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Ka频段卫星通信链路计算

摘要：从卫星通信天线原理着手，通过信号传输路径分析，计算卫星通信上下

行链路C/T。

关键词：卫星通信天线原理链路计算

引言：

卫星通信就是利用人造地球卫星作为中继站来转发无线电波，从而实现两个

或多个地球站之间的通信。卫星通信能很好地满足互联网宽带接入、应急通信及

远程教育等领域的宽带多媒体业务通信需求，具有广阔的市场前景。

一、卫星通信天线组成及原理

、天线射频系统组成1

天线射频系统主要由天线分系统、LNA（低噪声放大器）分系统、TWTA（行

波管功率放大器）分系统、BDC（下变频器）分系统和BUC（上变频功率放大器）

分系统组成。

图1-1系统组成框图

、天线原理2

天线分机在伺服控制分机的控制下保证高精度指向目标卫星，接收卫星下行

信号，发射上行信号。

天线的作用就是用来发射和接收电磁波能量。当天线工作在发射状态时，高

功放输出的信号经馈线系统传输到频谱复用网络，由网络进入馈源喇叭，由喇叭

向副反射面发射，经副面一次反射和主面二次反射后形成平行波束向空中目标发

射，当空中目标为卫星时，则天线向卫星发射能量，天线的轴线方向就是电磁波

发射方向。同理，当天线工作在接收状态时，从卫星发射的信号能量经天线主面

和副面的二次反射后汇集到馈源的焦点处，被馈源喇叭接收并经过频谱复用网络

传输到低噪声放大器（LNA），这样从卫星发射的被天线主面所截获的所有电磁

波能量均被接收下来，并全部传输给LNA。

二、链路计算

、天线1增益

天线增益计算公式为：

其中η为天线总效率，其计算公式是：

η=η1η2η3η4η5η6η7η8η9

式中：η1——天线口面照射效率

η2——副面截获效率

η3——主面漏失及绕射效率

η4——表面公差效率

η5——馈源系统插损效率

η6——交叉极化效率

η7——支杆遮挡效率

η8——反射损耗效率

η——天线效率总。

表2-1天线效益估算表

、地2面站性能指数G/T值

值是反映地面站接收系统的一项重要技术性能指标。其中G/TG为接收天线

增益，T为接收系统噪声性能的等效噪声温度。G/T值越大，说明地面站接收系

统的性能越好。

天线从周围环境接收到噪声功率，通常用噪声温度来度量一个系统产生的噪

声功率大小。天线噪声可以用给定频带内与噪声功率有关的等效噪声温度表示。

即N=koBTa(ko为玻尔兹曼常数；B为接收机带宽；Ta为天线等效噪声温度)。天

线噪声可分为内部噪声和外部噪声。内部噪声主要包括天线传输损耗和欧姆损耗

等；外部噪声是天线所处的环境中的噪声源产生的噪声，如大气衰减噪声、宇宙

噪声和地面热辐射噪声等。

图2-1天线噪声温度的组成

表示大气衰减噪声和宇宙噪声。大气衰减噪声随着天线仰角的提高而迅Tsky

速下降，这是因为仰角越高，电波在大气中传播的路径长度越短；宇宙噪声Tbc

约为2.7K。天线仰角为30°，18.7GHz时，天空噪声温度为44K。

Tground表示由地面辐射引起的噪声温度。由于天线辐射方向图的旁瓣特性，

此影响随天线的仰角而略有变化。由Rec.ITU-RS.733-2可知：来自此源的噪声温

度估计为4K6K。

表示天线欧姆损耗T引起的噪声温度。从理论上讲，天线金属表面欧姆损耗

引起的噪声很小，可以忽略。但是由于天线表面底漆和面漆的影响，会增加天线

噪声温度。欧姆损耗估算结果为0.7。

Tloss表示馈源网络插入损耗引起的天线噪声温度，如：馈源喇叭插入损耗、

双工器损耗和极化器损耗等。假设馈源网络插入损耗为Lfeed，则由此引起的噪

声温度为：

TlossLfeed1T0

则天线噪声温度Ta可用下式计算：

表2-2天线噪声温度计算结果

表2-3天线G/T值计算结果

、EIRP3估算

EIRP（EffectiveIsotropicRadiatedPower）有效全向辐射功率也称为等效全向辐

射功率，它的定义是地球站或卫星的天线