專利名稱：衛星射頻與光纖信號傳輸數據的中繼轉發裝置及轉發方法
技術領域：
本發明涉及一種星上數據中繼轉發技術，具體涉及一種星上寬帶、抗干擾的衛星射頻與光纖信號傳輸數據的中繼轉發裝置及轉發方法。
背景技術：
衛星微波通信技術在軍用和民用領域得到廣泛應用。隨著軍用通信和民用通信技術的發展，對衛星通信信號的轉發能力提出了越來越高的要求。特別是未來寬帶通信衛星系統一個非常突出的特點是將搭載數量巨大的多波束射頻天線，衛星微波通信轉發技術受容量、速率、電磁干擾等限制，不能滿足實際要求。在此背景下，人們把目光轉移到了以激光作為信號載體的衛星光通信，期待依靠激光通信的高數據傳輸率來突破這一瓶頸問題。衛星光通信具有大容量、寬帶寬、終端設備體積小、重量輕、功耗低，保密性及抗干擾能力強等優點，被認為是解決衛星微波通信傳輸率瓶頸的最佳方法。我國制定了至2050年以前空間科技發展規劃，明確了高速星間激光通信的發展路線，使星間、星地數據通信速率達百Gbps，滿足空間科學與應用海量數據傳輸的要求。圖4所示，目前衛星通信系統采用的頻段主要為C/Ku/Ka頻段，其相對應的輸入/輸出多工器也均為某一特定頻段的轉發器，所采取的公共傳輸線形式一般為波導或同軸公共傳輸線，但是不能同時覆蓋多個微波信號頻段。寬帶公共傳輸線采用同軸傳輸線，寬帶信號通過同軸電纜分別饋入各個通道，在通道濾波器與同軸電纜之間有波導同軸轉換，把同軸電纜內傳輸的信號饋入波導通道濾波器，通道濾波器把相應頻段的信號提取出來，這種方案優點是實現相對容易，通過選用合適的高頻電纜接頭，同軸電纜可以傳輸從C頻段到Ka頻段的寬帶信號，其存在的缺點是同軸電纜的功率容量相對較小，并且通道濾波器一般設計為波導低通濾波形式，這就需要一個波導同軸轉換連接通道濾波器與公共傳輸線，波同轉換又存在功率及容量較小的缺陷。
發明內容
本發明的目的是提供一種具有結構簡單，使用方便，保密性強，星上寬帶寬、抗干擾、多頻段、多格式信號，將模擬信號直接調制到光載波上的衛星射頻與光纖信號傳輸數據的中繼轉發裝置。本發明的另一目的是提供轉發方法。為了克服現有技術的不足，本發明的技術方案是這樣解決的:一種衛星射頻與光纖信號傳輸數據的中繼轉發裝置，該中繼轉發裝置包括一顆寬帶中繼星2、一個寬帶多頻段數據庫1、一個地面第一發射站或接收站C、一個地面第二發射站或接收站Ku、一個地面第三發射站或接收站Ka ;所述的寬帶中繼星2的多路微波電信號依次分別與無線寬帶多頻段數據庫1、地面第一發射站或接收站C、第二發射站或接收站Ku、第三發射站或接收站Ka連接；所述地面第一發射站C、第二發射站Ku、第三發射站Ka的信號與發射第一多工器3的信號連接；所述發射第一多工器3的信號與發射激光器4的信號連接；所述發射激光器4的信號與發射光放大器5的信號連接；所述發射光放大器5的信號與光學發射天線6的信號連接；光學接收天線7的信號與接收光放大器8的信號連接；所述接收光放大器8的信號與光電探測器9的信號連接；所述光電探測器9的信號與接收第二多工器10的信號連接；所述接收第二多工器10的信號與接收第一濾波器11的信號連接；所述接收站第一濾波器11的信號與第一電放大器12的信號連接；所述第一電放大器12的信號與第一接收站C波段微波信號13連接；所述接收第二濾波器18的信號與第二電放大器16的信號連接，所述第二電放大器16的信號與第二接收站Ku波段微波信號14連接；所述接收第三濾波器19的信號與第三電放大器17的信號連接；所述第三電放大器17的信號與第三接收站Ka波段微波信號15連接。