微波與衛星通信主要內容：介紹無線通信領域的傳輸技術

(WirelessCommunication)微波通信（MicrowaveCommunication）移動通信（mobilecommunication）衛星通信（SatelliteCommunication）第一章：介紹微波通信、移動通信及衛星通信的基本概念、特點、系統組成和頻率配置第二章：介紹微波通信、移動通信及衛星通信的調制解調技術原理和種類第三章：討論衛星通信的多址技術與信道分配技術第四章：對三種無線通信中的電波傳播特性進行分析第五章：介紹無線通信中常用的編碼和處理技術的原理及特點第六章：對無線通信中的主要鏈路參數進行介紹第七章：介紹我國及國際上微波與衛星通信的現狀及最新技術發展第1章微波與衛星通信概述微波與衛星通信的工作頻率都屬于微波頻率，所以它們既有共同的特點，又各自具有本身的特點，且組成單獨的通信系統。頻段名稱頻率范圍波段名稱波長范圍甚低頻（VLF）3kHz~30kHz萬米波，甚長波10km~100km低頻（LF）30kHz~300kHz千米波，長波1km~10km中頻（MF）300kHz~3000kHz百米波，中波100m~1000m高頻（HF）3MHz~30MHz十米波，短波10m~100m甚高頻（VHF）30MHz~300MHz米波，超短波1m~10m特高頻（UHF）300MHz~3000MHz分米波10cm~100cm超高頻（SHF）3GHz~30GHz厘米波1cm~10cm極高頻（EHF）30GHz~300GHz毫米波1mm~10mm300GHz~3000GHz亞毫米波0.1mm~1mm無線電波的頻段劃分1.1微波與衛星通信的基本概念與特點1.2微波通信系統的組成1.3衛星通信系統的組成1.4

移動通信系統的組成（不要求）1.1微波與衛星通信的基本概念與特點1.微波與衛星通信的概念

微波是指頻率為300MHz至300GHz的電磁波。

微波通信是指用微波頻率作載波攜帶信息，通過無線電波空間進行中繼（接力）通信的方式。

衛星通信是指利用人造地球衛星作為中繼站，轉發或反射無線電波，在兩個或多個地球站之間進行的通信。衛星通信又是宇宙無線電通信形式之一，而宇宙通信是指以宇宙飛行體為對象的無線電通信，它有三種形式：（1）宇宙站與地球站之間的通信；（2）宇宙站之間的通信；（3）通過宇宙站轉發或反射而進行的地球站間的通信。宇宙站：人造衛星、宇宙飛船視頻資料注意：相距兩個較遠的地球站同時看到衛星時才能進行衛星通信，才能利用衛星進行轉發無線電微波信號。2.微波通信的特點用于傳輸頻分多路-調頻制（FDM-FM）基帶信號的系統叫作模擬微波通信系統；用于傳輸數字基帶信號的系統叫作數字微波通信系統。分為PDH、SDH兩種體制基本特點：微波、多路、接力“微波”是指微波工作頻段寬，波長在1米(不含1米)到1毫米之間，包括了分米波、厘米波和毫米波三個頻段。“多路”是指微波通信的通信容量大，即微波通信設備的通頻帶可以做得很寬。“接力”是目前廣泛使用于視距微波的通信方式。同光線一樣具有波粒二象性呈現為穿透、反射、吸收三個特性數字微波通信除了具有上面所說的微波通信的普遍特點外，還具有數字通信的特點：（1）抗干擾性強、整個線路噪聲不累積；（2）保密性強，便于加密；（3）器件便于固態化和集成化，設備體積小、耗電少；（4）便于組成綜合業務數字網（ISDN）。3.移動無線通信的特點①電波傳播環境極其惡劣多徑傳播瑞利衰落(信號電平起伏40dB以上)②移動臺受到多種干擾影響和噪聲影響

同頻干擾、鄰道干擾、環境噪聲③頻譜資源珍貴用戶數急劇增加④組網技術復雜越區切換、跟蹤交換4.衛星通信的特點（1）靜止衛星通信的優點①通信距離遠且費用與通信距離無關

18000km左右，與地貌無關②覆蓋面積大，可進行多址通信（三星）③通信頻帶寬，傳輸容量大④信號傳輸質量高，通信線路穩定可靠⑤建立通信電路靈活、機動性好（2）靜止衛星通信的缺點①靜止衛星的發射與控制技術比較復雜。②地球的兩極地區為通信盲區，而且地球的高緯度地區通信效果不好。③存在星蝕和日凌中斷現象。④有較大的信號傳輸時延和回波干擾。①每年春分、秋分時②地球、衛星、太陽在同一直線上5.微波通信的頻率配置

