天線：衛(wèi)星天線系統(tǒng)用于接收和傳輸與地球的信號(hào)。命令和數(shù)據(jù)處理：指揮和控制系統(tǒng)是衛(wèi)星的運(yùn)行核心，監(jiān)視衛(wèi)星的各個(gè)方面，并接收來(lái)自地球的運(yùn)行命令。

制導(dǎo)和穩(wěn)定：傳感器監(jiān)控衛(wèi)星的位置，以確保它保持在正確的軌道上并朝向正確的目標(biāo)。如有必要，推進(jìn)器和其他機(jī)動(dòng)允許衛(wèi)星微調(diào)其位置和方向。

住房：由堅(jiān)固的材料制成，可以承受惡劣的太空環(huán)境。權(quán)力：大多數(shù)衛(wèi)星依靠太陽(yáng)能電池陣列將太陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為能量。熱控制：保護(hù)衛(wèi)星設(shè)備免受極端溫度變化的影響。

轉(zhuǎn)發(fā)器：上行鏈路和下行鏈路信號(hào)以不同的頻率到達(dá)和離開。轉(zhuǎn)發(fā)器將上行鏈路頻率轉(zhuǎn)換為下行鏈路頻率，然后放大轉(zhuǎn)換后的傳輸以發(fā)送到地球。

衛(wèi)星只有幾個(gè)基本部件：衛(wèi)星外殼、電源系統(tǒng)、天線系統(tǒng)、指揮和控制系統(tǒng)、電臺(tái)保持系統(tǒng)和轉(zhuǎn)發(fā)器。（3）

衛(wèi)星外殼
衛(wèi)星外殼的配置由用于穩(wěn)定衛(wèi)星在其軌道槽中的姿態(tài)的系統(tǒng)決定。三軸穩(wěn)定衛(wèi)星使用內(nèi)部陀螺儀，以每分鐘 4,000 至 6,000 轉(zhuǎn) （RPM） 的速度旋轉(zhuǎn)。外殼為矩形，具有如下圖 5 所示的外部特征。

圖 5：衛(wèi)星解剖結(jié)構(gòu)

另一種穩(wěn)定系統(tǒng)是自旋穩(wěn)定。如下圖6所示，INTELSAT自旋穩(wěn)定衛(wèi)星的外殼是圓柱形的，以60至70 RPM的速度繞其軸旋轉(zhuǎn)，以提供陀螺儀效果。為了保持天線指向固定方向，它通過(guò)旋轉(zhuǎn)軸承連接到衛(wèi)星主體。在自旋穩(wěn)定衛(wèi)星中，太陽(yáng)能電池安裝在衛(wèi)星的圓柱面上。

圖 6：自旋穩(wěn)定的 INTELSAT 6

用于建造衛(wèi)星外殼的材料通常非常昂貴。在較新的衛(wèi)星中，通常使用輕質(zhì)且極其耐用的環(huán)氧石墨復(fù)合材料。

天線系統(tǒng)
衛(wèi)星的天線有兩個(gè)基本任務(wù)。一種是接收和傳輸電信信號(hào)，為其用戶提供服務(wù)。二是提供跟蹤、遙測(cè)和指揮（TT&C）功能，以維持衛(wèi)星在軌運(yùn)行。在這兩個(gè)功能中，TT&C 必須被認(rèn)為是最重要的。如果電信服務(wù)中斷，用戶可能會(huì)遇到服務(wù)延遲，直到問(wèn)題得到解決。然而，如果測(cè)控功能被中斷，衛(wèi)星就很有可能永久丟失——失控而無(wú)法指揮它。

指揮和控制系統(tǒng)
該控制系統(tǒng)包括跟蹤，遙測(cè)和控制（TT&C）系統(tǒng)，用于監(jiān)控衛(wèi)星的所有重要操作參數(shù)，用于將此信息中繼到地球站的遙測(cè)電路，用于接收和解釋發(fā)送到衛(wèi)星的命令的系統(tǒng)，以及用于控制衛(wèi)星操作的指揮系統(tǒng)。

雖然在軌衛(wèi)星上的力是平衡的，但如果不加以補(bǔ)償，有一些輕微的擾動(dòng)力會(huì)導(dǎo)致衛(wèi)星漂移出其軌道槽。例如，太陽(yáng)和月亮的引力效應(yīng)對(duì)衛(wèi)星施加了足夠大的力來(lái)擾亂其軌道。同樣，南美洲的陸地傾向于將衛(wèi)星向南拉動(dòng)。

