C波段卫星通信地球站子系统的设计
2010年第21期SCIENCE &TECHNOLOGY INFORMATION ○百家论剑○科技信息
C 波段卫星通信地球站子系统的设计
王亚军
(中国电子科技集团公司第二十研究所
陕西
西安
710068)
【摘要】C 波段卫星通信地球站是监测参考站的重要通信方式，由于卫星通信较之地面通信不受地理位置及距离限制，应用较为为广泛。本文给出某卫星导航地面运控系统中卫星通信地球站子系统的设计。
【关键词】卫星通信；C 波段；地球站
C-Band Satellite Communicate Earth Station Design
【Abstract 】The C band satellite communicate Earth station is the important Communicate method that monitors the reference station, because the satellite Communication compare of the ground Communication be free from the geography position and the distance, so it ’s apply widely. This paper introduces the design of Satellite Communicate Earth station subsystem of the Ground Monitor Station for a Navigation Satellite System.
【Key words 】Satellite communications ；C-band ；Earth station 卫星通信具有通信容量大，频段宽，覆盖面积大，信道传输质量好，建站快，建站成本与通信距离无关，受地理限制小等一系列特点，是一种很好的数据传输方式。在我国BD2卫星导航地面运控系统中，测量数据的传送就是利用C 波段卫星通信地球站完成的，卫星导航地面运控系统由主控制站、监测参考站和注入站组成，C 波段卫星通信地球站是监测参考站的组成之一，在系统中主要完成将监测参考站采集的伪距、多卜勒频率，电离层延时、气象等数据传输到主控站。C 波段卫星通信地球站是监测参考站可靠运行的有力通信保障。
成将接收3625～4200MHz 频段上的调制信号，变到中频70MHz 送CDMA 解调终端进行解调，并具有良好的相位噪音。
CDMA 调制解调器实现发送数据的调制和接收数据的解调功能。C 波段转发器连接在天线馈源的耦合端口上，它将发射的6GHz 信号下变到接收的4GHz 信号，这样就可以对站内设备进行有线链路的设备自检和系统自校。
监控分系统由计算机、数据采集卡、和数据库、操作系统及监控软件组成，用于对卫星通信地球站的所有设备的状态查询，故障隔离，信道控制等。1．3通信流程
如图1所示，在发射方向，监测参考站数据处理终端将卫星原始观测数据进行数据预处理，并生成规定的帧格式数据包，发送给CDMA 调制器，调制器对数据编码，再与本地扩频码进行扩频调制，成型滤波并在中频70MHz 上实现(PSK)相位调制，输出送给上变频器，上变频器将70MHz 中频信号经过变频，成为6GHz 高频发射信号，送固态高功率放大器SSPA 进行功率放大，最后通过天线发给主控制站。
在接收方向，天线接收经过卫星转发的主控制站微弱信号，然后送低噪声放大LNA 进行前级放大后，送下变频器，经过两次下变频，成为中频信号，送CDMA 解调器，经过解扩、解调和译码，恢复出数字信号，得到数据。
1
1．1
系统设计
通信方式
C 波段卫星通信地球站采用扩频通信方式，扩频通信具有许多的优点：首先，扩频通信抗干扰能力强。它利用扩频序列的相关特性对宽带和窄带干扰具有很强的抑制能力；其次,
具有较好的载波传输信号的保密能力。扩频信号频带宽，信号功率谱密度低，通常掩埋在噪声下，具有较好的的保密能力；第三，可实现CDMA 多址联接，组网较为灵活方便. 1．2硬件组成
C 波段卫星通信地球站的硬件由3.7米天线（含天线、天线伺服控制器、天线驱动器）、低噪声放大器（LNA ）、固态高功率放大器(SSPA)、上变频器、下变频器、C 波段转发器和CDMA 调制解调器、数据处理终端等组成，如下图1所示:
2链路参数计算
链路参数计算是地球站系统设计的重要内容之一，通过链路计算可以确定地球站的设置是否满足通信质量和容量的需求，了解系统余量，并根据计算结果选择地球站最佳配置。下面对卫星地球站各设备的主要参数进行计算。
2．1天线主要参数
天线口径发射增益接收增益
3.7米45dB 41dB 45K 21dB/K1kw/port
自动跟踪，程序跟踪
图1C 波段卫星通信地球站方框图
噪声温度
G/T值
发射功率容量跟踪方式
天线伺服分系统由面直径为3.7米环焦抛物面天线(含天线面、反射器、馈源双工器) 、天线座、天线伺服控制器、天线驱动器组成。天线伺服分系统主要完成卫星通信地球站天线准确对准所需卫星，并对该卫星幅射和接收信号。
射频发射分系统由上变频器，固态高功率放大器SSPA 和1:1主备倒换（同轴/波导）开关组成。上变频器采用二次变频方式，一本振为L 频段高稳定点频率源，二本振为微波频率综合器，完成将CDMA 调制解调器输出的中频70MHz 调制信号，变到5850～6425MHz 频段上，并具有良好的相位噪音。SSPA 是发射信号的末级放大设备，完成信号的功率放大，SSPA 功率线性度好，可以通过监控接口进行发射功率控制、工作状态进行监控。
射频接收分系统由下变频器，低噪声放大器LNA 和1：1主备倒换（波导/同轴）开关组成。LNA 实现接收信号的前级放大。下变频器完
2．2SSPA 主要参数
频率输出功率P 1db
增益
相噪噪声系数
5850～6425MHz ＋46.8dBm
