Приемопередающий блок спутника-ретранслятора

Приемопередающий блок спутника вместе с антеннами пред­ставляет собой спутниковый ретранслятор (транспондер). Это главная часть передающей системы. Для того, чтобы создать зону покрытия (излучения,), которая наилучшим образом соответствова­ла бы конфигурации обслуживаемой территории, большинство спутников имеют несколько ретрансляторов и антенн с узкими диа­граммами направленности.

Ретрансляторы в спутниковых системах связи обычно выполня­ются в виде отдельных частотных стволов. Каждый ствол содержит тракт преобразования частоты и усилитель с ограниченной пиковой мощностью. Упрощенная структурная схема одного ствола (луча) типового ретранслятора приведена на

 

 

 

рис. 1.9. В нем показаны са­мые важные, имеющие принципиальное значение, узлы.

Рис. 1.9. Упрощенная схема одноствольного ретранслятора:

1 - антенна; 2 - входное малошумящее устройство; 3 -усилитель; 4 - смеситель;

5 - гетеродин; 6 -.усилитель мощности; 7 - волноводный тракт; 8 - передающая антенна

В основном спутники ведут прием/передачу сигналов в диапазо­не частот 14/11 ГГц или в диапазоне 6/4 ГГц (в числителе указана средняя частота передачи сигнала с Земли на спутник, а в знаме­нателе - средняя частота передачи со спутника на Землю). Для спутникового телевизионного и радиовещания используются в ос­новном частоты 14/11 ГГц. Частоты приема и передачи, как видно, разносятся достаточно далеко друг от друга, чтобы предотвратить возможность возбуждения (паразитную генерацию) транспондера. Количество транспондеров (ретрансляторов) на борту спутника мо­жет быть от 6 до 12 и даже больше. Их количество зависит от элек­трической мощности, получаемой от солнечных батарей спутника, которая ограничена.

На рис. 1.10 показаны зоны покрытия четырьмя передающими ан­теннами (четыре ствола) спутника, который находится над Атланти­ческим океаном. Приемная антенна спутника с шириной основного луча 3,5° обеспечивает глобальную зону покрытия, и может прини­мать информацию с передающих станций, находящихся в любой точке "видимой" земной поверхности, а затем передающими антен­нами спутника направлять ее в любую из четырех локальных зон (А, В, С, D) по линии спутник-Земля, что и используется на практике.

Некоторые параметры типового спутника-ретранслятора

Некоторые параметры спутника-ретранслятора типа TDF приве­дены в качестве примера.

Тело спутника с основанием прямоугольной формы 2,4 х 1,64 м и высотой 2,32 м. С двух сторон его расположены прямоугольные панели с солнечными батареями, мощность которых в конце срока службы составляет 3215 Вт, что достаточно для обеспечения нормального функционирования спутника. Расстояние между крайними точками (размах) прямоугольных панелей с солнечными батареями —19 м.

Полная высота вместе с системой антенн составляет 6,35 м. Масса спутника без топлива 1025 кг, с топливом - 2077 кг.

 

Рис. 1.10. Зоны покрытия (А, В, С, D) поверхности Земли передающими антеннами спутника, находящегося над Атлантическим океаном. Спутник имеет четыре передающие антенны с узкой направленностью и одну при­емную глобально направленную антенну

Этого количества топлива достаточно для удержания спутника на геостационарной орбите на установленной позиции в течение 9 лет. После использования топлива на стабилизацию позиции и положения он становится неуправляемым. Система стабилизации спутника обеспечивает стабильность его положения около 0,2°; управление лучом антенны не хуже 0,05°. На спутнике имеются пять транспондеров (ретрансляторов), которые могут вести пере­дачи на пяти частотных каналах, но одновременно задействованы только четыре. Причем, три из них предназначены для передачи телевизионных программ, а четвертый - для передачи радиовеща­тельных 16-ти звуковых стереопрограмм. Оконечные каскады ретрансляторов собраны на лампах бегущей волны и имеют вы­ходную мощность 230...250 Вт каждый. Шесть оконечных каскадов служат для обеспечения высокой надежности. По расчетам после 7 лет работы три канала из имеющихся пяти могут работать с веро­ятностью 96,8 %, а четыре канала - с вероятностью 78,8 %.

Выводы

В главе рассматривается вывод спутников на геостационарную орбиту для ретрансляции телевизионных и радиовещательных про­грамм многочисленным абонентам - наземным приемным устрой­ствам. Спутник на геостационарной орбите устанавливается на плановой позиции в точке стояния и движется по орбите синхронно (без затрат энергии), с угловой скоростью равной угловой скорости вращения Земли, поэтому кажется неподвижно "висящим" над зем­ной поверхностью. Однако под воздействием внешних гравитаци­онных сил Солнца, Земли, Луны он постепенно смещается. Для удержания на установленной плановой позиции в точке стояния спутник автономно или по командам с Земли проводит корректировку своего положения собственными ракетными двигателями, используя для этого топливо, находящееся на борту. Количество топлива определяет (вместе с продолжительностью работы акку­муляторных батарей) продолжительность "жизни" спутника, которая составляет от 7 до 10 лет и более. При отсутствии топлива он без­возвратно смещается, прекращает свое существование и заменя­ется новым, устанавливаемым на той же позиции. Спутник на гео­стационарной орбите удерживается строго на своей плановой по­зиции в точке стояния, положение его жестко фиксировано по от­ношению к оси вращения Земли и стабилизировано, что дает воз­можность точно ориентировать антенны в нужном направлении и вести передачи на отведенную территорию. Стабилизация положе­ния спутника осуществляется или методом вращения (метод вра­щающегося "волчка"), что создает гироскопическую жесткость по отношению к своей оси вращения, которая выбирается параллель­но оси вращения Земли, или стабилизацией по трем осям коорди­нат, т.е. стабилизацией положения спутника относительно оси тан­гажа, оси рыскания и оси крена.

Энергоснабжение спутника на орбите обеспечивается исключи­тельно за счет электроэнергии получаемой от солнечных батарей, которые вырабатывают ее мощностью от 1,0 до 10 кВт и более. Она предназначена для работы бортовых приемопередающих сис­тем и систем обеспечения "живучести" спутника в целом, а также для зарядки аккумуляторных батарей, так как при нахождении спут­ника в тени Земли солнечные батареи энергию не вырабатывают и энергоснабжение всех его систем обеспечивается за счет энергии запасенной аккумуляторными батареями.

На борту спутника-ретранслятора устанавливаются антенны, ко­торые принимают со станции на Земле СВЧ сигналы, предназначен­ные для ретрансляции. Принятые СВЧ сигналы фильтруются, усили­ваются, изменяется их несущая частота. Затем они передаются с заданной конфигурацией излучения на отведенную территорию.

Для передач со спутников ретрансляторы выполняются в виде отдельных частотных стволов-транспондеров. Каждый транспондер содержит тракт преобразования частоты и усилитель с ограничен­ной пиковой мощностью. Антенна на спутнике принимает сигналы от многих земных станций. Для разделения сигналов и развязки между излучающими СВЧ сигналами большой мощности и слабыми приемными входными сигналами (в случае установки приемопере­дающей антенны) применяются полосовые высококачественные разделительные фильтры, роль которых здесь огромная.

 

Глава 2

ТЕРМИНОЛОГИЯ, ОПРЕДЕЛЕНИЯ