基本原則：①在一個中間站，一個單向波道的收信和發信必須使用不同頻率且有足夠大的間隔②多波道同時工作時，相鄰波道頻率間必須有足夠的間隔③整個工作頻譜安排必須緊湊，使頻段得到經濟利用④多波道系統要設法共用天線，所以選用的頻率配置方案應有利于天線共用⑤多波道系統中，為提高頻帶利用率，對一個波道而言，應采用二頻制：兩個方向的發信使用同一射頻頻率，兩個方向的收信使用另外一個射頻頻率！多波道二頻制頻率配置方案問：保護頻帶為多大？

f1、f1’各為多少？6.移動通信系統的頻率配置

①GSM頻段

我國陸地公用蜂窩數字移動通信網GSM通信系統采用900MHz頻段：890～915（移動臺發、基站收）935～960（基站發、移動臺收）隨著業務的發展，可向1800MHz頻段擴展：

1710～1785（移動臺發、基站收）1805～1880（基站發、移動臺收）相鄰兩頻道間隔為200kHz，每個頻道采用時分多址接入方式，分為8個時隙，即8個信道。每信道占用帶寬200kHz／8=25kHz。

②CDMA頻段中國聯通數字CDMA系統頻率安排如下：825～835（移動臺發、基站收）870～880（基站發、移動臺收）其中載頻間隔為1.25MHz③3G頻段第三代移動通信系統(3G)即IMT-2000的主要工作頻段：

頻分雙工(FDD)1920～1980/2110～2170時分雙工(TDD)1880～1920/2010～20257.衛星通信的頻率配置大氣層中對流層中的氧和水蒸氣對電波有吸收作用，雨、霧和雪也會對電波產生吸收和散射損耗，研究發現在0.3GHz～10GHz頻段，大氣吸收損耗最小，稱為“無線電窗口”。

“半透明無線電窗口”：30GHz附近目前大多數衛星通信系統選擇了如下頻段：（1）UHF（超高頻）頻段——400/200MHz；（2）微波L頻段——1.6/1.5GHz;（3）微波C頻段——6.0/4.0GHz;(民用、商用)（4）微波X頻段——8.0/7.0GHz;(軍用、政府用)（5）微波Ku頻段——14.0/12.0GHz和14.0/11.0GHz;（6）微波Ka頻段——30/20GHz。隨著通信業務的迅速增長，人們正在探索應用更高頻段的可能性。1971年的世界無線電行政會議已確定將宇宙通信的頻段擴展到275GHz。1.2微波通信系統的組成1.2.1系統組成一條微波中繼信道是由終端站、中間站和再生中繼站及電波空間組成，如圖所示。★終端站的任務是將復用設備送來的各類基帶信號調制到微波頻率上并發射出去，或者反之。★中繼站的任務是完成微波信號的轉發和分路，分為中間站（不能上、下話路）、分路站和樞紐站（能上、下話路）。示意圖1.2.2微波收發信設備的組成1.發信設備的組成★直接調制式發信機（使用微波調相器）

——中小容量的數字微波（480路以下）設備★變頻式發信機以一種典型的變頻式發信機為例加以說明變頻式發信機方框圖取出信號的一個邊帶服務于公眾或某些特殊用途的信號本振淺調頻發信混頻：將中頻信號從頻譜搬移到微波頻段。使輸出維持在額定電平混頻器(變頻器)：將信號頻率由一個量值變換為另一個量值的器件。cosA×cosB=0.5cos(A+B)+0.5cos(A-B)對應于上變頻和下變頻2.發信設備的主要性能指標（1）工作頻段(1~40GHz)如果通信頻率越高，則：

