【正文】 自旋穩(wěn)定方式的優(yōu)點(diǎn)是：可采用一個(gè)完全無(wú)源的系統(tǒng)來(lái)達(dá)到固定的慣性指向 ， 有一定的精度；缺點(diǎn)是：只能控制一個(gè)軸向 ， 天線要安裝反自旋裝置 ， 太陽(yáng)能電池的利用率比較低 。 由于存在著各種干擾力矩 ， 衛(wèi)星的自旋速率和自轉(zhuǎn)軸的方向會(huì)發(fā)生 — 些變化 ， 于是衛(wèi)星的姿態(tài)也就隨之發(fā)生變化 。 自旋衛(wèi)星象一個(gè)陀螺一樣沿其自轉(zhuǎn)軸線以一定的角速度不停地旋轉(zhuǎn) ，在旋轉(zhuǎn)的過(guò)程之中 ， 自轉(zhuǎn)軸的方向是固定不變的 ， 從而使衛(wèi)星的姿態(tài)保持穩(wěn)定 。 衛(wèi)星的姿態(tài)控制一般可以分為自旋穩(wěn)定和三軸穩(wěn)定兩種方式 。 另外定點(diǎn)成功之后 ， 衛(wèi)星本身也會(huì)受到來(lái)自各方面的多種擾動(dòng)因素的影響 ， 如太陽(yáng) 、 月球?qū)πl(wèi)星的引力作用會(huì)使衛(wèi)星軌道平面的傾角及軌道運(yùn)行周期發(fā)生變化 ， 另外地球引力場(chǎng)的不均勻性 、 地球磁場(chǎng)的變化 、 太陽(yáng)光對(duì)衛(wèi)星產(chǎn)生的輻射壓力等因素均會(huì)改變衛(wèi)星的姿態(tài) 。 執(zhí)行信號(hào)為一個(gè)或一系列的電脈沖 ， 它來(lái)控制具體的執(zhí)行部件進(jìn)行特定的操作和控制 。 地址碼給定了每一條指令的編號(hào) ， 使不同的指令在衛(wèi)星上對(duì)號(hào)入座 。 廣播衛(wèi)星 跟蹤遙測(cè)指令子系統(tǒng) (TTC系統(tǒng) )(6) ? 控制指令一般分為前導(dǎo) 、 地址 、 指令 、 執(zhí)行等幾部分 。 衛(wèi)星上需要的控制是多種多樣的 ， 如遠(yuǎn)地點(diǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火 、 衛(wèi)星上小發(fā)動(dòng)機(jī)的噴氣控制 、 衛(wèi)星的姿態(tài)控制 、 修正衛(wèi)星軌道 、 工作方式的轉(zhuǎn)換 、 備份差轉(zhuǎn)機(jī)的切換 、 備份儀器的切換等等 。 衛(wèi)星上被測(cè)信號(hào)有電壓 、電流 、 溫度 、 壓力 、 加速度 、 姿態(tài)等等 ， 這些參數(shù)由相應(yīng)的傳感器采集起來(lái) ， 然后全部轉(zhuǎn)換成為電信號(hào) ， 進(jìn)一步進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換形成數(shù)據(jù)信號(hào) ， 地面上的遙控站接收到這些信號(hào)之后 ， 就可以了解衛(wèi)星系統(tǒng)內(nèi)部的工作狀態(tài) 。 進(jìn)行角度跟蹤和測(cè)角的依據(jù)也是衛(wèi)星發(fā)出的信標(biāo)信號(hào) ， 它引導(dǎo)地面的遙控站的天線準(zhǔn)確地指向衛(wèi)星 ， 以實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)星的跟蹤 ， 并進(jìn)行角度測(cè)量 。衛(wèi)星上裝有信標(biāo)發(fā)生器 ， 它發(fā)出用于確定頻率的信標(biāo)信號(hào) ， 地面上的遙控站接收到信標(biāo)信號(hào)之后 ， 通過(guò)測(cè)定其頻率 ， 就能計(jì)算出衛(wèi)星的運(yùn)行速度 。 