電臺(tái)保持是將衛(wèi)星保持在其指定的軌道位置并處于正確的方向?？臻g站保持的物理機(jī)制是從衛(wèi)星外殼的推進(jìn)器噴嘴中受控地噴射肼氣。當(dāng)衛(wèi)星首次部署時(shí)，它可能在推進(jìn)劑罐中儲(chǔ)存了數(shù)百磅的壓縮肼。通常，衛(wèi)星的使用壽命在肼供應(yīng)耗盡時(shí)結(jié)束 - 通常在十年左右之后。

應(yīng)答
器 應(yīng)答器是衛(wèi)星的電子元件，它改變上行鏈路信號(hào)的頻率并將其放大，以便在下行鏈路中重新傳輸?shù)降厍?。?yīng)答器的典型輸出功率為 5 至 10 瓦。通信衛(wèi)星通常有 12 到 24 個(gè)機(jī)載轉(zhuǎn)發(fā)器。

衛(wèi)星通信基礎(chǔ)知識(shí)
衛(wèi)星通信系統(tǒng)的基本要素如下圖1所示。該過(guò)程從地球站開始，地球站是一種旨在發(fā)送和接收來(lái)自地球軌道衛(wèi)星的信號(hào)的裝置。地球站以高功率、高頻（GHz范圍）信號(hào)的形式向衛(wèi)星發(fā)送信息，衛(wèi)星接收信號(hào)并將其重新傳輸回地球，由衛(wèi)星覆蓋區(qū)域內(nèi)的其他地球站接收。從衛(wèi)星接收到有用強(qiáng)度信號(hào)的區(qū)域稱為衛(wèi)星的足跡。從地球站到衛(wèi)星的傳輸系統(tǒng)稱為上行鏈路，從衛(wèi)星到地球站的系統(tǒng)稱為下行鏈路。

圖 1：衛(wèi)星通信基礎(chǔ)知識(shí)

衛(wèi)星頻段
三個(gè)最常用的衛(wèi)星頻段是 C 波段、Ku 波段和 Ka 波段。C波段和Ku波段是當(dāng)今衛(wèi)星最常用的兩個(gè)頻譜。為了幫助理解天線直徑和發(fā)射頻率之間的關(guān)系，需要注意的是，頻率和波長(zhǎng)之間存在反比關(guān)系——當(dāng)頻率增加時(shí)，波長(zhǎng)減小。隨著波長(zhǎng)的增加，需要更大的天線（衛(wèi)星天線）來(lái)收集信號(hào)。

C 波段衛(wèi)星傳輸占用 4 至 8 GHz 頻率范圍。這些相對(duì)較低的頻率轉(zhuǎn)化為比 Ku 波段或 Ka 波段更大的波長(zhǎng)。C波段的這些較長(zhǎng)意味著需要更大的衛(wèi)星天線來(lái)收集最小的信號(hào)強(qiáng)度，因此平均C波段天線的最小尺寸約為2-3米直徑，如圖2所示。

圖 2：C 波段衛(wèi)星天線

Ku波段衛(wèi)星傳輸占用11至17 GHz頻率范圍。這些相對(duì)較高的頻率傳輸對(duì)應(yīng)于較短的波長(zhǎng)，因此可以使用較小的天線來(lái)接收最小的信號(hào)強(qiáng)度。Ku 波段天線的直徑可以小至 18 英寸，這在 RCA DSS 和索尼 DSS 系統(tǒng)中很常見(jiàn)。下圖 3 顯示了索尼 DSS 系統(tǒng)的 Ku 波段天線。