優點—通頻帶、系統容量、天線方向性及增益

缺點—雨霧及水蒸氣對信號的散射、吸收，收信電平下降

干線微波通信：2GHz、4GHz、6GHz頻段

支線、專用網微波通信：7GHz、8GHz、11GHz（2）輸出功率中放

微波功放輸出功放

輸出功率是指發信機輸出端口處功率的大小。一般為幾十毫瓦到1瓦左右。（3）頻率穩定度發信機的每個工作波道都有一個標稱的射頻中心工作頻率，用f0表示。設實際工作頻率與標稱工作頻率偏差為△f，則頻率穩定度為:對于PSK調制方式，要求頻率穩定度為：1×10-5～5×10-6對于變頻調制方式：注意本振淺調頻的影響3.收信設備的組成數字微波的收信設備和解調設備組成了收信系統（注：這里的收信設備只包括射頻、中頻兩個部分）在設計收信設備時需要重點考慮的因素：微波傳播中的衰落現象——嚴重影響通信質量！對抗衰落的技術措施主要從兩個方面考慮：一個方面是對正在準備建設的微波電路的考慮，另一個方面是對已建成微波電路的衰落嚴重的接力段的考慮。分集技術：通過兩條或兩條以上途徑（例如空間途徑）傳輸同一信息，以減輕衰落影響的一種技術措施。分集技術空間分集頻率分集時間分集站址分集角度分集(空間分集分為空間分集發送和空間分集接收)

空間分集接收——在空間不同的垂直高度上設置幾副天線，同時接收一個發射天線的微波信號，然后合成或選擇其中一個強信號。二重空間分集接收超外差式接收機★可有效抑制多徑衰落4.收信設備的主要性能指標（1）工作頻段與發信機配合工作，前一個微波站的發信頻率即本收信機同一波道的收信頻率。（2）收信本振的頻率穩定度收信機輸出的中頻是收信本振與收信微波混頻的結果，故對收信本振頻率的穩定度有一定的要求。1×10-5～5×10-6（3）噪聲系數在環境溫度為標準室溫(17℃)且收信機輸入與輸出匹配的條件下，噪聲系數為輸入端信噪比與輸出端信噪比的比值：設收信機增益系數為：可得收信機輸出噪聲為：收信機自身熱噪聲此時收信機噪聲系數可改寫為：由上式可看出，收信機噪聲系數最小值為1(0dB)此為理想情況，即收信機內部無熱噪聲。所以說NF是衡量收信機熱噪聲性能的一項指標！（4）通頻帶收信機接收的已調波是一個頻帶信號，即已調波頻譜（的主要成分）要占有一定的帶寬。

收信機的通頻帶應至少大于該帶寬！但不宜過大，會引入更多的噪聲！一般取傳輸碼元速率的1～2倍例傳輸速率為8.448Mbit/s的數字微波系統，通頻帶一般取13MHz（5）選擇性

對某個波道的收信機而言，要求它只接收本波道的信號，對其它干擾(鄰近波道干擾、鏡像頻率干擾及本波道的收、發干擾等)有足夠的抑制能力，這就是收信機的選擇性。選擇性用增益—頻率(G-f)特性表征！

要求：通頻帶內增益足夠大且G-f特性平坦

通頻帶外衰減越大越好

通帶與阻帶間的過渡區越窄越好（6）自動增益控制范圍以自由空間傳播條件下的收信電平為基準，當收信電平高于基準電平時，稱為上衰落；低于基準電平時，稱為下衰落。當收信電平變化時，仍要求收信機額定輸出電平不變，就應在收信機的中頻放大器內設置自動增益控制(AGC)電路。例：上衰落為+5dB，下衰落為-40dB則要求AGC控制范圍為45dB1.2.3微波通信的天線饋線系統1.饋線系統

饋線：在無線電發射機放大器輸出端（或收信機輸入端）和發射（或接收）天線輸入端（輸出端）之間傳送射頻(RF)能量的線路。同軸電纜型分米波波段(2GHz)波導型厘米波波段(4GHz以上)饋線圓波導饋線矩形波導饋線同軸電纜饋線系統波導饋線系統波導：一種用來約束或引導電磁波的結構分為：空心金屬波導管表面波波導問：比較上面兩個饋線系統的不同？2.天線系統常用微波天線的基本形式有：喇叭天線、拋物面天線、喇叭拋物面天線及潛望鏡天線等。微波天線的主要技術指標有以下幾個方面：（1）天線增益定義：在輸入功率相等的條件下，實際天線與理想的輻射單元在空間同一點處所產生的信號的功率密度之比。

定量地描述了一個天線把輸入功率集中輻射的程度。例：為在一定的距離上的某點處產生一定大小的信號，如果用理想的無方向性點源作為發射天線，需要100W的輸入功率，而用增益為G=13dB=20的某定向天線作為發射天線時，輸入功率只需100/20=5W。微波通信中使用的面式天線，其增益可用下式表示：式中，A——天線的口面面積λ——波長ηA——口面利用系數，0.4～0.6例：工作頻率為4GHz，距離為50km的微波線路，常用直徑為3.2m～4m的天線，其增益為40dB左右(2)對主瓣寬度的要求主瓣寬度——衡量天線功率輻射是否集中的參量，主瓣寬度越小，方向圖越尖銳，表示天線輻射越集中。