所述微波信號由一個微波信號合路，一個微波信號分路組成，其中第一接收站C波段微波信號13、第二接收站Ku波段微波信號14、第三接收站Ka波段微波信號15輸入微波模擬信號給微波信號合路20,所述微波信號合路20包括第一低噪聲放大器21、第二低噪聲放大器29、第一多工器3,所述第一低噪聲放大器21、第二低噪聲放大器29的信號放大后并合成一路送給第二多工器10，所述第二多工器10通過信道將信號輸送給微波信號分路23，所述微波信號分路23包括第二多工器10、第三放大器25、第四放大器28、第四濾波器26、第五濾波器27 ;所述第二多工器10將信號分路分別輸送給第三放大器25、第四放大器28，所述第三放大器25、第四放大器28將信號分路分別輸送給第四濾波器26、第五濾波器27，所述第四濾波器26、第五濾波器27輸出微波模擬信號給發射天線，然后發射天線的信號通過寬帶中繼星2發射到地面接收站。所述光放大器為EDFA摻餌光纖放大器。所述天線為卡塞格林光學天線。所述的發射激光器4為550nm分布反饋式DFB激光器。一種所述衛星射頻與光纖信號傳輸數據的中繼轉發裝置的轉發方法，按下述步驟進行:
Φ、通過覆蓋地面第一發射站或接收站C、地面第二發射站或接收站Ku、地面第三發
射站或接收站Ka頻段的第一多工器將任意一頻段、任意一帶寬、任意一格式的模擬微波信號合成為I路寬帶信號；
@、以1550nm分布反饋式DFB激光器為光源，采用內調制的方式，將合路后的I路寬
帶微波信號進行電光調制到光載波上；
③、將攜帶了數據信息的光信號經過EDFA摻餌光纖放大器中繼放大，通過卡塞格林光學天線發射到寬帶中繼星上；
④、寬帶中繼星采用光電探測器進行對高靈敏度微弱光信號的光電探測將光信號轉換為電信號；其中
光電探測器將接收到的光信號經過光電探測和信號處理后解調出原始的微波信號，光電探測器的核心器件是光電二極管，半導體材料價帶中的電子吸收入射光子的能量躍遷至導帶中，產生了電子空穴對，即產生了電子和空穴兩種載流子，在偏置電壓的作用下控制載流子的流動，實現光電探測，系統采用PIN直接探測的方式將接收到的光信號轉變為電信號；其中光信號轉換為電信號，按下述計算式計算:
設定入射到光電探測器上的光信號的光場為:及⑴= ACOSiMf，式中J為光信號的
場振幅，ω為光信號的頻率，t為時間；
平均光功率€為:
權利要求
1.一種衛星射頻與光纖信號傳輸數據的中繼轉發裝置，該中繼轉發裝置包括一顆寬帶中繼星(2)、一個寬帶多頻段數據庫(I)、一個地面第一發射站或接收站(C)、一個地面第二發射站或接收站(Ku)、一個地面第三發射站或接收站(Ka);其特征在于所述的寬帶中繼星(2)的多路微波電信號依次分別與無線寬帶多頻段數據庫(I)、地面第一發射站或接收站(C)、第二發射站或接收站(Ku)、第三發射站或接收站(Ka)連接；所述地面第一發射站(C)、第二發射站(Ku)、第三發射站(Ka)的信號與發射第一多工器(3)的信號連接；所述發射第一多工器(3)的信號與發射激光器(4)的信號連接；所述發射激光器(4)的信號與發射光放大器(5)的信號連接；所述發射光放大器(5)的信號與光學發射天線(6)的信號連接；光學接收天線(7)的信號與接收光放大器(8)的信號連接；所述接收光放大器(8)的信號與光電探測器(9)的信號連接；所述光電探測器(9)的信號與接收第二多工器(10)的信號連接；所述接收第二多工器(10)的信號與接收第一濾波器(11)的信號連接；所述接收站第一濾波器(11)的信號與第一電放大器(12)的信號連接；所述第一電放大器(12)的信號與第一接收站C波段微波信號(13)連接；所述接收第二濾波器(18)的信號與第二電放大器(16)的信號連接，所述第二電放大器(16)的信號與第二接收站Ku波段微波信號(14)連接；所述接收第三濾波器(19)的信號與第三電放大器(17)的信號連接；所述第三電放大器(17)的信號與第三接收站Ka波段微波信號(15)連接。
