专利名称：卫星射频与光纤信号传输数据的中继转发装置及转发方法
技术领域：
本发明涉及一种星上数据中继转发技术，具体涉及一种星上宽带、抗干扰的卫星射频与光纤信号传输数据的中继转发装置及转发方法。
背景技术：
卫星微波通信技术在军用和民用领域得到广泛应用。随着军用通信和民用通信技术的发展，对卫星通信信号的转发能力提出了越来越高的要求。特别是未来宽带通信卫星系统一个非常突出的特点是将搭载数量巨大的多波束射频天线，卫星微波通信转发技术受容量、速率、电磁干扰等限制，不能满足实际要求。在此背景下，人们把目光转移到了以激光作为信号载体的卫星光通信，期待依靠激光通信的高数据传输率来突破这一瓶颈问题。卫星光通信具有大容量、宽带宽、终端设备体积小、重量轻、功耗低，保密性及抗干扰能力强等优点，被认为是解决卫星微波通信传输率瓶颈的最佳方法。我国制定了至2050年以前空间科技发展规划，明确了高速星间激光通信的发展路线，使星间、星地数据通信速率达百Gbps，满足空间科学与应用海量数据传输的要求。图4所示，目前卫星通信系统采用的频段主要为C/Ku/Ka频段，其相对应的输入/输出多工器也均为某一特定频段的转发器，所采取的公共传输线形式一般为波导或同轴公共传输线，但是不能同时覆盖多个微波信号频段。宽带公共传输线采用同轴传输线，宽带信号通过同轴电缆分别馈入各个通道，在通道滤波器与同轴电缆之间有波导同轴转换，把同轴电缆内传输的信号馈入波导通道滤波器，通道滤波器把相应频段的信号提取出来，这种方案优点是实现相对容易，通过选用合适的高频电缆接头，同轴电缆可以传输从C频段到Ka频段的宽带信号，其存在的缺点是同轴电缆的功率容量相对较小，并且通道滤波器一般设计为波导低通滤波形式，这就需要一个波导同轴转换连接通道滤波器与公共传输线，波同转换又存在功率及容量较小的缺陷。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有结构简单，使用方便，保密性强，星上宽带宽、抗干扰、多频段、多格式信号，将模拟信号直接调制到光载波上的卫星射频与光纤信号传输数据的中继转发装置。本发明的另一目的是提供转发方法。为了克服现有技术的不足，本发明的技术方案是这样解决的:一种卫星射频与光纤信号传输数据的中继转发装置，该中继转发装置包括一颗宽带中继星2、一个宽带多频段数据库1、一个地面第一发射站或接收站C、一个地面第二发射站或接收站Ku、一个地面第三发射站或接收站Ka ;所述的宽带中继星2的多路微波电信号依次分别与无线宽带多频段数据库1、地面第一发射站或接收站C、第二发射站或接收站Ku、第三发射站或接收站Ka连接；所述地面第一发射站C、第二发射站Ku、第三发射站Ka的信号与发射第一多工器3的信号连接；所述发射第一多工器3的信号与发射激光器4的信号连接；所述发射激光器4的信号与发射光放大器5的信号连接；所述发射光放大器5的信号与光学发射天线6的信号连接；光学接收天线7的信号与接收光放大器8的信号连接；所述接收光放大器8的信号与光电探测器9的信号连接；所述光电探测器9的信号与接收第二多工器10的信号连接；所述接收第二多工器10的信号与接收第一滤波器11的信号连接；所述接收站第一滤波器11的信号与第一电放大器12的信号连接；所述第一电放大器12的信号与第一接收站C波段微波信号13连接；所述接收第二滤波器18的信号与第二电放大器16的信号连接，所述第二电放大器16的信号与第二接收站Ku波段微波信号14连接；所述接收第三滤波器19的信号与第三电放大器17的信号连接；所述第三电放大器17的信号与第三接收站Ka波段微波信号15连接。