注意！不要認為主瓣寬度越小越好？（天氣因素）一般取為1°～2°左右主瓣中輻射功率為最大值一半時兩個矢徑間的夾角稱為主瓣寬度（3）天線與饋線應匹配良好在整個工作頻段內，要求天線與饋線應匹配連接，否則將造成反射，進而造成線路噪聲。（4）交叉極化去耦

在采用雙極化的微波天線中，由于天線本身結構的不均勻性及不對稱，不同極化波（即垂直極化波和水平極化波）可在天線中互相耦合，互為干擾，分別成為與之正交的主極化波的寄生波。

設此寄生波功率為Px，則交叉極化去耦度為：一般要求交叉極化去耦度不小于30dB主極化波功率（5）天線防衛度天線防衛度是指天線在最大輻射方向上對從其他方向來的干擾電波的衰耗能力。

在微波線路中，由于采用二頻制，因此在同一微波站中，兩個方向的接收機工作在同一頻率，存在諸多耦合現象，如圖所示：天線防衛度圖解①前對背耦合②邊對邊耦合③背對背耦合①①②③★反向防衛度指天線去除前對背耦合的能力，定義為天線在最大輻射方向上的增益系數G0與反方向增益系數G反的比值。★邊對邊去耦指天線去除邊對邊耦合的能力★背對背去耦指天線去除背對背耦合的能力3.卡塞格倫天線卡塞格倫天線是一種具有雙反射器的拋物面天線，其外形簡圖如下：工作原理預備知識拋物線的光學性質：經焦點的光線經拋物線反射后的光線平行于拋物線的對稱軸。雙曲線的光學性質：從雙曲線一個焦點發出的光，經過雙曲線反射后，反射光線的反向延長線都匯聚到雙曲線的另一個焦點上當輻射器位于雙曲面的實焦點F1處時，由F1發出的射線經過雙曲面反射后的射線就相當于由雙曲面的虛焦點直接發射出的射線。因此只要是雙曲面的虛焦點與拋物面的焦點相重合就可使副反射面反射到主反射面上的射線被拋物面反射成平面波輻射出去。工作原理工作原理圖與拋物面天線不同，稱為后饋式（拋物面）（雙曲面）后饋式天線結構的優點：傳統的主焦點鍋，饋源在焦點上，它在拋物面反射面前，所以要不就需要有低損耗饋線，要不就有一部分設備處在饋源附近。后者對接收系統是合理的，因為低噪聲放大器相當緊湊，但高功率的發射機往往是又大又重的。卡塞格倫天線和類似的多反射面天線，讓饋源放置在一個更方便的點上，接近頂點（拋物面反射面的中心），饋線可以通過鍋的中心。但是，進一步的分析表明，這種優勢不僅僅是方便一點，真正的好處是次反射面可以用來重塑對反射面的輻照而達到更好的性能，即重塑輻照。——摘自保羅韋德《多反射鍋形天線》1.3衛星通信系統的組成1.3.1系統構成1.靜止衛星通信系統概述衛星通信的工作頻段與微波通信相同。下圖是衛星通信的示意圖：衛星通信示意圖中繼轉發信號實現地面站之間的通信靜止衛星是指衛星的運行軌道在赤道平面內。軌道離地面高度約為35800km（為簡單起見，經常稱36000km）。下圖所示為靜止衛星配置的幾何關系示意圖。靜止衛星的配置赤道長度約四萬km不同的兩個衛星的覆蓋區域之間的通信（兩跳）目前國際衛星通信組織負責建立的國際衛星通信系統（INTELSAT），簡稱IS，就是利用靜止衛星來實現全球通信的。三顆同步衛星分別位于太平洋、印度洋和大西洋上空，它們構成的全球通信網承擔著大約80%的國際通信業務和全部國際電視轉播業務，如圖所示：國際通信衛星公司：INTELSAT、PONAMSAT、LORALINTELSAT：共有18顆衛星，最新為Intelsat9系列衛星衛星通信示意圖處于衛星重疊區實現全球通信我國衛星通信系統現狀中國衛通☆