廣播衛(wèi)星 跟蹤遙測(cè)指令子系統(tǒng) (TTC系統(tǒng) )(3) ? 測(cè)速是根據(jù)多普勒效應(yīng)實(shí)現(xiàn)的 。 衛(wèi)星應(yīng)答機(jī)接收到測(cè)距信號(hào)之后 ， 經(jīng)過(guò)處理和放大 ， 然后再轉(zhuǎn)發(fā)回地面 。 廣播衛(wèi)星 跟蹤遙測(cè)指令子系統(tǒng) (TTC系統(tǒng) )(2) ? ? 衛(wèi)星上的跟蹤設(shè)備與地面上的遙控站配合完成測(cè)距 、測(cè)速 、 測(cè)角以及角度跟蹤等功能 。 穩(wěn)壓器則保證了電源電壓的穩(wěn)定 。 太陽(yáng)能電池輸入端有一個(gè)二極管 Dl， 它的作用是防止蓄電池的放電電流沖擊太陽(yáng)能電池 ， 二極管 D2， 則給蓄電池提供一個(gè)放電途徑 。當(dāng)衛(wèi)星進(jìn)入地球的陰影區(qū)后 ， 衛(wèi)星就依靠蓄電池來(lái)提供電源 。 鎳氫蓄電池的主要特點(diǎn)是輸出功率大 ， 目前大容量的廣播衛(wèi)星通常采用鎳氫蓄電池 ， 它在一小時(shí)左右的時(shí)間內(nèi)可以提供數(shù)千瓦的電能 ， 因此完全可以在衛(wèi)星蝕期間保證衛(wèi)星廣播的正常進(jìn)行 。 廣播衛(wèi)星 電源子系統(tǒng) (6) ? 在廣播衛(wèi)星上廣泛使用的蓄電池有鎳鎘 (Ni— Cd)蓄電池 、 鎳氫 (Ni— H)蓄電池等幾種類(lèi)型 。 這樣 ， 在一年之內(nèi)大約有三個(gè)月的時(shí)間 ， 衛(wèi)星廣播要受到衛(wèi)星蝕的影響 ， 最長(zhǎng)的時(shí)間可達(dá) 73分鐘 。 廣播衛(wèi)星 電源子系統(tǒng) (5) ? ? 蓄電池也是電源子系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分 ， 在發(fā)生衛(wèi)星蝕的時(shí)候 ， 衛(wèi)星進(jìn)入了地球的陰影區(qū)域 ，因此太陽(yáng)能電池帆板不工作 ， 廣播衛(wèi)星的電源就只能依靠蓄電池了 。 由于太陽(yáng)能電池的表面受到宇宙射線的輻射或高能粒子的轟擊會(huì)引起性能的衰退 ， 因此在其表面上還要安裝一層薄薄的石英玻璃蓋片 。 理論上 ， 太陽(yáng)能電池的換能效率可達(dá) 25％ ， 但實(shí)際上不超過(guò) 16％ ， 典型的數(shù)值是 10％ ~12％ 之間 。 將若干個(gè)硅太陽(yáng)能電池片串聯(lián)起來(lái)稱(chēng)為一組 ， 就可以得到所需的電壓數(shù)值 ， 將若干太陽(yáng)能電池組并聯(lián)起來(lái) ， 就能提供足夠的電流 。 當(dāng)太陽(yáng)光直射到硅太陽(yáng)能電池片上時(shí) ， 兩極之間就產(chǎn)生了電動(dòng)勢(shì) ， 于是光能就轉(zhuǎn)換成為了電能 。 廣播衛(wèi)星 電源子系統(tǒng) (3) ? 太陽(yáng)能電池由許多個(gè)硅太陽(yáng)能電池片組成 。 太陽(yáng)能電池是將光能轉(zhuǎn)換成為電能的設(shè)備 ， 如果太陽(yáng)能電池的換能效率能夠達(dá)到 25％ 的話 ， 每平方米的太陽(yáng)能電池帆板可以提供約 260W的電源功率 。 我們知道 ， 在宇宙空間中太陽(yáng)光是最重要的能源 ， 它又是取之不盡 、 用之不竭的 ，地球上使用的絕大部分能源均來(lái)自太陽(yáng)光 。 廣播衛(wèi)星 電源子系統(tǒng) (2) ? ? 