[科普中国]-广播卫星

简述

根据国际电信联盟（ITU）的定义，广播卫星是运营卫星电视广播业务的卫星，是为地面电视运营商提供节目源的一项专业业务，是最早开始的电视业务，是点对点、点对多点的广播卫星。

广播卫星又称电视广播卫星、广播通信卫星，是向公众直接转播电视或声音广播的通信卫星，是一种专用的通信卫星，主要用于电视广播。随着技术进步，广播卫星也有了向大众广播的功能。广播卫星按广播方式分为向地面电视运营商提供点对多点服务的卫星广播；向个人、大众提供点对面直播服务的卫星直播。广播卫星是卫星广播系统的重要组成部分，是空间广播的发射台。广播卫星由电视广播转发系统和保障系统组成。广播转发系统包括广播转发器和广播收发天线。广播卫星运行在静止轨道上，典型的广播卫星具有百瓦量级的广播发射功率。

广播卫星由通信卫星发展而来，但二者又有区别。通信卫星主要用于电话、电报、电传和电视传输等电信业务，连接两座或多座以上具有收、发功能的卫星通信地球站实现点对点的双向通信，通信转发器数目较多。为了避免对地面微波中继线路共享频段的干扰，每个通信转发器的输出功率一般为5W～10W，发射到地面的电波较微弱，须用直径较大的高增益天线、低噪声接收设备和跟踪系统来接收。

通信卫星虽然也能转播电视节目，但要经过卫星通信地球站接收，然后传送到地面电视台再转发给公众。广播卫星不需要任何中转就可向地面转播或发射电视广播节目，供公众集体或个体直接接收，实现点对多点、点对面的广播。广播卫星一般用国内或区域波束覆盖。2

发展自从1964年8月19日，美国率先发射成功第一颗静止同步卫星“辛康一3”之后，C频段、低功率和中功率广播通信卫星发展很快，可以传送数千路电话和数十路电视节目。进入90年代，数字技术进入了广播电视领域，广播卫星得到了飞跃的发展。特别是数字视频压缩技术使广播卫星实现了多频道化，并能多工利用。

广播卫星的发展经历了三个阶段：

1)低功率卫星

广播卫星在起步阶段，采用上行频率为6GHz，下行频率为4GHz的c频段卫星，卫星发射的等效全向辐射功率，EIRP为33dBW。地面TVRO站天线口径为3.3m。由于价格较高，且安装架设一个3.3m站，对站址有一定要求，所以要把它推广到个体接收有一定的困难。

2)中功率卫星

从1983年起，广播卫星采用了Ku频段卫星，EIRP=47dBW，比以前提高了很多，提高的原因，主要是因为频率提高后，相同口径的卫星天线的增益大为提高（天线增益正比于频率的平方）。当下行频率为12GHz频段，地面站天线口径可减小到1.2m，卫星电视已占30%。

3)高功率卫星

广播卫星的大功率直播卫星的EIRP达54dBW，下行频率仍为12GHz，提高EIRP的主要措施是采用了200W的星上功率放大器。地面站天线口径可减小到0.35m~0.6m。为卫星电视进入家庭创造了条件。

广播电视卫星包括通信卫星、直播卫星，向“两多、两大、一长”的方向发展。

(1)多频段、多功能：多频段包括c频段、Ku频段、Ka频段；多功能包括传输数字广播电视节目信号（码率压缩、加扰)、通信、图文电视、数据广播、全球定位系统（GPS）等；

(2)大容量、大功率：大容量是指增加转发器数量，特别是采用码率压缩技术后可使频道容量扩展几倍到几十倍；大功率是指增大转发器功率；

(3)长寿命：采用新的材料、工艺、设备、燃料、控制技术，大大提高卫星的寿命。2

技术指标(1)广播卫星必须是对地静止的，以便观众使用简单，无需跟踪卫星而且定向性强的接收天线，要求使用赤道同步卫星，还要求卫星能精确地保持它在轨道上的位置和姿态。