中星5A(中衛1號)☆

中星5B(鑫諾1號)☆

中星5C(鑫諾3號)★

鑫諾2號視頻資料2.衛星通信系統的組成

（1）衛星通信系統的組成通常衛星通信系統是由地球站、通信衛星、跟蹤遙測及指令系統和監控管理系統4大部分組成的，如圖所示：衛星通信系統的組成對衛星上的運行數據及指標進行跟蹤測量，并對衛星在軌道上的姿態進行監視與控制在通信業務開通前和開通后對衛星通信的性能及參數進行監測和管理（2）衛星通信線路的組成兩個地球站通過通信衛星進行通信的衛星通信線路的組成如圖所示，由發端地球站，上、下行無線傳輸路徑和收端地球站組成。衛星通信線路的組成多路復用基帶信號調制：中頻70M微波頻率頻帶信號衰減噪聲抑噪放大頻率轉換：f1→f2降低功率放大解調：中頻70M基帶信號信號分路1.3.2

地球站的組成及其工作原理1.對地球站的技術要求一般來說，對地球站應有以下幾方面的要求：①發送的信號應是寬頻帶、穩定、大功率的信號，能接收由衛星轉發器轉發來的微弱信號②可以傳輸多路電話、電報、傳真，以及高速數據、電視等多種業務的信號③性能穩定、可靠，維護、使用方便④建設成本和維護費用不應太高標準地球站的性能指標(最低性能要求)：（1）品質因數（G/T）地球站接收天線的增益G與地球站接收系統的等效噪聲溫度T的比值，它表征了地球站對微弱信號的接收能力，稱為地球站的品質因數。例：INTELSAT衛星系統A型站——B型站——（2）有效輻射功率及其穩定度為了保證所傳送信號的質量，要求地球站的發射機能夠發射較大的功率，一般為幾百瓦～十幾千瓦，而且要求所發射的射頻信號功率非常穩定。（3）射頻頻率的穩定度地球站所發射的射頻信號的頻率必須很穩定，如有較大漂移則會在衛星轉發器中產生交調噪聲。當兩個以上不同頻率信號作用于一非線性電路時，將互相調制，產生新頻率信號輸出，如果該頻率正好落在接收機工作信道帶寬內，則構成對該接收機的干擾，稱這種干擾為交調噪聲（4）射頻能量的擴散（5）干擾波輻射的限制2.地球站的組成國際通信衛星頻分多址方式A型標準地球站天線分系統電源分系統發射機分系統接收機分系統通信控制分系統信道終端設備分系統電話信號電視信號例：電視信號(分為兩個通道傳輸)圖像信號——變頻、放大后送往天線伴音信號——利用多路電話的通道進行傳送（占用三個話路）下面對分系統分別進行介紹◆發射機分系統（1）組成和要求①發射的功率大②頻帶寬，從而保證通信容量以及發射多個載波所需的帶寬③射頻的頻率穩定度高④放大器的線性好⑤增益穩定，對發射地球站的有效全向輻射功率要求保持在額定值的±0.5dB以內，以保證接收地球站的性能指標對地球站發射機分系統的主要要求：（2）上變頻器和本機振蕩器發射機分系統中的上變頻器一般采用參量變頻器，特點是噪聲小而且有一定的增益。無論是上變頻器或接收機分系統中的下變頻器，都要有本機振蕩器。一般采用晶振倍頻鎖相振蕩源。ff0uduc壓控振蕩器控制電壓，直流f1◆接收機分系統（1）組成與要求由于衛星轉發器的發射功率較小，只有幾瓦至幾十瓦，而且天線的增益也不高，經200dB左右的下行線路損耗之后，到達地球站的信號極微弱。所以要求接收機必須為低噪聲系統！①噪聲溫度低，接收機分系統的噪聲溫度很低，一般只有幾十開爾文（K）②工作頻帶寬，一般要求具有500MHz的帶寬

③增益穩定對接收機分系統的具體要求：噪聲溫度：表示噪聲源(射電源、接收機系統或其他有源多端網絡)所發出的噪聲功率的量度。它等于一個電阻在與這個噪聲源相同的帶寬內，給出相同的功率時，所具有的絕對溫度。（2）低噪聲放大器

在微波頻段使用的低噪聲放大器主要是低噪聲晶體管放大器、場效應管放大器和參量放大器等。（3）下變頻器

經低噪聲放大器放大的微波信號，要送到下變頻器變換成中頻70MHz，再經過中頻放大后送到解調器。◆信道終端設備分系統分為上行和下行兩個部分：（1）上行部分(含電話、電視兩個通道）①預加重技術當解調器對多路電話信號的調頻波解調時，噪聲同時進入解調器，使解調后輸出的話路信噪比降低。并且解調器自身的噪聲功率譜密度n0為拋物線分布，造成輸出的各路話路信噪比不一致，如圖所示：解調器自身噪聲功率譜解決方法：在發端調制器之前接一個預加重網絡，將高端信號幅度提高，而使低端信號幅度適當降低。從而使頻帶內各處的信噪比變得均勻。在接收信號時再進行相反處理，即去加重以恢復原來的信號。②加權技術