2.根據權利要求1所述的衛星射頻與光纖信號傳輸數據的中繼轉發裝置，其特征在于所述微波信號由一個微波信號合路，一個微波信號分路組成，其中第一接收站C波段微波信號(13)、第二接收站Ku波段微波信號(14)、第三接收站Ka波段微波信號(15)輸入微波模擬信號給微波信號合路(20),所述微波信號合路(20)包括第一低噪聲放大器(21)、第二低噪聲放大器(29)、第一多工器(3),所述第一低噪聲放大器(21)、第二低噪聲放大器(29)的信號放大后并合成一路送給第二多工器(10)，所述第二多工器(10)通過信道將信號輸送給微波信號分路(23),所述微波信號分路(23)包括第二多工器(10)、第三放大器(25)、第四放大器(28)、第四濾波器(26)、第五濾波器(27);所述第二多工器(10)將信號分路分別輸送給第三放大器(25)、第四放大器(28)，所述第三放大器(25)、第四放大器(28)將信號分路分別輸送給第四濾波器(26)、第五濾波器(27)，所述第四濾波器(26)、第五濾波器(27)輸出微波模擬信號給發射天線，然后發射天線的信號通過寬帶中繼星(2)發射到地面接收站。
3.根據權利要求2所述的衛星射頻與光纖信號傳輸數據的中繼轉發裝置，其特征在于所述光放大器為EDFA摻館光纖放大器。
4.根據權利要求3所述的衛星射頻與光纖信號傳輸數據的中繼轉發裝置，其特征在于所述天線為卡塞格林光學天線。
5.根據權利要求4所述的衛星射頻與光纖信號傳輸數據的中繼轉發裝置，其特征在于所述的發射激光器(4)為550nm分布反饋式DFB激光器。
6.一種如權利要求5所述衛星射頻與光纖信號傳輸數據的中繼轉發裝置的轉發方法，按下述步驟進行: ①、通過覆蓋地面第一發射站或接收站C、地面第二發射站或接收站Ku、地面第三發射站或接收站Ka頻段的第一多工器將任意一頻段、任意一帶寬、任意一格式的模擬微波信號合成為I路寬帶信號；②、以1550nm分布反饋式DFB激光器為光源，采用內調制的方式，將合路后的I路寬帶微波信號進行電光調制到光載波上； ③、將攜帶了數據信息的光信號經過EDFA摻餌光纖放大器中繼放大，通過卡塞格林光學天線發射到寬帶中繼星上； ④、寬帶中繼星采用光電探測器進行對高靈敏度微弱光信號的光電探測將光信號轉換為電信號；其中 光電探測器將接收到的光信號經過光電探測和信號處理后解調出原始的微波信號，光電探測器的核心器件是光電二極管，半導體材料價帶中的電子吸收入射光子的能量躍遷至導帶中，產生了電子空穴對，即產生了電子和空穴兩種載流子，在偏置電壓的作用下控制載流子的流動，實現光電探測，系統采用PIN直接探測的方式將接收到的光信號轉變為電信號；其中光信號轉換為電信號，按下述計算式計算: 設定入射到光電探測器上的光信號的光場為
全文摘要
本發明公開了衛星射頻與光纖信號傳輸數據的中繼轉發裝置及轉發方法。裝置包括一顆寬帶中繼星通過激光上行鏈路和射頻下行鏈路分別與寬帶多頻段數據庫、地面發射站或接收站連接；將不同頻段微波信號調制到光域進行傳輸和處理，攜帶多路微波信號光載波由地面站的光學發射天線發射到中繼衛星；中繼衛星光學接收天線對接收到光信號進行光電探測，恢復出光載波攜帶的多路電信號并將其分離，發射天線將分離的電信號發送到地面接收站。具有簡單，使用方便，保密性強，星上寬帶寬的特點，將多頻段、多格式模擬信號直接調制到光載波上，拓展了電磁頻譜應用范圍，有強的電磁兼容性，提高星載廣播與信息分發能力。實現射頻信號透明轉發，降低星上處理復雜度。
文檔編號H04B10/29GK103117796SQ20131002849
公開日2013年5月22日 申請日期2013年1月25日 優先權日2013年1月25日
發明者譚慶貴, 蔣煒, 趙尚弘, 李勇軍, 朱子行, 楚興春, 趙衛虎, 石磊 申請人:西安空間無線電技術研究所, 中國人民解放軍空軍工程大學