什么是通信卫星?

什么是通信卫星?

[拼音]：tongxin weixing

[外文]：communications satellite

作为无线电通信中继站的人造地球卫星。通信卫星反射或转发无线电信号，实现卫星通信地球站之间或地球站与航天器之间的通信。通信卫星是各类卫星通信系统或卫星广播系统的空间部分(见卫星通信、卫星广播)。 一颗静止通信卫星大约能够覆盖地球表面的40％，使覆盖区内的任何地面、海上、空中的地球站能同时相互通信。在赤道上空等间隔分布的 3颗静止通信卫星可以实现除两极部分地区外的全球通信。卫星通信具有通信距离远、容量大、质量好、可靠性高和灵活机动等优点，已成为现代通信的重要手段。通信卫星可以传输电话、电报、传真、数据和图象，广泛用于国际、国内或区域通信、军用通信、海事通信和电视广播以及航天器的跟踪和数据中继等方面。到80年代初期，卫星通信已承担三分之二的洲际通信业务和几乎全部的洲际电视传输。通信卫星的应用促进了世界范围的信息传输和交流，开创了全球卫星通信时代。

通信卫星是应用最早、用得最广的人造地球卫星之一。自1958年12月美国发射世界上第一颗试验通信卫星“斯科尔”号以来，截至1984年底，世界各国已发射了670多颗通信卫星，其中地球静止轨道通信卫星有179颗。中国于1984年4月8日发射了一颗地球静止轨道试验通信卫星（见中国试验通信卫星）。

通信卫星的专用系统由通信转发器和通信天线组成。它的任务是将接收到的微弱无线电信号加以放大、变频，再作功率放大后进行转发，以实现卫星通信。为了保证通信专用系统正常工作，卫星上还设有结构、电源、热控制、姿态和轨道控制以及无线电测控等保障系统。

分类

通信卫星按有无通信转发器分为无源通信卫星和有源通信卫星。无源通信卫星指仅用来反射无线电信号的卫星；有源通信卫星设有通信转发器。无源通信卫星反射的信号十分微弱，通信质量不佳，而且要求地面有复杂而庞大的天线、高功率发射机和高灵敏度接收机，因此实用通信卫星均为有源通信卫星。通信卫星按运行轨道分为静止通信卫星和非静止通信卫星；按服务区域不同可分为国际通信卫星、区域通信卫星和国内通信卫星；还可按用途分为专用通信卫星和多用途通信卫星，前者如电视广播卫星、军用通信卫星、海事通信卫星、跟踪和数据中继卫星等，后者如军民合用的通信卫星，兼有通信、气象和广播功能的多用途卫星。典型的通信卫星有下列几种：

国际通信卫星

用于国际间商用通信。这类卫星发展最早，应用也最广。主要有国际通信卫星组织的“国际通信卫星”系列，苏联的“闪电”号通信卫星、“虹”号和“地平线”号等通信卫星。

军用通信卫星

用于军事通信，一般分为战略通信卫星和战术通信卫星。80年代以来，战略和战术通信卫星的区分已不明显。军用通信卫星保密性好，机动性高和抗干扰能力强。美国军用通信卫星主要有“国防通信卫星”、“战术通信卫星”、“舰队通信卫星”等。苏联可用于军事的通信卫星有混编在“宇宙”号卫星系列中的通信卫星、“闪电”号通信卫星等。

国内或区域通信卫星

专用于国内或区域通信的卫星。国内通信卫星主要有加拿大的“兄弟”号（又称“阿尼克”）、日本的“通信卫星”（又称“樱花”）、美国的“西联星”号、“通信星”号和“卫星通信”号等通信卫星。区域通信卫星有印度尼西亚的“统一”号卫星、欧洲的“欧洲通信卫星”、阿拉伯国家的“阿拉伯卫星”等。

海事卫星

用于海上和陆地间通信，兼有为遇难船只提供救援和导航的任务。海事卫星有美国的“海事卫星”，欧洲空间局的“欧洲海事通信卫星”。

广播卫星

向公众直接转播电视或声音广播，又称电视直播卫星。广播卫星尚处于试验之中，即将进入实用阶段。

跟踪和数据中继卫星

用于航天器与地球站之间的测控和数据信息中继传输，是新型的专用通信卫星，具有对中、低轨道航天器跟踪、测轨的能力。1983年美国发射了世界上第一颗跟踪和数据中继卫星。

