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  • 波束面积

    波束面积是由星体、转发器及其接收-发射天线、太阳能电源糸统、姿态控制与轨道控制糸统、遥测与遥控糸统等组成。

    编辑摘要

    本文只简介核心部分转发器及其发射天线的基本工作原理,转发器接收地面发来的电视信号(上行信号),将其变频并放大到足够的功率,大功率的功率放大管由行波管担任。现代大功率广播卫星C波段行波管放大器功率超过55W、Ku波段功率更高达150W以上。现代大功率卫星有数十个转发器,通过技术处理用多工器将各频道的下行信号遥测合并,再经环行器送到发射天线(卫星发射天线属通信类定向天线)向地面覆盖区转发卫星电视信号(下行信号),为提高地面卫星信号强度,有效利用下行信号资源,发射天线的方向图应根据地面服务区的形状来确定。卫星发射天线按其覆盖区的大小,可分为全球波束天线(覆盖地球面积的42.4%)、点波束天线、区域波束(覆盖地球面积的10%)、半球波束天线(覆盖地球面积的20%)、赋形波束天线,卫星波束示意图见图1。卫星发射天线其形壮属喇叭口馈源外加反射器形定向发射天线,其张角的大小决定波束面积的大小,对广播卫星而言,全球波束的半功率宽度约17.4°、点波束的半功率宽度只有几度或更小、而赋形波束天线,覆盖区轮廓不规则,视服区的边界而定。为使波束成形,通过修改反射器或用多个馈源从不同方向经反射器产生多波束的组合来实现。在大容量广播卫星中往往用多副天线产生多个波束,还备用了可移动波束及波束扩展技术,提供卫星用户还要应电视节目商的更多更便利的服务。卫星信号传送的极化方式有两种标准:线极化和圆极化,利用垂直极化(V)与水平极化(H)、左旋圆极化(L)和右旋圆极化(R)相互隔离之特性传送不同的电视节目,即采用频率复用技术以提高卫星的传输容量。这两种极化有各自的优缺点。圆极化雨、雪衰减小,穿透电离层能力强,不受地球两极磁场产生的法拉地效应,安装调试简单(不用调整极化);制造性能较好的线极化LNB比圆极化容易的多,其效率较高,线极化10GHz以上频段法拉地效应甚微,在中纬度地区广泛应用,缺点需调整极化。这也就不难理解,新型俄星C波段用圆极化,Ku波段用线极化的原因。而我国中星九号直播卫星采用的是圆极化,一是国际规定受保护的波束、频段、极化方式避免可能引起的干扰,二还有降低雨、雪及电离层的衰减。

    广播卫星通过转发器-发射天线,电视信号到达地面的微波电磁波强度,技术用语定义是指波束覆盖区中的等效全向辐射功率,简称场强(eirp),其功率大小值由dbw表示。由于卫星发射天线定向地面发射,功率分布并不均匀、再加“自由空间路经损失”,因此卫星覆盖区域中心位置的功率,要大于其边缘位置的功率。我们将这些相同与不同糸例EIRP等值线重叠在地图上,得到一个完整的波束覆盖图,简称场强图。

    卫星电视场强图的作用,是为接收者提供收视参考。通常我们看到的卫星场强图都是理想值,即单一转发器的最大功率。有些卫星场强图提供的数据,实际收视与计算值误差较大,这与上行、下行信号的功率有关,而影响功率的因素多多。如卫星器件的老化,高频损失等。必须指出:数字卫星信号的强度,EIRP值小于模拟卫星信号值,在于数字信号压缩、打包过程对数字信号的隔离功率损失。在使用单载波(SCPC)同一转发器、或使用多载波(MCPC)不同转发器,各频点信号强度不可能一至,都有高低之分。一个转发器的载波讯号就是一个正弦波,对单载波讯号而言,频点载波处于正弦波峰值位置,同一转发器频点讯号最强,相反处于正弦波最边缘位置,频点讯号强度自然要差些。

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