由于人們聽覺的頻率特性是不平坦的，一般對1000Hz左右的噪聲感覺最靈敏，對3000～4000Hz以上或200～300Hz以下的噪聲感覺遲鈍，即實際感受的噪聲較小。因此在測量話路的噪聲時，為考慮受話人實際感受的噪聲狀況，需要接入加權網絡，用來表示人們的主觀評定，成為下圖所示的形狀：加權電路特性③對載波信號進行能量擴散的處理

由于放大器具有非線性特性而產生交調干擾噪聲。所以需外加一個信號對載波能量進行擴散（對載波進行調制）。由實驗得知，外加的信號用20～150Hz的三角波較為合適，如圖所示：④導頻信號

在衛星通信線路信號傳輸的過程中，有時因某種原因會發生所傳送的信號太小甚至中斷的現象。

為判斷衛星通信線路工作是否正常，在發送端的基帶信號中加入一個60kHz的正弦波，該信號即導頻信號。接收端可根據導頻信號的大小判斷衛星通信線路工作是否正常！（例：當導頻信號電平低于某個數值時即產生報警信號）(2)下行部分

信道終端設備下行部分的任務是把從低噪聲接收機送來的70MHz信號，經過中放、解調和基帶處理后，輸出基帶信號，然后再送到終端接口設備，把基帶信號進行分解。◆通信控制分系統地球站相當復雜和龐大，為了保證各部分正常工作，必須在站內集中監視、控制和測試。◆電源分系統地球站電源分系統供應站內全部設備所需用的電能，關系到通信的質量及設備的可靠性。當利用公用交流市電來對地球站供電時，通過電力傳輸線路，必然會同時引進許多雜波干擾，而且公用交流市電也會出現波動。1.3.3靜止衛星的運行軌道與觀察參數1.靜止衛星的發射運載火箭（單級速度為2.5km/s）衛星的初始速度大于8km/s火箭采用具有捆綁技術的三級結構目前只有美國、俄羅斯、法國、中國等國家具備該項技術