(2)广播卫星必须有足够的有效辐射功率，以简化地面接收设备。在覆盖面积较大，波束为2。左右的情况下，个体接收卫星电视广播所需的转发器发射功率是几百瓦；集体接收方式所需的是几十瓦。

(3)广播卫星必须有足够长的使用寿命和可靠度，以降低停播率，并避免经常更换卫星所带来的停播和浪费。要求卫星使用长寿命、高可靠度的元件、部件，并必须设置星上备份部件、备份转发器，及发射备份卫星。

(4)广播卫星的重量应保证工作需要，并在此前提下尽量减轻，以节约发射费用。为此，星上各分系统所用的材料密度要小，耗电部分应尽可能提高效率，以减轻整个星体重量。已发射的以及近期内将要发射的广播卫星的重量，大体在3000kg～8000kg之间。2

特点典型的广播卫星的特点：

1)高功率发射

高功率发射可实现接收天线小型化。由于卫星的地面功率通量密度加大，Ku频段卫星直播(DBS/DTH)业务迅速发展，接收卫星电视所需的接收天线愈来愈小。

为了让地面站用直径0.6m~3m天线的简易设备直接收看、收听卫星广播节目，广播转发器比通信转发器的输出功率要大得多，一般均采用数十至数百瓦的大功率行波管放大器，如两个135W的行波管并联，输出功率达260W；广播天线采用高增益的窄波束或成形波束，将电波能量集中到卫星覆盖区内，提高到达地面的电波强度。因此广播卫星向地面发射的等效全向辐射功率比通信卫星的高数十倍到上千倍。用作集体接收型的广播卫星的等效全向辐射功率为50dB/W左右；个体接收型的则达到60dB/W多。

2)传输容量大

一般卫星只有50左右个转发器。卫星技术、运载技术的发展，卫星的功率增大，所带的转发器数量增多。2002年发射的劳拉公司研制的卫星，总功率将达25kW，携带150个转发器。

3)Ku频段转发器成为主导

Ku频段转发器是卫星电视的频率选择方向。世界上有近300颗静止轨道商业通信卫星，已提供的转发器中，c频段占36%；FSS的Ku频段占47%，BSS的Ku频段占17%。随着卫星直播、卫星宽带多媒体的广泛应用，正在建造的商业卫星业务Ka频段转发器迅速增加。

4)大面积太阳电池阵

广播转发器输出功率较大，要求太阳电池能提供千瓦量级以上的电源功率和大面积太阳电池阵。因此广播卫星多采用三轴姿态控制。大型太阳电池翼，并始终自动定向对准太阳，以提高太阳光照射效率。

5)数字压缩技术

DVB-S已成为世界统一的数字卫星电视传送标准。数字卫星电视传送的图像和声音质量高；节省频谱资源，可传送的节目套数多；可灵活地组合多种业务传送；降低节目传送的运行成本；易实现加扰加密，进行条件接收和对用户的授权管理。

6)高精度轨道控制

为了使地面接收设备简单和不要求地面天线具有跟踪能力，同时又能避免卫星之间的相互干扰，广播卫星均采用地球静止卫星轨道，并能精确地保持其所在轨道位置，国际电信联盟规定，Ku频段广播卫星的轨道位置保持精度应不低于±0.1°。

7)高精度天线指向

为了使地面接收设备简单和不要求地面天线具有跟踪能力，同时又能避免卫星之间的相互干扰，天线波束相对其标称指向的偏移在任何方向上均不超过0.1°。

8)卫星食对轨道位置选择的影响

广播卫星处于地球阴影期间时，卫星将发生卫星食。卫星食时太阳能电池停止供电。为了避免携带大容量蓄电池又不使广播电视节目在午夜时中断，广播卫星采取定点位置西移的办法，推迟卫星食停电的起始时间。

9)卫星业务向综合方向发展

特别是由于数字技术的应用，可灵活地组合多种业务。除传送电视、声音广播节目外，还可开展数据广播业务、因特网和视频点播业务等。2