Устройство космических станций.

Рассмотрим основные элементы радиотехнического комплекса космической станции, входящего в систему спутниковой связи. Этот комплекс состоит из двух основных компонентов — антенн и бортового ретранслятора.

В отличие от земных станций, которые имеют в своем составе одну антенну, на борту современных связных ИСЗ обычно устанавливается несколько приемных и передающих антенн. Это объясняется необходимостью сформировать различные зоны обслуживания, привести в соответствие излучение антенн с размещением земных станций на поверхности Земли, чтобы не рассеивать энергию бесполезно на те районы, где она не используется. Высокая направленность приемных и передающих антенн ИСЗ способствует также уменьшению взаимных помех с другими системами связи — спутниковыми и наземными, повышает эффективность использования геостационарной орбиты.

Сигнал, принятый антенной космической станции, поступает на входное малошумящее устройство 1 (рис. 4.2), в качестве которого на ИСЗ применяются смесители, усилители на малошумящих ЛБВ или транзисторах и лишь изредка — неохлаждаемые параметрические усилители.

Рис. 4.2. Упрощенные структурные схемы одноствольного

бортового ретранслятора КС.

Дальнейшее усиление принятого сигнала осуществляется на частоте приема, промежуточной частоте и частоте передачи. В некоторых случаях осуществляется не двукратное, а однократное преобразование частоты со входной на выходную, а усилитель ПЧ при этом отсутствует.

В схеме могут применяться устройства разделения, коммутации, объединения сигналов (коммутатор на рис. 4.2), цель которых — подать сигналы, адресованные тем или иным ЗС, на передающие антенны с соответствующей зоной обслуживания. Коммутация сигналов может осуществляться как в пределах одного ствола, так и в нескольких стволах. Перспективны системы с быстродействующей переориентацией узкого луча антенны (с коммутацией луча), что позволяет осуществлять связь со многими ЗС через остронаправленные антенны, не увеличивая числа антенн на борту ИСЗ.

На схеме рис. 4.2не показаны резервные элементы и устройства переключения на резерв; эти схемы обычно достаточно сложны, поскольку степень резервирования различна для разных элементов тракта в зависимости от их надежности, важности для жизнеспособности ИСЗ, необходимого срока службы, достигающего 7лет и более.

В некоторых случаях на космической станции осуществляется более сложная обработка сигналов, например преобразование вида модуляции, регенерация сигналов, передаваемых в дискретной форме.

Функциональная схема многоствольного ретранслятора КА. На рис.4.3 представлена типовая функциональная схема многоствольного ретранслятора КА с так называемой прямой ретрансляцией сигналов, когда в стволах ретранслятора не производится демодуляция принимаемых сигналов от наземных станций. Многоствольные ретрансляторы, как правило, используются в системах фиксированной спутниковой службы и теле-, радиовещания. Для систем мобильной связи чаще используются одноствольные ретрансляторы.

Типовой частотный план многоствольного ретранслятора для частот приема (или передачи) показан на рис. 4.4. Для частотного плана ретранслятора на передачу частота f₀ есть средняя частота полосы частот на передачу, лежащая, например, в диапазоне 4 ГГц системы диапазона частот 4/6 ГГц. На частоте f₀ излучается пилот-сигнал, служащий для наведения антенн земных станций на КА. Рисунок 4.4 также дает частотный план

Рис.4.3. Функциональная схема ретранслятора КА с прямой

ретрансляцией сигналов

ретранслятора на прием. В этом случае частота f₀ будет лежать в диапазоне 6 ГГц. Полоса пропускания УПЧ ретранслятора (см. рис. 4.3) равна полосе ствола (36 МГц в соответствии с рис. 4.4). При типовой полосе ствола 36МГц разнос частот между стволами равен 40 МГц. В общей полосе частот 500 МГц размещается 12 стволов одной поляризации и 12 стволов противоположной поляризации радиосигналов. Таким образом, емкость ретранслятора в полосе частот 500 МГц может достигать 24 стволов для одного антенного луча ретранслятора.

Рис. 4.4. Частотный план ретранслятора.

Диплексер служит для разделения (развязки) сигналов передачи и приема при работе на общую антенну. Диплексер содержит поляризационный селектор, разделяющий сигналы передачи и приема, имеющие разную поляризацию, а также дополнительно фильтры частот приема и передачи для развязки цепей передачи и приема сигналов.

Технические характеристики транспондеров спутника Ямал-200

Частотный план спутника Ямал-200 (орбитальная позиция 90º в.д., С-диапазон)

Частотный план спутника Ямал-200 (орбитальная позиция 90º в.д., Ku-диапазон)