所述微波信号由一个微波信号合路，一个微波信号分路组成，其中第一接收站C波段微波信号13、第二接收站Ku波段微波信号14、第三接收站Ka波段微波信号15输入微波模拟信号给微波信号合路20,所述微波信号合路20包括第一低噪声放大器21、第二低噪声放大器29、第一多工器3,所述第一低噪声放大器21、第二低噪声放大器29的信号放大后并合成一路送给第二多工器10，所述第二多工器10通过信道将信号输送给微波信号分路23，所述微波信号分路23包括第二多工器10、第三放大器25、第四放大器28、第四滤波器26、第五滤波器27 ;所述第二多工器10将信号分路分别输送给第三放大器25、第四放大器28，所述第三放大器25、第四放大器28将信号分路分别输送给第四滤波器26、第五滤波器27，所述第四滤波器26、第五滤波器27输出微波模拟信号给发射天线，然后发射天线的信号通过宽带中继星2发射到地面接收站。所述光放大器为EDFA掺饵光纤放大器。所述天线为卡塞格林光学天线。所述的发射激光器4为550nm分布反馈式DFB激光器。一种所述卫星射频与光纤信号传输数据的中继转发装置的转发方法，按下述步骤进行:
Φ、通过覆盖地面第一发射站或接收站C、地面第二发射站或接收站Ku、地面第三发
射站或接收站Ka频段的第一多工器将任意一频段、任意一带宽、任意一格式的模拟微波信号合成为I路宽带信号；
@、以1550nm分布反馈式DFB激光器为光源，采用内调制的方式，将合路后的I路宽
带微波信号进行电光调制到光载波上；
③、将携带了数据信息的光信号经过EDFA掺饵光纤放大器中继放大，通过卡塞格林光学天线发射到宽带中继星上；
④、宽带中继星采用光电探测器进行对高灵敏度微弱光信号的光电探测将光信号转换为电信号；其中
光电探测器将接收到的光信号经过光电探测和信号处理后解调出原始的微波信号，光电探测器的核心器件是光电二极管，半导体材料价带中的电子吸收入射光子的能量跃迁至导带中，产生了电子空穴对，即产生了电子和空穴两种载流子，在偏置电压的作用下控制载流子的流动，实现光电探测，系统采用PIN直接探测的方式将接收到的光信号转变为电信号；其中光信号转换为电信号，按下述计算式计算:
设定入射到光电探测器上的光信号的光场为:及⑴= ACOSiMf，式中J为光信号的
场振幅，ω为光信号的频率，t为时间；
平均光功率€为:
权利要求
1.一种卫星射频与光纤信号传输数据的中继转发装置，该中继转发装置包括一颗宽带中继星(2)、一个宽带多频段数据库(I)、一个地面第一发射站或接收站(C)、一个地面第二发射站或接收站(Ku)、一个地面第三发射站或接收站(Ka);其特征在于所述的宽带中继星(2)的多路微波电信号依次分别与无线宽带多频段数据库(I)、地面第一发射站或接收站(C)、第二发射站或接收站(Ku)、第三发射站或接收站(Ka)连接；所述地面第一发射站(C)、第二发射站(Ku)、第三发射站(Ka)的信号与发射第一多工器(3)的信号连接；所述发射第一多工器(3)的信号与发射激光器(4)的信号连接；所述发射激光器(4)的信号与发射光放大器(5)的信号连接；所述发射光放大器(5)的信号与光学发射天线(6)的信号连接；光学接收天线(7)的信号与接收光放大器(8)的信号连接；所述接收光放大器(8)的信号与光电探测器(9)的信号连接；所述光电探测器(9)的信号与接收第二多工器(10)的信号连接；所述接收第二多工器(10)的信号与接收第一滤波器(11)的信号连接；所述接收站第一滤波器(11)的信号与第一电放大器(12)的信号连接；所述第一电放大器(12)的信号与第一接收站C波段微波信号(13)连接；所述接收第二滤波器(18)的信号与第二电放大器(16)的信号连接，所述第二电放大器(16)的信号与第二接收站Ku波段微波信号(14)连接；所述接收第三滤波器(19)的信号与第三电放大器(17)的信号连接；所述第三电放大器(17)的信号与第三接收站Ka波段微波信号(15)连接。