從廣播衛(wèi)星的外形來(lái)看 ， 太陽(yáng)能電池是十分顯眼的 ，每顆衛(wèi)星均裝備有兩塊巨大的太陽(yáng)能電池帆板 。 通常 ， 電源子系統(tǒng)是由太陽(yáng)能電池帆板 、 蓄電池和電源控制部分組成 。 廣播衛(wèi)星 電源子系統(tǒng) (1) 現(xiàn)代大容量的廣播衛(wèi)星使用的電源功率是相當(dāng)大的 ，典型的數(shù)值在 2kW~7kW之間 ， 耗電最大的器件就是行波管放大器 ， 一個(gè)行波管放大器的輸出功率可達(dá) 100W左右 ， 若行波管的效率按 40％ 計(jì)算 ， 則這樣 24個(gè)功率放大器就需要 6000W的電源功率 。 廣播衛(wèi)星 廣播子系統(tǒng) (7) ? ? 多工器的作用是將 12個(gè)頻道的大功率信號(hào)混合在一起 ， 然后經(jīng)過(guò)雙工器輸送至天線 。 電子槍用來(lái)發(fā)射電子束 ，電子束穿過(guò)慢波系統(tǒng) ， 然后打在收集極上 。 慢波系統(tǒng)是一種特殊形式的同軸傳輸線 。 當(dāng)代的廣播衛(wèi)星每個(gè)頻道的輸出功率通常在數(shù)十瓦至數(shù)百瓦的范圍之內(nèi) 。每個(gè)頻道的帶寬是 36MHz， 通過(guò)帶通濾波器將各頻道的信號(hào)區(qū)分開(kāi) 。 混頻器輸入的分別是上行信號(hào)和本振信號(hào) ， 由于非線性的影響 ， 在混頻器內(nèi)部產(chǎn)生了上述頻率的和頻與差頻 ， 以及高次諧波 ， 而差頻恰恰是人們所需要的信號(hào) ， 所以在混頻器內(nèi) — 定設(shè)有低通濾波器 ， 將差頻以外的信號(hào)全部濾除干凈 。以 C波段衛(wèi)星為例 ， 衛(wèi)星地球站發(fā)射的信號(hào)頻率是5925~6425MHz， 而廣播衛(wèi)星的下行信號(hào)頻率是3700~4200MHz， 因此標(biāo)準(zhǔn)的本機(jī)振蕩頻率是2225MHz， 這屬于低本振類(lèi)型 ， 因?yàn)檩斎腩l率高于本振頻率 。 通常低噪聲放大器是由多級(jí)放大電路組成的 。 為了盡可能地減少噪聲 ， 低噪聲放大器通常采用隧道二極管 、 砷化鎵場(chǎng)效應(yīng)管 、 高電子遷移率晶體管作為放大器件 ， 合理地選定其工作點(diǎn) ， 使得噪聲小 ， 并且工作穩(wěn)定 。 廣播衛(wèi)星 廣播子系統(tǒng) (3) ? (LNA) ? 低噪聲放大器的特點(diǎn)是低噪聲和高增益 。 ? 一次變頻型轉(zhuǎn)發(fā)器由低噪聲放大器 、 混頻器 、 本機(jī)振蕩 、 激勵(lì)放大器 、 分波器 、 行波管放大器 、 多工器組成 。 廣播衛(wèi)星 廣播子系統(tǒng) (1) 廣播衛(wèi)星 廣播子系統(tǒng) (2) ? 在當(dāng)代的大容量 、 大功率的廣播衛(wèi)星中普遍使用 一次變頻型 的轉(zhuǎn)發(fā)器 。 早期的廣播衛(wèi)星廣泛地采用 二次變頻型 的 轉(zhuǎn)發(fā)器 ， 它由低噪聲放大器 、 下變頻器 、 中頻放大器 、 上變頻器 、 功率放大器等幾部分組成 ， 由于二次變頻型的轉(zhuǎn)發(fā)器僅僅使用兩個(gè)功率放大器 ， 一個(gè)放大器對(duì)應(yīng)于一種極化方式 ， 所以每個(gè)功率放大器要同時(shí)放大12個(gè)載波 ， 因此容易產(chǎn)生交調(diào)干擾 。 ? 