世界上主要的運載火箭系列：大力神(Titan)系列運載火箭：美國大力神運載火箭系列由大力神-2洲際導彈發展而來，1964年首次發射。該系列由大力神-2、大力神-3、大力神-34、大力神-4和商用大力神-3等型號和子系列組成。它的最大近地軌道運載能力為21.9t，地球同步轉移軌道運載能力為5.3t。德爾塔(Delta)系列運載火箭：美國德爾塔系列運載火箭于1960年5月13日首次發射，迄今為止已發展了19種型號。美國空軍的全部GPS衛星都是由德爾塔-2發射的。美國還正在研制具有多種配置的德爾塔-4子系列，其中的重型德爾塔-4的地球同步轉移軌道運載能力在13t以上。土星-V(Saturn)系列運載火箭：土星-V運載火箭是美國專為阿波羅登月計劃而研制的、迄今為止最大的巨型運載火箭。其起飛重量為3000t，直徑10m，高110m，近地軌道運載能力達97t，它能把重達47t的阿波羅飛船送入登月軌道。土星-V曾先后將12名宇航員送上月球。東方號(Vostok)系列運載火箭：俄羅斯東方號系列運載火箭是世界上第一種載人航天運載工具，它創造了多個世界第一：發射了第一顆人造衛星，第一顆月球探測器，第一顆金星探測器，第一顆火星探測器，第一艘載人飛船，第一艘無人載貨飛船進步號等。它也是世界上發射次數最多的運載火箭系列。能源號(Energia)運載火箭：能源號運載火箭是前蘇聯/俄羅斯研制的目前世界上起飛質量和推力最大的火箭。其近地軌道運載能力為105t，既可發射大型無人載荷，也可用于發射載人航天飛機。能源號于1987年首次發射成功，曾將蘇聯的暴風雪號航天飛機成功地送上天。由于俄羅斯經濟狀態不佳就再也沒有發射過。我國的長征運載火箭系列：我國自1956年開始展開現代火箭的研制工作。1964年6月29日，中國自行設計研制的中程火箭試飛成功之后，即著手研制多級火箭，向空間技術進軍。經過了五年的艱苦努力，1970年4月24日“長征一號”運載火箭誕生，首次發射“東方紅一號”衛星成功。中國航天技術邁出了重要的一步。“長征”系列火箭已經走向世界，享譽全球，在國際發射市場占有重要一席。截至2014年12月31日將風云二號08星成功送入軌道后，我國航天器運載工具——長征系列運載火箭完成203次發射。長征一號系列：長征一號運載火箭于1965年開始研制，包括長征一號運載火箭和長征一號丁運載火箭兩個型號，是一種三級火箭，主要用于發射近地軌道小型有效載荷。火箭全長29.86米，最大直徑2.25米，起飛重量81.6噸,起飛推力112噸，能把300千克重的衛星送入440公里高的近地軌道。1970年4月24日,長征1號運載火箭成功地將“東方紅一號”衛星送入預定軌道，奠定了長征系列火箭發展的基礎，發射成功率為100%。長征二號系列：長征二號目前是中國最大的運載火箭家族，擁有“長征二號”、“長征二號丙”、“長征二號丁”、“長征二號捆（E）”、“長征二號F”等型號，承擔近地軌道發射任務。“長征2號”火箭是一種兩級火箭,全長31.17米，最大直徑3.35米，起飛重量190噸，能把1.8噸的衛星送入距地面數百公里的橢圓形軌道。長征二號火箭共進行了4次發射，除首次發射失敗外，另外三次均圓滿成功。長征三號系列：“長征三號”系列運載火箭是我國承擔高軌道發射任務的三級運載火箭。長征三號甲運載火箭是長征三號系列火箭的基礎型號，主要發射地球同步轉移軌道的有效載荷。其地球同步轉移軌道的運載能力為2.6噸。自1994年2月8日首次發射成功以來，至今發射成功率為100%。被授予“金牌火箭”稱號。“長征三號乙”火箭是三級大型液體捆綁式運載火箭。主要發射地球同步轉移軌道的重型衛星。其地球同步轉移軌道的運載能力為5.1噸。由長征三號火箭運載的嫦娥三號探測器于2013年12月14日21時許成功落月，至此我國成為世界第三個有能力自主將探測器送入地外天體的國家。長征四號系列：“長征四號”前身為上海航天局“風暴一號”火箭，“長征四號”主要承擔太陽同步軌道和極軌道的發射任務。長征五號系列：長征五號系列運載火箭又稱“大火箭”“冰箭”，是我國在2006年立項研制的一次性大型低溫液體運載火箭。長征五號系列由中國航天科技集團公司研制，運載能力將分別達到地球同步轉移軌道13噸，近地軌道23噸。中國未來天宮空間站的建設、探月三期工程及其它深空探測的實施都將使用該火箭系列。基本型長征五號預計于2016年年底在中國海南航天發射場首飛。發射衛星的三級火箭示意圖2.發射過程一顆靜止衛星的發射過程如圖所示，全部過程大體可分為如下四個階段：初始軌道轉移軌道漂移軌道靜止軌道（1）進入初始軌道點燃三級火箭的一、二級火箭，把衛星送到初始軌道（離地球表面為幾百公里的與赤道平面有一定夾角的傾斜圓形軌道）。（2）進入轉移軌道

衛星在初始軌道上經過測試后，在飛經赤道上空時第三級火箭點火，使衛星沿飛行方向加速，進入大橢圓軌道，即轉移軌道（軌道的近地點高度與入軌點相同，遠地點高度為35800千米，而且都位于赤道上空），并進行姿態調整。（3）進入漂移軌道衛星運行到轉移軌道遠地點時，航天測控站發出遙控指令使衛星發動機點火，向衛星施加具有特定方向和大小的推力，改變衛星飛行的方向和速度，使其進入漂移軌道。（與靜止軌道十分接近）（4）進入靜止軌道衛星在漂移軌道上運行時，離靜止衛星定點位置是很近。利用衛星上的小推進噴嘴進行位置誤差修正，使衛星精確定點于靜止軌道上的預定位置。靜止衛星發射過程中應該注意的問題：①發射場的選擇因為靜止衛星位于赤道上空，所以它的發射場越靠近赤道越好，以便節省發射衛星所消耗的能量。

例如在我國，靜止衛星都是在西昌發射中心發射而不在太原或酒泉發射中心發射，法國的衛星發射場建在赤道附近的法屬圭亞那而不在法國本土。②發射時機的選擇可以為全年的任何一天。但每天發射的具體時間應根據發射場的地理位置，發射日期及太陽、地球、衛星三者的相對位置才能確定最有利的發射時機，稱為“發射窗口”。

