卫星通信的基础知识

业余卫星通信常识
一、卫星通信系统
　　卫星通信可以分为空间部分和地面部分。
　　在两部分之间是传输信道。空间部分当然是卫星，而地面部分这是我们的电台。一般把卫星上的电台称为空间站，地面的电台称为地面站。
　　卫星通信系统包含了卫星通信使用的频率和电波形式以及通信方式，还包括与此相适应的通信设备和卫星以及其使用方法。对我们来说，由于卫星的功能、性能和运行轨道决定了大部分的系统要点，所以地面站可主要考虑与卫星相关的发送、接受设备、天线以及附属设备。
　　在地面站和空间站之间的通信信道包括有上行信道和下行信道。为了避免相互干扰，上行信道和下行信道一般使用不同的频段（在5600MHz波段有两个卫星使用的频段，在同一频段上可以进行上行、下行传输）。波段的组合有简便的称号，如下表所示：
                   方式              行线路              行线路
                      A                  144                    29
                      B                   435                   144
                      J                    144                   435
                      L                    1270                 435
                      S                    435                  2400
以JAS-1B为例，在J方式下，上行信道使用了145MHz频段，下行信道使用435 MHz频段。在业余无线电通信中，除了要考虑卫星转发器的制造条件，还要根据地面上信号混合情况决定频率的组合。来自卫星的电波一般强度较弱，而且可覆盖全球，为了更好地进行通信和使用，要在国际通用卫星中设定业余卫星的专用频段。
二、卫星通信信道
　　进行卫星通信的条件之一，是要保持电台与卫星之间的电报具有一定强度。因此要对卫星信道有深入的理解。这对于发射机输入功率、天线增益、接受放大器以及电缆衰耗等电台设备的准备有很大作用。如无以上条件的设备，只凭差不多的感觉设置设备，不但不能很好好的通信，而且盲目的增加发射功率还会对周围的环境产生影响。
　　Phase2和Phase3被称为Phase2的通信卫星，由于高度为1000km的较低轨道上运行，其周期大约为2小时，而Phase3在远地点到达景致轨道的长椭圆轨道上运行，运行一周需要将近半天的时间。
　　当然其业务区域会有所增加，在远地点的运行比较容易有手动控制进行天线跟踪和多普勒补偿。这种方式由前苏联的通信卫星摩尔尼亚首先使用，所以该轨道也成为摩尔尼亚轨道。
三、卫星设备
　　在地面站中包括以下主要设备：
　　1、天线
　　由于原则上上行信道与下行信道分别适用不同的频段，所以发射和接受要使用不同的天线，适用于直线和圆极化波的天线比较理想，有自动跟中功能的天线就更加方便。发送、接受天线的增益要根据使用频率和卫星的条件来确定。
　　2、发送设备
　　要具备必要的输出功率，并与所使用的电波形式相适应。
　　3、接受设备
　　应具备较强的抗干扰能力。在频率调谐上精度高得比较好用，也就是说步进10Hz的优于步进100Hz的。
　　4、前置放大器
　　杂司接受机与天线之间的电缆损耗不能忽略，或主接受机的噪音支书不十分小时，需要用前置放大器在低噪音条件下放大天线的输出信号，使信号强度和信噪比到达适当的值。
　　5、功率放大器
　　在电缆较长，功率损耗较大时，设置在天线附近向天线提供必要的功率。
　　6、滤波器
　　一般与发送、接受天线安装在同一场所。为防止大功率的发射机的高次谐波和寄生信号，
在适当的地方根据需要使用滤波器。
　　7、频率控制装置
　　用与自动补偿多普勒偏移。一般与轨道计算程序配合使用。
　　8、数字通信设备
　　用于分包通信，还需要使用与PSK信号对应的TNC和微机等设备。对于不适用与PSK的TNC则需要加用PSK调制解调器。
四、低轨道卫星通信系统组成
　　一个低轨道卫星系统有以下几个部分组成：
　　1、天线系统
　　在卫星通信中，一般来讲，由于传输损耗较大，所以希望天线有较强的方向性，既需要有较大的信号增益。多数情况下，还安装有高增益的前置放大器，以提高信号的强度。
　　实际上在HF段使用偶极子或八木天线，在VHF/UHF段几乎都是用8-10单元的八木天线，更高的频带使用20单元的八木天线或是抛物面天线。
　　天线系统还要考虑极化方向的问题。卫星上的发射、接受天线大多使用直线极化或圆极化，如果发射、接受信号都使用圆极化，则应使其旋转方向一致。
　　由于低轨道卫星的姿态变化较显著，与其发射、接受双方都使用圆极化，不如双方分别使用圆极化和线极化，以消除极化波重合的麻烦。当然，在使用线极化天线接受圆极化波，或者想法的情况下，增益将比正常时降低3dB。
　　由于低轨道卫星运行周期较短，一般几个小时绕地球一周。所以，天线系统还应具备自动跟踪的功能。一般把发送、接受天线集中安装在可延水平轴和垂直轴旋转的云台上，根据室内机房提供的驱动信号和电力完成跟踪动作。
　　2、收发信设备系统
　　在卫星通信系统中，收发信机是爱好者与卫星联系的中介。它的性能直接影响通信的质量。一般有条件搞卫星通信的爱好者使用专用的卫星收发信机，能够异频双工工作。
　　3、跟踪控制系统
　　低轨道卫星的特点是运行的速度特别快，一般每两个小时绕地球一周。所以了，要与低轨道卫星通信，必须能精确的确定卫星的位置，这样才能有效地与卫星通信。
　　计算卫星的轨道有专门的软件，可以从业余卫星组织（AMSAT）的网站上下载。算出卫星的仰角和方位角后，有计算机控制天线方控制器，使天线始终指向卫星，实现对卫星的跟踪。
　　在一般情况下，由于天线的指向波速有一定的范围，也可用手动的放大来调节天线，同样实现跟踪功能。