以 C波段的廣播衛(wèi)星為例 ， 衛(wèi)星地球站發(fā)射的信號(hào)頻率為 6GHz， 帶寬一般為 500MHz， 衛(wèi)星天線將此信號(hào)接收下來(lái) ， 經(jīng)過(guò)雙工器 ， 通過(guò)高通濾波把信號(hào)送至差轉(zhuǎn)機(jī)的低噪聲放大器內(nèi)；經(jīng)過(guò)變頻 、 功率放大等環(huán)節(jié) ， 形成了頻率在 ~ ， 然后通過(guò)雙工器 ， 把此信號(hào)送到天線上 ， 然后發(fā)射到地面上去 。 雙工器是一種微波波導(dǎo)器件 ，它的主體是金屬波導(dǎo) ， 具備濾波 、 阻抗匹配 、 分波 、 功率合成等功能 。 通常 ， 賦形波束天線的反射面的曲率半徑都比較大 ， 也就是說(shuō)反射面比較平 ， 這樣有利于在不同的位置放置饋源 。 賦形波束天線通常是由幾個(gè)饋源和一個(gè)反射面組成 ， 每個(gè) 饋源發(fā)出的電磁波經(jīng)反射面反射之后基本上相當(dāng)于一個(gè)點(diǎn)波束天線 ， 而不同饋源的輻射方向有所不同 ， 同時(shí)每個(gè)饋源的輻射功率及饋電相位也不一定相等 ， 因此賦形波束天線可以看作是一個(gè)天線陣 。 廣播衛(wèi)星 天線子系統(tǒng) (3) 賦形波束天線是近年來(lái)普遍使用的衛(wèi)星廣播天線的形式 ，采用賦形波束天線可以將輻射能量集中在衛(wèi)星廣播的服務(wù)區(qū)域之內(nèi) ， 減少對(duì)其它區(qū)域的干擾 ， 具有比較好的電磁兼容特性 。 點(diǎn)波束天線一般采用偏饋天線的形式 ， 反射面為旋轉(zhuǎn)拋物面的一部分 ， 為了保證足夠小的半功率角 ， 反射面的口徑是比較大的 。 ? 理想的全球波束的幾何形狀應(yīng)該是一個(gè)圓錐面 ， 在地球表面上它所覆蓋的區(qū)域成一個(gè)球冠的形狀 。 根據(jù)不同的用途 ， 衛(wèi)星上的天線可以分為 全球波束天線 、 半球波束 天線 、 點(diǎn)波束天線 、 賦形波束天線 等幾種 。 廣播衛(wèi)星 廣播衛(wèi)星的組成 (2) 廣播衛(wèi)星 廣播衛(wèi)星的組成 (3) 太陽(yáng)能電池 蓄電池 電源控制電路 傳感器 遙控譯碼器 遙測(cè)譯碼器 本機(jī)振蕩器 變頻器 軌道控制 姿態(tài)控制 遙測(cè)發(fā)射 遙控接收 發(fā)射機(jī) 接收機(jī) 雙工器 雙工器 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 圖 廣播衛(wèi)星的組成 ? 衛(wèi)星上的天線有若干副 ， 分別作為 轉(zhuǎn)播 和 控制 之用 。 目前 ， 世界上著名衛(wèi)星制造廠家有馬丁 (MARTIN)公司 、 勞拉 (LORAL)公司 、 休斯 (HUGHES)公司 、 法國(guó)宇航等幾家 ， 他們均可提供用于廣播業(yè)務(wù)的大功率 、 大容量 、 長(zhǎng)壽命的衛(wèi)星平臺(tái) 。 廣播衛(wèi)星 廣播衛(wèi)星的組成 (1) 廣播衛(wèi)星可以分為 五個(gè)子系統(tǒng) ， 它們是： (1)天線子系統(tǒng)； (2)廣播子系統(tǒng)； (3)電源子系統(tǒng)； (4)跟蹤遙測(cè)指令子系統(tǒng)； (5)姿態(tài)控制于系統(tǒng) 。 實(shí)際上廣播衛(wèi)星與通信衛(wèi)星的 主要區(qū)別在于兩點(diǎn) ： (1)工作波段，廣播衛(wèi)星應(yīng)該工作在國(guó)際電信聯(lián)盟分配給衛(wèi)星廣播業(yè)務(wù)的波段內(nèi)。 