每天一般有兩次發射窗口，每次約30分至2小時。3.通信衛星的姿態控制衛星上裝有通信用的定向天線，要求定向天線的波束應指向地球中心或某覆蓋區的中心。（1）角度慣性控制角度慣性控制也叫自旋穩定法，是早期靜止衛星常用的姿態控制方法。衛星在自旋的過程中應保證衛星天線指向不變，所以把天線安裝在一個特殊的平臺，即消旋平臺（與衛星等速但反向旋轉！）（2）三軸穩定法

三軸穩定法是指衛星的姿態是由穩定穿過衛星重心的三個軸來保證。三個軸分別位于衛星軌道的切線、法線和軌道平面的垂線等三個方向上，分別對應叫做滾動軸、俯仰軸和偏航軸，如圖所示：

三軸采用噴氣、慣性飛輪或電機等來直接控制每個軸保持穩定軌道切線軌道法線軌道面垂線4.靜止衛星的觀察參數在地球站的調測、開通和使用過程中，需要知道地球站天線工作時的方位角Φa(以正北方向為基準)和仰角Φe。此外，為了計算自由空間的傳播損耗，還必須知道地球站與衛星之間的距離——站星距。下圖給出了靜止衛星S與地球站A的幾何關系。1地球站（經度,緯度）靜止衛星靜止衛星星下點（經度,緯度）地心設兩點經度差為：緯度差為：如圖所示方位角（以正南為基準）仰角如以正北為基準，方位角Φ為：①若地球站位于北半球時②若地球站位于南半球時【例1-1】“亞太一號”衛星的星下點s′的經度為φ2=138.00E(東經)，北京地球站的參數為φ1=116.45E,θ1=39.92°，求北京地球站的仰角、方位角和站星距。解：由已知條件得知：θ1=39.92°，經度差φ=φ2－φ1=138.00－116.45=21.55°代入公式得仰角由于衛星位于地球站的東側，所以實際方位角為5.衛星通信系統的分類（1）按衛星的覆蓋范圍分：國際衛星通信系統國內衛星通信系統區域衛星通信系統（2）按用戶的性質分：公用衛星通信系統專用衛星通信系統軍用衛星通信系統（3）按衛星的制式分：靜止衛星通信系統非靜止衛星通信系統（衛星繞地球運轉一周不等于24小時）

（4）按衛星的離地高度分：低高度衛星(小于5千公里,2～4小時)中高度衛星(5千公里～2萬公里,4～12小時)高高度衛星(大于2萬公里,大于12小時)1.3.4通信衛星的組成及其工作原理通信衛星由通信分系統、控制分系統、遙測與指令分系統、電源分系統、溫控分系統和天線分系統6個部分組成。通信衛星的組成1.通信分系統——即信號轉發器（1）單變頻轉發器

單變頻轉發器是目前用得較多的轉發器，如圖（a）所示。（2）雙變頻轉發器雙變頻轉發器如圖（b）所示。（3）處理轉發器處理轉發器除了轉發信號外，主要還具有處理信號的功能。它的組成方框圖如圖（c）所示。衛星轉發器組成的方框圖f1微波頻段f2微波頻段f1微波頻段中頻信號中頻信號f2微波頻段f1微波頻段低頻頻帶信號基帶信號f2微波頻段衛星上的信號處理包括三種類型：①對數字信號進行判決和再生，使噪聲不積累②在多個衛星天線波束之間進行信號交換與處理③為了某種特殊應用而對信號進行更復雜的變換2.控制分系統控制分系統由各種可控的調整裝置，如各種噴氣推進器、各種驅動裝置和各種轉換開關等組成。是遙測指令分系統指令的執行機構！3.遙測指令分系統地球上的控制站需要經常不斷地了解衛星內部設備的工作情況，此時可以通過遙測指令信號控制衛星上設備產生一定的動作。分為兩個部分：（1）遙測部分用來了解衛星上各種設備的情況，例如表示某些部件的電流、電壓和溫度等信號，傳感器的信息等。這些數據需送往地面監控中心。（2）遙控指令部分根據遙測數據由監控中心發出遙控指令，對這些指令進行處理和執行的部分。

指令信號由“準備”、“指令”和“執行”三個階段信號組成。4.電源分系統衛星上的電源除要求體積小、重量輕、效率高和可靠性之外，還要求電源能在長時間內保持足夠的輸出。（1）太陽能電