电波波穿穿过过电电离离层层之之后后，电电场场的的幅幅度度、相相位位和和极极化化状状态态都都会会发发生生较较短短周周期期的的不不规规则则变变化化。电电离离层层闪闪烁烁与与纬纬度度、季季节节、时时间间、太太阳阳的的活活动动等等因因素素有有关关，通通常常是是根根据据实实际际观观测测数数据据来来研研究究电电离离层层的的闪闪烁烁问问题题。在在厘厘米米波波波波段段内内分分析析的的结结果果表表明明，电电离离层层闪闪烁烁的的周周期期约约在在2一一15秒秒的的范范围围之之内内，而而闪闪烁烁的的幅幅度大概与频率的平方成反比。度大概与频率的平方成反比。在在进进行行卫卫星星广广播播的的工工程程计计算算时时，一一般般可可以以不不考考虑虑电电离层闪烁对电波传播的影响。离层闪烁对电波传播的影响。3.8 极化旋转效应极化旋转效应电电磁磁波波穿穿过过各各向向异异性性介介质质时时极极化化方方向向发发生生旋旋转转的的现现象象是是首首先先由由法法拉拉第第在在研研究究光光波波时时发发现现的的，故故而而称称为为法拉第旋转效应。法拉第旋转效应。根根据据理理论论分分析析，法法拉拉第第旋旋转转效效应应与与频频率率的的平平方方成成反反比比，而而与与带带电电粒粒子子的的浓浓度度和和传传播播方方向向上上地地球球磁磁场场分分量成正比。量成正比。对对于于卫卫星星广广播播来来说说，在在C波波段段应应该该考考虑虑法法拉拉第第旋旋转转效效应应带带来来的的影影响响，而而在在Ku波波段段内内和和Ka波波段段内内，则则完全可以忽略拉第旋转效应。完全可以忽略拉第旋转效应。3.9 雨致衰减雨致衰减(1)由由于于降降雨雨对对电电波波产产生生的的衰衰减减，称称为为雨雨致致衰衰减减，简简称称为为雨雨衰衰。对对于于数数字字卫卫星星广广播播系系统统来来说说，必必须须对对雨雨衰衰的的影影响响程程度度进进行行分分析析。当当电电波波穿穿过过降降雨雨的的区区域域时时，雨雨滴滴会会对对电电波波产产生生吸吸收收和和散散射射，故故而而造造成成衰衰减减。雨雨衰衰的的大大小小与与雨雨滴滴半半径径与与波波长长的的比比值值有有着着密密切切的的关关系系，而而雨雨滴滴的的半半径径则则与与降降雨雨率率有有关关。实实测测结结果果表表明明雨雨滴滴的的半半径径约约在在0.025cm一一0.3cm之之间间，在在Ku波波段段内内，电电波波的的波波长长在在2.5cm左左右右，因因此此在在Ku波波段段雨雨衰衰的的影影响响是是比比较较大大的的；而而在在C波波段段，因因波波长长在在7.5cm左左右右，波波长长远远大大于于雨雨滴滴的的半半径径，故故降降雨雨产产生生的的衰衰减减是是比比较较小小的的，通通常常不不超超过过0.5dB。雨雨衰衰对对电电波波产产生生的的影影响响主主要要是是吸吸收收衰衰减减，大大部部分分表表现现为为热热损损耗耗。理理论论分分析析表表明明，雨雨致致衰衰减减的的大大小小与与雨雨滴滴的的物物理理模模型型、电电波波的的极极化化方方向向、工工作作波波长长、接接收收地地点点的的位位置置及及海海拔拔高高度度等等诸诸多多因因素素有有关关，其其中中特特别别是是雨雨滴滴的的模模型型在在世世界界各各国国乃乃至至国国内内各各地地是是不不大大相相同同的的，故故雨雨衰衰数数值值的的估估算算是是一一项项十十分分复杂的工作。复杂的工作。3.9 雨致衰减雨致衰减(2)Ku波波段段内内雨雨衰衰现现象象对对数数字字卫卫星星电电视视广广播播产产生生的的影影响响是是十十分分显显著著的的。