《走近业余卫星通信》(五)| 业余卫星线性转发器

2021年1月17日    14:46    热度:174 dbw     0 条响应   |  业余卫星 -> 业余无线电

业余卫星线性转发器

by Keith Baker, KB1SF/VA3KSF, [email protected]

本文原题为《如何使用业余卫星线性转发器》发表于《监测时报》

(Brasstown, NC 28902)

        之前的文章讨论了如何发现、跟踪、收听业余卫星及如何开展卫星通信。本文将介绍一种非调频类卫星转发器即线性转发器,以及OSCAR卫星的命名方式。

        通信卫星转发器是用于接收和转发卫星通信地球站发来的无线电信号,实现地球站之间或地球站与卫星之间通信的设备,可对接收的信号进行放大、变频,并再次发射回各卫星通信地球站或卫星,其功能类似于调频中继器。线性转发器通过接收无线电频谱的一小段信号,转换频率,线性地放大信号,然后把这一小段信号完整地发送出去,也称为“模拟”转发器。


        线性转发器有反相和非反相两种工作模式。非反相模式是指经过转发器后,信号的相对位置不变。反相模式是指经过转发器后,原本位于高端的上行信号移至下行频率低端,原本位于低端的上行信号移至下行频率高端,意即下行信号相对上行信号产生镜像翻转。

        因此,一个边带调制信号经由非反相转发器转发后,它的调制模式不变;而经过反相转发器转发后,上边带调制会变成下边带调制,下边带调制会变成上边带调制,后者也是业余卫星通信爱好者经常使用的模式。但CW(摩尔斯电报)信号经由两种转发器转发后不会改变。

        目前,在轨业余卫星大都使用反相线性转发器,例如FO-29、VO-52和HO-6。1974年发射的AO-7是仍在运转的最古老的业余卫星,使用非反相线性转发器,当它运行到能被太阳照射的地方时还能通信。

图1 Phase 3-B(AO-10),是迄今为止AMSAT最成功的配备线性转发器的高轨业余卫星。它为全球用户提供了长时远距业余卫星通联服务。悬挂于科鲁乌发射场(AMSAT-DL提供)

图2 Phase 3-B(AO-10)位于运载火箭前级(AMSAT提供)

        如前所述,卫星转发器是全双工操作模式,爱好者FM卫星通信一般从接收自己的信号开始,在接收自己的上行信号时,别人也可以收听到你的信号。

        最开始从卫星线性转发器下行链路中找到自己的信号会比较困难。可以先将上行频率设置为转发器的中心频率,断续发射CW信号,以定位相应的下行信号频率,然后尝试开展通联。

        配备线性转发器的业余卫星与FM卫星的区别是可以进行CQ呼叫。与高频(HF)业余无线电通联惯例相同,一般在频段低端开展CW通联,在频段高端开展语音通联。

        考虑到卫星运行中,下行信号有明显多普勒频移。因此,在过去没有系统辅助进行频率控制的时候,如果卫星的上行频率高于下行频率,就要在通联期间不断调整发射频率;如果卫星的上行频率低于下行频率,则要不断调整接收频率。也就是说,在U/V模式下应调整发射频率,而在V/U模式下应调整接收频率,避免在不经意间插入到他人通话之中。

降低发射功率

        卫星的能量是由太阳能电池板提供的,因此非常有限。业余卫星通信不像地面业余无线电通联,并不是功率越大越好。超功率发射会触发卫星的自动增益控制,不仅会消耗更多卫星电量,有损卫星电池寿命,还会压低其他通联者的下行功率。爱好者应该控制发射的上行功率,习惯在微弱的卫星信号下工作,使其刚好能够生成可用的下行信号。超功率发射爱好者被称为“鳄鱼”。

不受欢迎的FM模式

        由于卫星电量十分有限,我们通常使用单边带(SSB)语音、莫尔斯电报(CW)这类更高效的调制方式。与SSB和CW信号相比,FM信号占用更大带宽和更多输出功率。如果有人使用对讲机经由线性转发器开展通联,将会产生超宽的、跳跃着的CW下行信号,从而占用大量的下行功率。因此,使用线性转发器开展通联时,应避免使用FM信号。

线性vs调频

        FM转发器和线性转发器各有所长。FM模式通信门槛较低,非常适合爱好者入门,仅需要一部双频段对讲机搭配一副手持式天线就可开展卫星通信。但在吸引众多用户的同时,不能同一时间进行多个通信的单信道通信缺点导致信道过度拥挤,爱好者需要压缩通信时间,对话内容也仅限于“hello” “good bye”此类。

图3 技术人员对JAS-1B(FO-20)进行发射前检查(JAMSAT提供)

        线性转发器支持多用户同时通信,即便仅仅使用简陋的装备,例如,打蛋器天线,也能与使用装载线性转发器的业余卫星开展通联,并和对方“高谈阔论”。但从通联经验看,装载线性转发器的业余卫星很少被爱好者选择,基本处于空转状态。

图4 JAS-1B(FO-20)的在轨状态。(JAMSAT提供)

OSCAR 卫星命名

        读者都知道业余卫星被称为“OSCARs”,但少有人知道后面的编号从何而来。信不信由你,这些编号是有通盘考虑的!

