CN212305395U - 放大和转发l波段卫星电话信号的装置 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种放大和转发L波段卫星电话信号的装置。放大和转发L波段卫星电话信号的装置，包括：有源接收天线，接收来自卫星的下行信号；接收双工器，与所述有源接收天线连接，被输入来自所述有源接收天线的上述下行信号；增益调节器，该增益调节器的下行输入端口与所述接收双工器的发射端口连接，被输入被所述接收双工器带通滤波后的下行信号；发射双工器，该发射双工器的接收端口与所述增益调节器的下行输出端口连接，被输入来自被所述增益调节器集中处理而稳定的下行信号；以及转发及放大天线，与所述发射双工器连接，被输入被所述发射双工器带通滤波后的下行信号。

Description

放大和转发L波段卫星电话信号的装置

技术领域

本公开涉及一种放大和转发L波段卫星电话信号的装置,更具体地，本公开涉及用于卫星电话通信应用领域的放大和转发L波段卫星电话信号的装置。

背景技术

卫星通信系统是由空间部分—通信卫星和地面部分—通信地面站两大部分构成的。在这一系统中，通信卫星实际上就是一个悬挂在空中的通信中继站。它居高临下，视野开阔，只要在它的覆盖照射区以内，不论距离远近都可以通信，通过它转发和反射电报、电视、广播和数据等无线信号。

随着航天技术日新月异的发展，通信卫星的种类也越来越多。按服务区域划分，有全球、区域和国内通信卫星。按用途分，有一般通信卫星、广播卫星、海事卫星、跟踪和数据中继卫星以及各种军用卫星。

卫星通信与常用的电缆通信、微波通信等相比，有以下优点：第一点，卫星通信的距离远。由于卫星所处位置高，同步通信卫星覆盖面积可以达到地球最大跨度达一万八千余公里。在这个覆盖区内的任意两点都可以通过卫星进行通信，而微波通信一般是50公里左右设一个中继站，一颗同步通信卫星的覆盖距离相当于三百多个微波中继站。第二点，通信路数多、容量大。一颗现代通信卫星，可携带几个到几十个转发器，可提供几路电视和成千上万路通话器。第三点：运用灵活、适应性强。它不仅可以实现陆地上任意两点间的通信，而且能实现船与船，船与岸上、空中与陆地之间的通信，它可以结成一个多方向、多点的立体通信网。

卫星电话是基于卫星通信系统来传输信息的通话器，也就是卫星中继通话器。卫星中继通话器是现代移动通信的产物，其主要功能是填补现有通信(有线通信、无线通信)终端无法覆盖的区域，为人们的工作提供更为健全的服务。现代通信中，卫星通信是无法被其他通信方式所替代的，现有常用通信所提供的所有通信功能，均已在卫星通信中得到应用。

实用新型内容

卫星电话作为应急通信的重要手段，可在宽阔且无遮挡环境中(如：无2G/3G/4G/5G通信设备覆盖区域、海洋、山区)通过接收卫星发射出的信号进行电话通信。卫星电话近年来多使用高轨道卫星。高轨道卫星(GEO)移动通信业务的特征来源于使用位于赤道上方35800km的对地同步卫星开展通信业务的条件。在这个高度上，一颗卫星几乎可以覆盖整个半球，形成一个区域性通信系统，该系统可以为其卫星覆盖范围内的任何地点提供服务。但由于传输距离远且容易受外部环境影响，所以会导致卫星电话信号变弱甚至是无信号。例如在恶劣气候的情况下，由于云雾、雨天等恶劣气候天气的影响，用户使用受限。而在高山、密林、建筑物等传播受限场景，由于被上述环境所阻挡而导致用户感知差。另外，在隧道场景下，例如隧道、地下停车场、室内环境、煤矿等均会出现信号受影响而无法使用的情形。换句话说，一旦卫星信号受到阻挡衰减，会影响其通信连接。这样，作为填补现有通信终端无法覆盖区域的重要通信方式，其替代性受到影响，失去了其作为填补地位的意义。此外，卫星通信电话使用时，其天线的方位很重要，不能再使用过程中随意移动，否则会出现对星方向偏移而导致通话中断。如何能够将作为应急通信重要手段的卫星电话克服现有的环境约束而在各种环境下都能够良好地进行通信连接成为重要课题。

本公开是为了解决上述问题而被提出的，其目的在于提供一种能够辅助卫星电话快速搜星、突破卫星电话使用场景的局限性的放大和转发L波段卫星电话信号的装置。

在下文中给出了关于本公开的简要概述，以便提供关于本公开的一些方面的基本理解。但是，应当理解，这个概述并不是关于本公开的穷举性概述。它并不是意图用来确定本公开的关键性部分或重要部分，也不是意图用来限定本公开的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出关于本公开的某些概念，以此作为稍后给出的更详细描述的前序。

根据本公开的一个方面，提供了一种放大和转发L波段卫星电话信号的装置。所述放大和转发L波段卫星电话信号的装置具备：有源接收天线，接收来自卫星的下行信号；接收双工器，与所述有源接收天线连接，被输入来自所述有源接收天线的上述下行信号；增益调节器，该增益调节器的下行输入端口与所述接收双工器的发射端口连接，被输入被所述接收双工器带通滤波后的下行信号；发射双工器，该发射双工器的接收端口与所述增益调节器的下行输出端口连接，被输入来自被所述增益调节器集中处理而稳定的下行信号；以及转发及放大天线，与所述发射双工器连接，被输入被所述发射双工器带通滤波后的下行信号。

