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业余卫星通信常识

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发表于 2012-11-21 03:12 | 显示全部楼层 |阅读模式
  业余卫星通信的特性
  利用卫星进行通信的方式是卫星通信,其形态也是多种多样的。使用卫星进行的通信与地面上的通信有许多不同之处。其主要特征如下:
  1、卫星可以看成是在宇宙中飞行的中继器。因此,只要能“看到”中继器,在使用上就与地面通信相同。“看到”就意味着电波可以到达。
  2、在地球站看来卫星的相对速度变化较大时,地面与卫星之间的通信频率受到不可补偿的多普勒频移。这时必须进行频率补偿。
  3、在卫星的方向随着时间变化时,要调整天线的方向,是天线射束对准卫星。
  4、通过卫星的电波在到达对方台(或到达本台)时,会产生不可忽略的时延,在摩尔尼亚轨道或静止轨道上会产生1/4秒的时延。此外,在长距离的传播过程中,电波强度也受到很大衰耗。
  5、由于电离层的影响,在HF段最好使用高端。
  卫星通信的方法
  在电离层和对流层通信中,经常能实现在较好条件下才能实现的通信,也能体会到预测和证实传输条件的乐趣。
  而卫星通信则可体会到利用在预测轨道上出现的卫星进行发送、接收的阶段性乐趣,以及在卫星的覆盖范围的边界附近与对方电台进行争分夺秒通信的惊险场面等不同的体验。
  到目前为止的卫星通信以CW以及话音为主,这些都是所谓的模拟通信。这些信号通过上行信道送到卫星,由卫星进行频率搬移后经过下行信道发送。接收到下行信号的电台就成为通信的对方台。这是可进行实时通信。
  利用卫星还可以进行数字通信。目前在地面上进行的数字通信以分包通信为主。其中包括通过中继方式进行的分包通信和以储存转发方式进行的电子布告板(RBBS)和电子信箱通信。
  现在,利用卫星进行分包通信已成为可能。通过世界范围内的实时或非实时的通信,可以体会到与CW/SSB不同的通信乐趣。
  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波具有一定强度。因此要对卫星信道有深入的理解。这对于发射机的书橱、天线增益、接收放大器以及电缆衰耗等电台设备的准备有很大作用。如无以上条件的准备,只凭差不多的感觉设置设备,不但不能很好的通信,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,由于在高度为1000km的较低轨道上运行,其周期大约为2小时。而Phase3在远地点到达静止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,在远地点的运行也较容易由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。
  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。空间部分当然是威信,而地面部分就是我们的电台。一般把卫星上的电台称为空间站。地面上的电台称为地面站。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、接收设备、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,在同一频段上可进行上行、下行传输)。波段的组合有简便的称号,如下表所示:
20100427_172321_590.jpg
  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435MHz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。

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 楼主| 发表于 2012-11-21 03:13 | 显示全部楼层
  卫星设备

  一个低轨道卫星通信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、接收天线大多使用直线极化或圆极化,如果发射、接收信号都使用圆极化,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、接收双方都使用圆极化,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,或者相反的情况下,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、接收天线集中安装在可延水平轴和垂直轴旋转的台架上,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。例如,YAESU公司的FT-736就是其中之一。FT-736是一种VHF/UHF波段全模式的卫星收发信机,能在50MHz、144MHz、220MHz、430MHz和1200MHz业余波段工作于SSB、CW和FM模式,能够同时异频收发。这对于低轨道卫星通信中克服多普勒频移很有作用。

  3、跟踪控制系统

  低轨道卫星的特点是运行的速度特别快。一般每两小时绕地球一周。所以,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。算出卫星的羊角和方位角后,由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,由于天线的指向波束有一定的范围,也可用手动的放大来调节天线,同样实现跟踪功能。

  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,所以发射和接收要使用不同的天线,适合于直线和圆极化波的天线比较理想,由自动跟踪功能的天线就更加方便。发送、接收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,并所使用的电波形式相适应。

  3、接收设备

  用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

  在接收机与天线之间的电缆损耗不能忽略,或主接收机的噪声指数不十分小时,需要用前置放大器在低噪声条件下放大天线的输出信号,使信号强度和信噪比达到适当的值。

  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、接收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

  用于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。对于不适用于PSK的TNC则需要加用PSK调制解调器。

  对2、3中的发射、接收机,需要两台在两个波段上组合使用,但在市场上也可以见到专为卫星通信设计的发射和接收功能一体的异频设备。
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 楼主| 发表于 2012-11-21 03:13 | 显示全部楼层
  在进行卫星通信时应注意的几个问题

  在卫星通信中,QSO在本质上与地面的通信没有什么区别,但由于卫星通信使用中继器,必须注意几点规定:

  1、应用方式

  目前,通过模拟转发器(线性中继器)进行QSO时,能够使用的仅有CW/SSB.当然,任何信号都可以通过,但语音信号只能通过SSB.其理由如下:

  一个中继器的带宽并不很宽,输出功率也很有限。为了能使多个QSO同时通信,要使用窄带通信方式。因而SSB或CW比较适当。

  另外,伴有连续载波的通信会浪费中继器的电能,所以对卫星通信不适合。

  以JAS-1B为例,中继器的通带为1000kHz,输出功率为1W.其它卫星也有相近的指标。因为SSB使用的带宽约为3kHz,最多可容纳20至25对QSO.但在FM的场合下,一条信道要占用15至15kHz的带宽,且信道之间有20kHz的间隔,所以只能容纳5对QSO.

  AM和FM需要不断发送载波,所以在发射功率方面效率很低。QSO的卫星通信提倡使用SSB和CW方式,避免使用FM方式也是出于以上理由。

  2、使用频率

  在业余频段中有业余卫星用的频带。由于业余卫星是全球共用的,不使用公共的频段就没有意义。因此,卫星用的频带与各国的国情无关,是由国际上统一规定的。在规划新的卫星时,应根据国际规则决定使用频率。

  3、发射功率

  另一点要注意的是上行信道的发射功率不要超过规定范围。而是让尽可能多的地面站能够利用卫星所要考虑的问题。这是由于在多个SSB通信时,如果其中一个信号过强,中继器的AGC就会工作去抑制其他信号。

  因此,应牢记不能是上行信道信号强度超过规定范围,即使有大功率进行QSO的能力,也不可滥用。
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jabtmzpo 发表于 2012-11-21 03:13
  在进行卫星通信时应注意的几个问题

  在卫星通信中,QSO在本质上与地面的通信没有什么区别,但由于 ...


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