        自1961年以来,各业余无线电组织已经制造和发射了大约60多颗“OSCAR”卫星,一颗卫星是否能被称作“OSCAR”卫星,有一套严格的流程和标准(OSCAR是Orbital/ Orbiting Satellite Carrying Amateur Radio 的缩写,意思是携带业余无线电设备的在轨卫星)。

图5 1996年发射前,一名技术人员对JAS-2(FO-29)卫星进行最后调整,这颗卫星至今仍处于“半运行”状态。(JAMSAT提供)

        大多数业余卫星在发射之前都有其他的名字,像北美AMSAT组织按字母顺序为其命名。例如,AO-51卫星在发射之前被称为“OSCAR-E”、“AMSAT OSCAR Echo”或“Echo”。因此,本系列的下一颗卫星将被称为“AMSAT-Fox”或“Fox”。AMSAT-Fox是一个小小的“1U立方体”卫星。同样,在发射之前,德国AMSAT也用字母来表示他们的Phase 3系列高轨卫星,例如Phase 3-B是后来的OSCAR-10(AO-10),Phase 3-C是OSCAR-13(AO-13),Phase 3-D变成OSCAR-40(AO-40)。其他AMSAT组织在卫星发射和在轨激活之前,也给他们的业余卫星赋予不同的名称。JARL(日本业余无线电联盟)和JAMSAT将他们的卫星称为“日本业余卫星”(缩写为“JAS”),并以数字编号。例如,FO-29在发射前被称为JAS-2。

        一旦业余卫星成功发射,为避免命名混乱应以国际惯例进行命名。但在最终被称为“OSCAR”卫星之前,这些卫星还需通过“最终试炼”:首先,卫星必须能够在业余无线电频段发射和接收;其次,还必须成功地进入轨道并可以使用;最后,卫星资助者提出申请OSCAR编号才会被派出。

        根据AMSAT组织和OSCAR项目初始团队(制造并发射了第一颗OSCAR卫星的西海岸团队)之间的协议,这些正式请求都将提交给AMSAT的创始成员、前任总裁Bill Tynan(W3XO),由他判定该卫星是否属于“业余卫星”范畴,并给予正式编号。

图6 JAS-2(FO-29)与运载火箭。从日本南部种子岛航天中心发射的日本H-II火箭成功地将该卫星送入低轨卫星轨道。(JAMSAT提供)        

        一般情况下,在轨卫星名称中的“O”代表“OSCAR”,其后的数字由Bill按顺序分配,具体取决于卫星转发器的在轨启用时间。但卫星名称中的第一个字母意义更为丰富,通常指代卫星的制造者或赞助商。例如,FO-29中的“F”代表“Fuji”,而AO-51中的“A”代表“AMSAT”。

图7 2000年11月, Phase 3-D卫星(AO-40)等待最终装配。

地点:法属圭亚那库鲁的阿丽亚娜航天中心(AMSAT提供)

        但“A”不总是代表AMSAT。例如,AO-27中的“A”代表“AMRAD”,这是华盛顿特区的业余无线电组织,他们于1993年制造了这颗卫星载荷,并装载在EYESAT卫星平台上发射升空。SO-50中的“S”代表“沙特(Saudi)”,因为沙特阿拉伯的一个大学赞助了该卫星的制造和发射。而SO-67中的“S”却代表“SumbandilaSat”。Sumbandila是南非文达语,翻译成英文意为“探路者”,意思是后面还会有系列卫星制造计划。

图8 2000年,Phase 3-D卫星(AO-40)及其承载装置。无线电爱好者设计、制造、测试了这套装置,并将其设计方案免费提供给欧洲航天局,以换取发射费用减免。(AMSAT提供)

        之后专栏将介绍更多业余无线电的知识,以及在轨卫星的历史和现状,包括国际空间站搭载的业余无线电设备。

编译:李安平  李英华  张宁  赵千里  徐国强 

注:译文所含信息的所有权、使用等归原发布平台《监测时报》所有。中文版可以在署名“国家无线电监测中心 翻译”的情况下转载。

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