衛(wèi)星廣播使用的頻率范圍 (3) 表 衛(wèi)星廣播的下行頻率 頻段 頻率范圍（ GHz） 帶寬（ MHz） 地區(qū) 業(yè)務(wù)劃分 C ~ 800 一、二、三 衛(wèi)星通信（ FSS） Ku ~ 500 三 衛(wèi)星廣播（ BSS） Ku ~ 400 二 衛(wèi)星廣播（ BSS） Ku ~ 800 一 衛(wèi)星廣播（ BSS） Ka ~22 600 一、二、三 衛(wèi)星廣播（ BSS） 衛(wèi)星廣播使用的頻率范圍 (4) 表 衛(wèi)星廣播的上行頻率 頻段 頻率范圍（ GHz） 帶寬（ MHz） 地區(qū) 業(yè)務(wù)劃分 C ~ 1225 三 固定業(yè)務(wù) Ku ~ 800 三 固定業(yè)務(wù) Ku ~ 500 三 固定業(yè)務(wù) 衛(wèi)星廣播使用的頻率范圍 (5) 以我國(guó)中央電視臺(tái)和若干地方電視臺(tái)租用的亞洲二號(hào)衛(wèi)星為例，其 C波段轉(zhuǎn)發(fā)器的上行頻率范圍是 5847~6421MHz，下行頻率范圍是3622~4196MHz； Ku波段轉(zhuǎn)發(fā)器的上行頻率范圍是 14003~14297MHz，下行頻率范圍是12203~12504MHz。 我國(guó)處于第三區(qū) 。 1 9 7 1 年召開(kāi)的宇宙通信世界無(wú)線電行政大會(huì)(WARC— ST)規(guī)定了廣播衛(wèi)星優(yōu)先使用的頻率范圍是 ~， 但是由于技術(shù)方面原因 ， 起初衛(wèi)星廣播使用的一直是分配給衛(wèi)星通信的波段 ， 直至近年來(lái)衛(wèi)星廣播才開(kāi)始使用 WARC分配給衛(wèi)星廣播業(yè)務(wù) (BSS)的波段 。 日凌與衛(wèi)星蝕 衛(wèi)星蝕 (2) 我們知道 ， 頻率是一種寶貴的資源 。 地球的陰影分為本影和半影 ， 在本影區(qū)域內(nèi)太陽(yáng)光完全被地球遮擋 ，而在半影區(qū)域內(nèi)部分太陽(yáng)光被地球遮擋 ， 半影區(qū)域要比本影區(qū)域大得多 。 現(xiàn)在廣播衛(wèi)星上的備用電源有了相當(dāng)?shù)母倪M(jìn) ， 在發(fā)生衛(wèi)星蝕的期間內(nèi) ， 可以保證衛(wèi)星的正常工作 ， 因此近年來(lái)人們不大關(guān)心衛(wèi)星蝕的問(wèn)題了 ， 但是衛(wèi)星蝕本身是依然存在的 。 由于同步衛(wèi)星上使用的電源主要依靠太陽(yáng)能電池板 ，在發(fā)生衛(wèi)星蝕的期間內(nèi) ， 太陽(yáng)能電池不能提供電能 ，衛(wèi)星只能依賴(lài)蓄電池或燃料電池等備用電源來(lái)提供電能 。 根據(jù)地球 、 衛(wèi)星和太陽(yáng)三者間的幾何關(guān)系 ， 可以分析出來(lái)：在赤道上 ， 日凌發(fā)生在春分和秋分的時(shí)候；在本半球 ， 日凌發(fā)生在春分之前及秋分之后 ， 具體日期要根據(jù)接收點(diǎn)的緯度來(lái)確定；在南半球 ， 日凌發(fā)生在春分之后及秋分之前 。 由于衛(wèi)星接收天線對(duì)準(zhǔn)了太陽(yáng) ，而太陽(yáng)本身又是一個(gè)巨大的無(wú)線電干擾源 ， 因此太陽(yáng)的輻射將對(duì)衛(wèi)星廣播和衛(wèi)星通信產(chǎn)生很大的影響 。 ? 當(dāng)同步廣播衛(wèi)星在接收地點(diǎn)地球上的位置恰好與太陽(yáng)的位置重合時(shí) ， 就產(chǎn)生了 “ 衛(wèi)星凌日 ” 現(xiàn)象 ， 亦稱(chēng)日凌 。 在發(fā)生日凌和衛(wèi)星蝕時(shí) ， 衛(wèi)星電視和衛(wèi)星通信會(huì)受到一定的影響 。 ? 接收地點(diǎn)至同步衛(wèi)星的實(shí)際距離 d的計(jì)算公式為：