降降雨雨产产生生的的衰衰减减随随着着降降雨雨率率的的增增大大而而增增大大，根根据据实实测测和和估估算算，对对于于Ku波波段段，短短时时间间内内(数数分分钟钟)降降雨雨的的衰衰减减可可高高达达20dB，显显然然如如此此大大的的衰衰减减量量将将使使广广播播线线路路暂暂时时中中断断；因因此此在在Ku波波段段广广播播卫卫星星设设计计工工作作中中，应应该该考考虑虑到到雨雨衰衰的的影影响响，对对转转发发器器天天线线的的波波束束图图进进行行优优化化设设计计，同同时时采采用用较较大大口口径径的的接接收收天天线线可可在在一一定定程程度度上上解解决决雨雨衰衰的的问问题题。另另外外，对对于于数数字字卫卫星星广广播播系系统统来来说说，有有时时仅仅仅仅增增加加几几个个dB的的降降雨雨衰衰减减就就会会产产生生很很大大的的误误码码率率，从从而而使使卫卫星星线线路路中中断断，此此种种现现象象被被称称为为“峭峭壁壁效效应应”，这是数字信号传输过程中所特有的现象。这是数字信号传输过程中所特有的现象。为为了了保保证证数数字字卫卫星星广广播播系系统统达达到到99.99的的使使用用率率(与与0.01的的中中断断率率等等价价)，即即一一年年之之内内所所有有的的中中断断时时间间加加在在一一起起不不能能超超过过1小小时时。因因此此，考考虑虑到到雨雨衰衰现现象象以以后后，在在Ku波段中整个系统的波段中整个系统的GT值就要留有较大的裕量。值就要留有较大的裕量。第第3章总结章总结1. 上行站上行站2. 同步卫星同步卫星3. 日凌与卫星蚀日凌与卫星蚀4. 卫星广播使用的频率范围卫星广播使用的频率范围5. 广播卫星广播卫星6. 广播卫星的电参数广播卫星的电参数7. 大气层对电波传播产生的影响大气层对电波传播产生的影响8. 极化旋转效应极化旋转效应9. 雨致衰减雨致衰减第第3章思考题章思考题(1)1.数数字字卫卫星星电电视视上上行行站站的的主主要要作作用用是是什什么么?为为什什么么上上行行站站内采用双机备份的工作方式内采用双机备份的工作方式?2.画出数字卫星电视上行站的组成框图。画出数字卫星电视上行站的组成框图。3.简述上行站的主要工作过程。简述上行站的主要工作过程。4.简述人造地球卫星的主要分类。简述人造地球卫星的主要分类。5.什么是静止卫星什么是静止卫星?为什么广播电视应采用静止卫星为什么广播电视应采用静止卫星?6.什么是同步卫星的摄动什么是同步卫星的摄动?其产生的主要原因是什么其产生的主要原因是什么?7.什什么么是是卫卫星星接接收收天天线线的的俯俯仰仰角角和和方方位位角角?其其计计算算公公式式如如何何?8.什么是卫星的日凌和卫星蚀什么是卫星的日凌和卫星蚀?9.卫星电视使用的频率范围如何卫星电视使用的频率范围如何?10.根根据据用用途途,同同步步卫卫星星有有哪哪几几种种?广广播播卫卫星星与与通通信信卫卫星星的的主要区别是什么主要区别是什么?第第3章思考题章思考题(2)11.广广播播卫卫星星由由哪哪几几个个子子系系统统组组成成?每每个个子子系系统统的的作作用用如何如何?12.卫星上的天线有几种卫星上的天线有几种?13.简述一次变频型转发器的组成情况。简述一次变频型转发器的组成情况。14.卫星的三轴是哪三轴卫星的三轴是哪三轴?15.列出广播卫星的主要电参数。列出广播卫星的主要电参数。16.什什么么是是大大气气层层?并并简简述述其其主主要要组组成成部部分分。大大气气层层对对电波传播产生的影响主要有哪些电波传播产生的影响主要有哪些?17.什么是衰落与快速衰落什么是衰落与快速衰落?18.什什么么是是极极化化旋旋转转?什什么么是是雨雨致致衰衰减减?什什么么是是“峭峭壁壁效效应应”?第三章第三章 作业作业n2、3、10、11、16、18注意注意:做在纸介的作业本上做在纸介的作业本上,按时上交，并要长期保存好按时上交，并要长期保存好