2.根据权利要求1所述的卫星射频与光纤信号传输数据的中继转发装置，其特征在于所述微波信号由一个微波信号合路，一个微波信号分路组成，其中第一接收站C波段微波信号(13)、第二接收站Ku波段微波信号(14)、第三接收站Ka波段微波信号(15)输入微波模拟信号给微波信号合路(20),所述微波信号合路(20)包括第一低噪声放大器(21)、第二低噪声放大器(29)、第一多工器(3),所述第一低噪声放大器(21)、第二低噪声放大器(29)的信号放大后并合成一路送给第二多工器(10)，所述第二多工器(10)通过信道将信号输送给微波信号分路(23),所述微波信号分路(23)包括第二多工器(10)、第三放大器(25)、第四放大器(28)、第四滤波器(26)、第五滤波器(27);所述第二多工器(10)将信号分路分别输送给第三放大器(25)、第四放大器(28)，所述第三放大器(25)、第四放大器(28)将信号分路分别输送给第四滤波器(26)、第五滤波器(27)，所述第四滤波器(26)、第五滤波器(27)输出微波模拟信号给发射天线，然后发射天线的信号通过宽带中继星(2)发射到地面接收站。
3.根据权利要求2所述的卫星射频与光纤信号传输数据的中继转发装置，其特征在于所述光放大器为EDFA掺馆光纤放大器。
4.根据权利要求3所述的卫星射频与光纤信号传输数据的中继转发装置，其特征在于所述天线为卡塞格林光学天线。
5.根据权利要求4所述的卫星射频与光纤信号传输数据的中继转发装置，其特征在于所述的发射激光器(4)为550nm分布反馈式DFB激光器。
6.一种如权利要求5所述卫星射频与光纤信号传输数据的中继转发装置的转发方法，按下述步骤进行: ①、通过覆盖地面第一发射站或接收站C、地面第二发射站或接收站Ku、地面第三发射站或接收站Ka频段的第一多工器将任意一频段、任意一带宽、任意一格式的模拟微波信号合成为I路宽带信号；②、以1550nm分布反馈式DFB激光器为光源，采用内调制的方式，将合路后的I路宽带微波信号进行电光调制到光载波上； ③、将携带了数据信息的光信号经过EDFA掺饵光纤放大器中继放大，通过卡塞格林光学天线发射到宽带中继星上； ④、宽带中继星采用光电探测器进行对高灵敏度微弱光信号的光电探测将光信号转换为电信号；其中 光电探测器将接收到的光信号经过光电探测和信号处理后解调出原始的微波信号，光电探测器的核心器件是光电二极管，半导体材料价带中的电子吸收入射光子的能量跃迁至导带中，产生了电子空穴对，即产生了电子和空穴两种载流子，在偏置电压的作用下控制载流子的流动，实现光电探测，系统采用PIN直接探测的方式将接收到的光信号转变为电信号；其中光信号转换为电信号，按下述计算式计算: 设定入射到光电探测器上的光信号的光场为
全文摘要
本发明公开了卫星射频与光纤信号传输数据的中继转发装置及转发方法。装置包括一颗宽带中继星通过激光上行链路和射频下行链路分别与宽带多频段数据库、地面发射站或接收站连接；将不同频段微波信号调制到光域进行传输和处理，携带多路微波信号光载波由地面站的光学发射天线发射到中继卫星；中继卫星光学接收天线对接收到光信号进行光电探测，恢复出光载波携带的多路电信号并将其分离，发射天线将分离的电信号发送到地面接收站。具有简单，使用方便，保密性强，星上宽带宽的特点，将多频段、多格式模拟信号直接调制到光载波上，拓展了电磁频谱应用范围，有强的电磁兼容性，提高星载广播与信息分发能力。实现射频信号透明转发，降低星上处理复杂度。
文档编号H04B10/29GK103117796SQ20131002849
公开日2013年5月22日 申请日期2013年1月25日 优先权日2013年1月25日
发明者谭庆贵, 蒋炜, 赵尚弘, 李勇军, 朱子行, 楚兴春, 赵卫虎, 石磊 申请人:西安空间无线电技术研究所, 中国人民解放军空军工程大学