G
可调范围
70dB 20dB （0.5dB 步进）
满足IESS-308/309-10dB 标准
12dB （在最大增益处）
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2．3LNA 主要参数
频率范围噪声温度增益增益平坦度
向辐射功率）为+92dBm，接收的最小EIRP 为－160dBm 。
3625～6200GHz
45°K 55dB ±0. 5dB （全频段）
发CDMA 调射制解调器方输出-向35dBm
上变频器增益
输出
功放增益
输出
3.7米天线发射
增益
输出
发射
EIRP +67～+
92dBm
接收
35dB
衰减量：
25dB
CDMA 调
+0dBm
70dB
调节量：
20dB LNA
输出
47dBm
45dB
92dBm
2．4上变频器主要参数
输入频率输出频率增益相位噪声
下变频器输出
增益
3.7米天线接收
增益
输出
增益
52~88MHz5825~6400MHz
35dB
满足IESS-308/309-10dB 标准
接
制解调器收
输入方
-24～向
EIRP
-44dBm
-24dBm
40dB
衰减：0~
20dB
-64dBm
55dB
-119dBm
41dB
-160dBm
3
2．5
下变频器主要参数
输入频率输出频率增益相位噪声
系统可靠性
3625~4200MHz52~88MHz40dB
满足IESS-308/309-10dB 标准
监测参考站在实际运行中要求不间断工作，其可靠性要求是很高的，在对卫星通信地球站的设计中就必须考虑设备故障的预防和维修，因此在图1中可以看到收发信道设备都设计成1:1备份，当信道中某个设备发生故障时，可通过监控分系统控制主备倒换开关隔离出故障设备进行维修。另外在系统设计中，可考虑使用电信用－48V 电源和备用电池给系统供电，以提高系统供电的可靠性。
2.6
传输损耗
(a)自由空间损耗
上行损耗：L fu =20lg(4πdf/3×108) =199.6dB 下行损耗：L fa =195.8dB
其中d ：为地球站到卫星的距离，
f ：为地球站的工作频率(b)跟踪误差损耗：L Tr =0.5dB(c)极化误差损耗：L p =0.5dB(d)总损耗
上行链路总损耗：L u =L fu ＋L Tr ＋L p ＝200.6dB 下行链路总损耗：L d =L fa ＋L Tr ＋L p ＝196.8dB 2.7链路功率电平预算
由链路参数计算可知C 波段卫星通信地球的最大EIRP （有效全
4结束语
C 波段卫星通信地球站是监测参考站的重要通信链路。本文从系
统硬件和链路参数两方面着手，阐述了卫星通信地球站的具体实现方法。该地球站已经在实际工作中经过长期运行，系统数据传输成功率达到99%。在实际运行中，发现由于卫星轨道的日漂移导致通信信号质量变差，我们通过接收的卫星星历解算出卫星位置，利用天线的程序跟踪功能来实时对星，明显改善了通信信号质量。科
【参考文献】
蔡剑铭，吕海寰，甘仲民，陈九治. 卫星通信系统. 人民邮电出版社. ［1］
殷琪. 卫星通信系统测试. 人民邮电出版社. ［2］
［责任编辑：曹明明］
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（上接第461页）5
X65生产结果及分析
力学性能
表4给出部分典型批次的力学性能，可以看出生产的X65管线钢具有较高的强度、低温冲击韧性以及优良的抗低温撕裂韧性、较低的屈强比。经统计分析，大部分批次Rel 在500～545MPa 之间，Rm 在550～610之间，屈强比在0.84～0.91之间，-30℃横向冲击功大于200J 的占90%以上，-15℃DWTT 检验结果显示落锤韧性剪切面积大于90%的占95%以上，各项指标均达到技术要求，波动范围小，且有较大的富余量。
表4
15.9mmX65
典型批次力学性能
5.1
图115.9mm X651/4厚度组织图215.9mm X65中心组织
6
6.1
结语
批次Rel/MPaRm/MPaRel/Rmδ50.8/%-30℃Akv/J[***********][***********]228221217
-15℃落锤SA/%[1**********]0
[1**********]3
12345
[**************]
[**************]
0.860.850.850.870.89
42.5414239.541.5
济钢X65管线钢采用低C-高Nb-Mn -Ti 的合金成分，工艺上采用洁净钢冶炼以及合理的加热、轧制冷却工艺，生产的X65管线钢具有较高的强度，良好的低温韧性以及止裂性能。由于采用高Nb 的微合金成分设计，实现高温轧制，提高机时产量，经济效益显著。
6.2高韧性X65管线钢板自试制成功以来，已为国内石油天然气管道工程供货2万余吨，表面质量及力学性能完全满足用户的使用要求，得到用户的好评。随着新炼钢-4300宽厚板生产线投产，济钢将进一步开发更高级别管线钢来满足市场的需求。科
5.2X65微观组织及分析
图1、2分别为X65典型批次的金相显微照片，从图1、2可以看出，钢板的微观组织以细小准多边形铁素体、粒状贝氏体为主以及少量块状铁素体组织，钢板厚度1/4处与厚度中心组织类型一致，晶粒差别不大，说明钢板轧制变形渗透，工艺控制合适，厚度方向组织均匀。
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【参考文献】
［1］蒋善玉.X60管线钢板的研制[J].中国冶金，2005，（7）：39. ［2］王育田. 太钢X70管线钢研制[J].焊管，2008，（4）：49.
［责任编辑：汤静］
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