Ka频段卫星通信链路计算论文_路宁,蔡守法

摘要：从卫星通信天线原理着手，通过信号传输路径分析，计算卫星通信上下行链路C/T。

关键词：卫星通信天线原理链路计算

引言：

卫星通信就是利用人造地球卫星作为中继站来转发无线电波，从而实现两个或多个地球站之间的通信。卫星通信能很好地满足互联网宽带接入、应急通信及远程教育等领域的宽带多媒体业务通信需求，具有广阔的市场前景。

一、卫星通信天线组成及原理

1、天线射频系统组成

天线射频系统主要由天线分系统、LNA（低噪声放大器）分系统、TWTA（行波管功率放大器）分系统、BDC（下变频器）分系统和BUC（上变频功率放大器）分系统组成。

图1-1 系统组成框图

2、天线原理

天线分机在伺服控制分机的控制下保证高精度指向目标卫星，接收卫星下行信号，发射上行信号。

天线的作用就是用来发射和接收电磁波能量。当天线工作在发射状态时，高功放输出的信号经馈线系统传输到频谱复用网络，由网络进入馈源喇叭，由喇叭向副反射面发射，经副面一次反射和主面二次反射后形成平行波束向空中目标发射，当空中目标为卫星时，则天线向卫星发射能量，天线的轴线方向就是电磁波发射方向。同理，当天线工作在接收状态时，从卫星发射的信号能量经天线主面和副面的二次反射后汇集到馈源的焦点处，被馈源喇叭接收并经过频谱复用网络传输到低噪声放大器（LNA），这样从卫星发射的被天线主面所截获的所有电磁波能量均被接收下来，并全部传输给LNA。

二、链路计算

1、天线增益

天线增益计算公式为：

其中η为天线总效率，其计算公式是：

η=η1η2η3η4η5η6η7η8η9

式中：η1——天线口面照射效率

η2——副面截获效率

η3——主面漏失及绕射效率

η4——表面公差效率

η5——馈源系统插损效率

η6——交叉极化效率

η7——支杆遮挡效率

η8——反射损耗效率

η——天线效率总。

表2-1 天线效益估算表

2、地面站性能指数G/T值

G/T值是反映地面站接收系统的一项重要技术性能指标。其中G为接收天线增益，T为接收系统噪声性能的等效噪声温度。G/T值越大，说明地面站接收系统的性能越好。

天线从周围环境接收到噪声功率，通常用噪声温度来度量一个系统产生的噪声功率大小。天线噪声可以用给定频带内与噪声功率有关的等效噪声温度表示。即N=koBTa(ko为玻尔兹曼常数；B为接收机带宽；Ta为天线等效噪声温度)。天线噪声可分为内部噪声和外部噪声。内部噪声主要包括天线传输损耗和欧姆损耗等；外部噪声是天线所处的环境中的噪声源产生的噪声，如大气衰减噪声、宇宙噪声和地面热辐射噪声等。

图2-1 天线噪声温度的组成

Tsky表示大气衰减噪声和宇宙噪声。大气衰减噪声随着天线仰角的提高而迅速下降，这是因为仰角越高，电波在大气中传播的路径长度越短；宇宙噪声Tbc约为2.7K。天线仰角为30°，18.7GHz时，天空噪声温度为44K。

Tground表示由地面辐射引起的噪声温度。由于天线辐射方向图的旁瓣特性，此影响随天线的仰角而略有变化。由Rec.ITU-RS.733-2可知：来自此源的噪声温度估计为4K6K。

T表示天线欧姆损耗引起的噪声温度。从理论上讲，天线金属表面欧姆损耗引起的噪声很小，可以忽略。但是由于天线表面底漆和面漆的影响，会增加天线噪声温度。欧姆损耗估算结果为0.7。

Tloss表示馈源网络插入损耗引起的天线噪声温度，如：馈源喇叭插入损耗、双工器损耗和极化器损耗等。假设馈源网络插入损耗为Lfeed，则由此引起的噪声温度为：

TlossLfeed1T0

则天线噪声温度Ta可用下式计算：

表2-2 天线噪声温度计算结果

表2-3 天线G/T值计算结果

3、EIRP估算

EIRP（EffectiveIsotropicRadiatedPower）有效全向辐射功率也称为等效全向辐射功率，它的定义是地球站或卫星的天线发送出的功率（P）和该天线增益（G）的乘积，即：

EIRP=P*G

用dB计算，则为：

EIRP（dBW）=P（dBW）+G（dBW）

实际应用中，EIRP=P-Loss+G其中P为放大器的输出功率，Loss为功放输出端与天线馈源之间的馈线损耗，G为卫星天线的发送增益。

4、链路C/T值计算

C/T为载波功率与等效噪声温度之比，上行与下行C/T的计算公式均为：

C/T=EIRP-传输损耗+G/T

计算上行C/T时，上式中的EIRP为载波的上行EIRP，传输损耗为上行损耗，G/T为转发器参数；计算下行C/T时，上式中的EIRP为载波的下行EIRP，传输损耗为下午损耗，G/T为地面接收系统的参数（雨天要考虑上下行雨衰补偿值）。

结语：基于卫星通信天线组成及原理，分析了对卫星信号产生影响的主要因素，并结合Ka频段卫星相关经验，列举了常用计算数据，用以说明C/T值的计算过程。

参考文献:

[1]李志国, 卫颖. 卫星通信链路计算. 指挥信息系统与技术2014,5(1).

[2]彭文标，刘馨琼，严朝军，易庆林. 卫星传输系统链路计算分析[期刊论文]-三峡大学学报（自然科学版）2011(3).

[3]姜锋. 卫星链路设计方法研究[期刊论文]-电脑知识与技术2009(9).

论文作者:路宁,蔡守法

论文发表刊物:《基层建设》2019年第30期

论文发表时间:2020/3/16

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