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太空邮递员——通信卫星
    日期:2009年02月10日    字体:【】【】【
  通信卫星主要靠卫星上的通信转发器和通信天线来完成通信任务的。它们是位于太空的“二传手”,即设在卫星上的微波中继站。
  通信转发器的作用是,将星上天线接收到的由地面站发送的电话、电报、传真、数据和图像等微弱的信号进行放大、变频,然后再通过发射天线把信号发射到另外的地点,以实现通过卫星进行两个地点的通信。由此不难理解,通信卫星所载通信转发器数量的多少,是衡量某一卫星通信能力大小的标准。早期的通信卫星只有几台通信转发器,而在当代通信卫星上已经有几十甚至上百台通信转发器了,使卫星的通信能力大大提高。
  目前,转发器有两种,一种是弯管式转发器,它对接收的信号除进行放大和变频外,不进行任何加工处理,只是单纯地完成转发任务。另一种是处理转发器,它除了进行信号转发外,还具有信号处理的功能。用转发器进行信号处理有多种,它随通信需要选用。例如,通过对信号解调和再生,可去掉上行线路中叠加在信号上的噪声,提高整个通信链路的传输质量;通过星上信号处理,可实现线路的信道、频率、功率和波束的动态分配,以使卫星资源得到最佳利用;通过星上信号处理,能建立星间通信链路,以实现卫星之间的联网。星上天线也有多种,例如:采用大尺寸反射器及多波束天线既可形成窄波束,提高天线增益,使地面用户终端小型化,实现手持机卫星通信,又因多个点波束能通过空分隔离等手段实现频率多次复用,使宝贵的频率资源得以充分利用。
  通信卫星一般运行在地球静止轨道上,地球静止轨道是一条倾角为0°、高度约为36000千米的圆轨道。在此轨道上运行的卫星从地面上看好像一点不动,所以称为地球静止轨道卫星。其实这种卫星并不是真的不动,只是卫星沿与地球自转相同的方向运转,而且环绕地球飞行一圈的时间和地球的自转周期相同,所以在地球上看卫星就好像是不动的。地球静止轨道是非常有用的,目前大多数的通信卫星都是采用这种轨道,它可以定点在赤道某一个地区上空,使卫星天线指向固定的地区,从而实现两地的连续通信。如果在地球静止轨道上每隔120°放置一颗卫星的话,就能实现除两极以外的全球通信。也就是说,可以利用3颗等间隔放置的地球静止轨道卫星实现全球通信。
    那么为什么现在又兴起低轨道通信卫星热呢?因为地球静止轨道通信卫星虽然具有覆盖面积大、控制简单等一系列的优越性,但是它也存在不足之处。一是地球静止轨道只有一条,在这一条轨道上不可能放置太多的卫星,否则它们之间会产生无线电干扰,因而现在轨道上已是星满为患,轨道资源十分紧张。二是由于这种卫星在距离地面约36000千米的高度飞行,而它的发射功率只有几瓦到几十瓦,经过传输路程的损耗,到达地面的信号很微弱。如果加大卫星的发射功率,又会使得卫星的质量增加、技术复杂,进而又带来要求火箭运载能力增加等一系列问题。为了克服这个问题,地面站就必须采取大功率发射机和高灵敏度的接收机以及尺寸庞大的地面天线,这又使地面设备的规模庞大,造价昂贵。三是由于卫星距离地面约36000千米,会产生信号的延迟现象和回声干扰现象。这是为什么呢?因为尽管电波以30万千米/秒的速度传播,但是由于卫星距地面太远,在进行双向通信时,信号在星地间往返两次要走16.8万多千米的路程,无线电传播需要约0.6秒的时间,这样就使说话人听对方的答话有延迟现象,因而听起来很不舒服;而且正是有这个延迟现象,使得发话人能够听到自己的说话声音,这就是回声现象。为了解决这个问题,在电路中必须增加回声抑制器。为了克服上述的种种不足,现在又兴起了低轨道通信卫星热。低轨道卫星星地之间路径短,能克服地球静止轨道卫星存在的种种缺陷。不过,低轨道卫星信号覆盖地面面积小,为了覆盖全球,需要用多颗卫星组成星座才能进行全球通信。例如,“依”星移动通信星座有66颗卫星,分布在6条高度为780千米的轨道上。它可为移动用户在任何时间、任何地点提供全球通信服务,十分方便,通信质量也好。
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