圖 3：Ku 波段衛(wèi)星天線

Ka波段衛(wèi)星傳輸占用20至30 GHz的頻率范圍。這些非常高的頻率傳輸意味著非常小的波長(zhǎng)和非常小直徑的接收天線。

地球同步軌道 （GEO） 衛(wèi)星
今天，環(huán)繞地球軌道的絕大多數(shù)衛(wèi)星都位于地球赤道上方 22,238 英里處，位于一種特殊類型的地球同步軌道 （GSO） 中，稱為地球靜止軌道 （GEO），有時(shí)也稱為克拉克軌道。這是為了紀(jì)念亞瑟·克拉克（Arthur C. Clarke），他于1945年首次提出地球同步軌道上的衛(wèi)星可用于通信目的。如圖 4 所示，在 22,238 英里的精確距離處，衛(wèi)星可以維持繞地球自轉(zhuǎn)周期正好等于 24 小時(shí)的軌道。由于衛(wèi)星以與地球相同的自轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)，因此它們從地球表面看起來(lái)是靜止的。這就是為什么大多數(shù)地球站天線（衛(wèi)星天線）一旦正確瞄準(zhǔn)天空中的目標(biāo)衛(wèi)星就不需要移動(dòng)。克拉克軌道的數(shù)學(xué)推導(dǎo)是一個(gè)簡(jiǎn)單的微積分問(wèn)題。（1）

圖4：克拉克軌道

中地球軌道（MEO）衛(wèi)星
在過(guò)去幾年中，空間通信的技術(shù)創(chuàng)新催生了新的軌道和全新的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。已經(jīng)提出了中地球軌道 （MEO） 衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，其軌道距離約為 8000 英里。從MEO衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)傳播距離更短，這意味著接收端的信號(hào)強(qiáng)度得到提高。這意味著可以使用更小、更輕的接收終端。此外，由于信號(hào)往返衛(wèi)星的距離較短，因此傳輸延遲較少。傳輸延遲是信號(hào)向上傳輸?shù)叫l(wèi)星并返回接收站所需的時(shí)間。對(duì)于實(shí)時(shí)通信，傳輸延遲越短越好。例如，GEO 衛(wèi)星往返需要 25 秒。MEO 衛(wèi)星需要不到 0.1 秒的時(shí)間即可完成這項(xiàng)工作。MEO 在 2 GHz 及以上的頻率范圍內(nèi)工作。

低地球軌道 （LEO） 衛(wèi)星
擬議的 LEO 衛(wèi)星分為三類：小型 LEO、大型 LEO 和巨型 LEO。LEO的軌道距離地球只有500到1000英里。這種相對(duì)較短的距離將傳輸延遲減少到僅 0.05 秒，并進(jìn)一步減少了對(duì)敏感和笨重接收設(shè)備的需求。小型 LEO 將在 800 MHz （.8 GHz） 范圍內(nèi)運(yùn)行，大型 LEO 將在 2 GHz 或以上范圍內(nèi)運(yùn)行，大型 LEO 將在 20-30 GHz 范圍內(nèi)運(yùn)行。與Mega-LEO相關(guān)的更高頻率轉(zhuǎn)化為更多的信息承載能力和實(shí)時(shí)、低延遲視頻傳輸?shù)哪芰?。Microsoft Corporation和McCaw Cellular（現(xiàn)稱為AT&T Wireless Services）已合作部署了840顆衛(wèi)星，以形成Teledesic，這是一個(gè)擬議的Mega-LEO衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)。

高空長(zhǎng)航時(shí)（HALE）平臺(tái)
實(shí)驗(yàn)性HALE平臺(tái)本質(zhì)上是高效和輕便的飛機(jī)，攜帶通信設(shè)備，將充當(dāng)非常低的地球軌道地球同步衛(wèi)星。這些飛船將由高效渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)或電池和太陽(yáng)能的組合提供動(dòng)力。在僅70,000英尺的高度，HALE平臺(tái)將提供小于0.001秒的傳輸延遲，并為非常輕巧的手持接收設(shè)備提供更好的信號(hào)強(qiáng)度。

（二）

軌道槽
有200多顆衛(wèi)星在地球同步軌道上，我們?nèi)绾畏乐顾鼈兿嗷ヅ鲎不蛟噲D在太空中使用相同的位置？為了解決這個(gè)問(wèn)題，國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）等國(guó)際監(jiān)管機(jī)構(gòu)和聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC）等國(guó)家政府組織指定了地球同步軌道上通信衛(wèi)星的位置。這些位置以經(jīng)度為單位指定，稱為軌道槽。為了應(yīng)對(duì)對(duì)軌道槽的巨大需求，F(xiàn)CC和國(guó)際電聯(lián)已逐步將C波段和Ku波段衛(wèi)星所需的間距降低到僅2度。