性能指标

一颗通信卫星的通信能力与整个卫星通信系统采用的通信体制和使用方法密切相关（见通信技术）。在通信体制和使用方法确定的条件下，决定和表征通信卫星通信能力的主要技术指标有：

发射信道数

即通信转发器的发射信道数。一般来说，卫星上转发器数目越多，总射频带宽就越宽，通信容量也越大，可传输更多的电话、电报或电视路数。

等效全向辐射功率

卫星各发射信道向覆盖区辐射的功率。它等于发射天线的输入功率与给定方向上天线增益的乘积。一般来说，等效全向辐射功率大，通信容量也大。

覆盖区

达到规定的地面功率通量密度的区域。覆盖区表示可通信的范围和距离。当卫星发射功率一定时，覆盖区越大，地球站接收到的信号越弱，往往会减少通信话路数目。

设计寿命

设计所规定的卫星有效工作时间。实际的卫星工作寿命主要取决于卫星姿态控制系统和轨道控制系统的执行机构所携带的燃料多少。当燃料耗尽，卫星姿态和轨道位置即失去控制，通信也被迫中断。

此外，天线波束指向精度、静止通信卫星的位置保持精度也是重要技术指标。

技术特点

与其他人造卫星比较，通信卫星在技术要求和设计上有一些特点。

轨道

通信卫星一般采用高轨道，特别是地球静止卫星轨道，以保证覆盖范围大和通信距离远，并便于地球站天线跟踪。处于地球静止卫星轨道上的通信卫星相对地球静止不动，地球站天线跟踪简单，并能实现昼夜不间断通信，因此现代通信卫星大多采用这种轨道。地球静止卫星轨道只有一条，是一种有限的空间资源。由于静止通信卫星日益增多，在常用频段（例如上、下行频段6／4吉赫）工作的卫星越来越拥挤。在高纬度地区，地球站天线对静止通信卫星的仰角太低，信号传输中的大气衰减严重，为了保证通信质量需要增加卫星对覆盖区的辐射功率，或提高地球站的接收能力。因此，有的通信卫星采用大倾角、远地点达 4万公里的大椭圆轨道，用于高纬度地区通信。

控制

为了提高卫星发射功率的利用率，保证覆盖区内正常通信，减少功率溢出对相邻地区的通信干扰，通信卫星须有较高的姿态控制精度，保证天线波束始终对准覆盖区。静止通信卫星除要求精确的天线波束指向外，还需要对轨道进行控制，以满足较高的卫星位置保持精度，这样可以简化地球站天线的跟踪、调整、安装和维护，卫星之间的间隔也可缩小，在地球静止卫星轨道上便可以放置更多的卫星。国际电信联盟制定的《无线电规则》规定实用静止通信卫星的位置保持精度优于±0.1°，天线波束指向误差不超过半功率宽度的10％或0.3°。

转发器和天线

转发器是实现信号转发的专用设备，它的关键部件是功率放大器。通信卫星大多采用行波管功率放大器，有的开始使用场效应晶体管固体功率放大器。研制重量轻、体积小、效率高和寿命长的功率放大器是通信卫星关键技术之一。通信卫星都采用定向天线。全球通信卫星多采用覆球波束定向天线；国内或区域通信卫星多采用点波束定向天线或成形波束天线（见飞行器天线）。点波束或成形波束天线的波束宽度一般在几度以下，对天线反射面的加工工艺和安装精度要求很高。天线向阳面与背阳面的温差悬殊，会引起天线变形，增大天线波束指向误差。因此天线反射面常采用热变形小的复合材料。

通信卫星的主要发展趋势是采用频率复用技术，引入更高频段和发展卫星上的信息处理技术。

参考书目

宫宪一编著，人民邮电出版社译：《卫星通信工程》，人民邮电出版社出版，北京，1974。（宫憲一编著，《衛星通伩工學》，丸善株式会社，東京，1969。）