1.4Приемопередающий 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.

В рассматриваемой схеме осуществляется только одно преобразование частоты сигналов приема в частоту сигналов передачи. В некоторых ретрансляторах используется двойное преобразование. Принимаемые СВЧ сигналы преобразуются в сигналы промежуточной частоты (например, в типовую — 150 МГц), обрабатываются: усиливаются, ограничиваются, фильтруются, а затем передаются на земную территорию многочисленным абонентам (приемным устройствам). Но в современных спутниках, например, ГАЛС 16Р, используется только одно преобразование, что экономнее.

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.

1.5Некоторые 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,я I Масса спутника без топлива 1025 кг, с топливом — 2077 кг.

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 про- грамм 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 без- возвратно 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 от- ношению 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 ограничен- ной 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.