根据本公开的放大和转发L波段卫星电话信号的装置，能够对接收到的卫星信号(L波段)进行放大和转发，达到卫星信号增强和放大的效果，辅助卫星电话快速搜星，突破卫星电话使用场景的局限性。

附图说明

构成说明书的一部分的附图描述了本公开的实施例，并且连同说明书一起用于解释本公开的原理。

参照附图，根据下面的详细描述，可以更清楚地理解本公开，其中：

图1是卫星通信系统的概述图。

图2是现有的卫星电话通信的示意图。

图3是应用了本实施方式的放大和转发L波段卫星电话信号的装置的卫星电话通信的示意图。

图4是示出本实施方式的放大和转发L波段卫星电话信号的装置的结构图。

图5是示出本实施方式的变形例的放大和转发L波段卫星电话信号的装置的结构图。

图6是示出使用本实施方式的放大和转发L波段卫星电话信号的装置前后的扫频仪波形图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本公开的示例性实施方式。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施方式中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。

同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。

以下对至少一个示例性实施方式的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施方式的其它示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

本公开是应用于卫星电话通信应用领域的放大和转发L波段卫星电话信号的装置。卫星电话通信是卫星通信系统的一个应用。卫星通信系统以卫星作为中继站转发微波信号，在多个地面站之间通信，卫星通信的主要目的是实现对地面的“无缝隙”覆盖，由于卫星工作于几百、几千、甚至上万公里的轨道上，因此覆盖范围远大于一般的移动通信系统。卫星通信系统的概述图如图1所示。从地面站(地球站)1发出无线电信号，这个微弱的信号被卫星通信天线接收后，首先在通信转发器中进行放大，变频和功率放大，最后再由通信卫星3的通信天线把放大后的无线电波重新发向地面站2，从而实现两个地面站或多个地面站的远距离通信。这里举一个简单的例子：如中国某市某用户要通过卫星与远隔重洋的另一用户进行通话，先要通过长途通话器局，由它把用户通话器线路与卫星通信系统中的中国某市地面站连通，地面站把通话器信号发射到卫星，卫星接到这个信号后通过功率放大器，将信号放大再转发到另一用户所处的区域的地面站，地面站把通话器信号取出来，送到受话人所在的城市长途通话器局转接用户。

通常我们使用卫星进行通信，主要是卫星电话这样的终端，直接和卫星通信，然后卫星再和地面站通信，接入地面通信系统，以此来实现通信目的。图2是现有的卫星电话通信的示意图。在图2中，卫星电话4直接与卫星3进行通信，信号被卫星接收放大后发向卫星地面站2。换句话说，卫星电话和普通的卫星通信系统的通信有一点不同，卫星电话直接与卫星进行通信。因此，一旦卫星电话与卫星之间有阻挡、例如卫星电话处于室内等，就会影响通信连接。为了解决这样的问题，本公开实现了一种放大和转发L波段卫星电话信号的装置。如图3所示，在卫星3与卫星电话4之间插入放大和转发L波段卫星电话信号的装置110，经由该放大和转发L波段卫星电话信号的装置110对接收到的卫星信号(L波段)进行放大和转发，达到卫星信号增强和放大的效果，辅助卫星电话快速搜星，突破卫星电话使用场景的局限性。

被用于卫星通信的有各种波段，例如、UHF(Ultra High Frequency：超高频)或分米波频段，频率范围为300MHz-3GHz。该频段对应于IEEE的UHF(300MHz-1GHz)、L(1-2GHz)、以及S(2-4GHz)频段。UHF频段无线电波已接近于视线传播，易被山体和建筑物等阻挡，室内的传输衰耗较大。SHF(Super High Frequency：特高频)或厘米波频段，频率范围为3-30GH。该频段对应于IEEE的S(2-4GHz)、C(4-8GHz)、Ku(12-18GHz)、K(18-27GHz)以及Ka(26.5-40GHz)频段。分米波，波长为1cm-1dm，其传播特性已接近于光波。EHF(Extremly HighFrequency：极高频)或毫米波频段，频率范围为30-300GHz。该频段对应于IEEE的Ka(26.5-40GHz)、V(40-75GHz)等频段。部分发达国家已开始计划，当Ka频段资源也趋于紧张后，高容量卫星固定业务(HDFSS)的关口站将使用50/40GHz的Q/V频段。

而按照通信卫星所使用的频率范围将卫星划分为L波段卫星，Ka波段卫星等等。本公开所涉及的装置针对的频段主要是L频段。IEEE将1-2GHz频段称为L频段。该频段主要用于卫星定位、卫星通信以及地面移动通信。根据ITU的划分，卫星移动业务可使用：(1)带宽为34MHz的1626.5-1660.5/1525-1559MHz上下行频段(其中，1535-1559MHz上行频段占据优先地位，下行频段为卫星移动业务专用)；(2)带宽为7MHz的1668-1675/1518-1525MHz上下行频段(优先地位低于地面固定和移动业务)；(3)带宽为16.5MHz的1610-1626.5MHz上行频段(占优先地位，其对应的下行频段为S频段2483.5-2800MHz)。根据ITU的划分，卫星广播业务可使用带宽为40MHz的1452-1492MHz下行频段，其优先地位低于地面固定、移动和广播业务。Inmarsat等使用1525.0-1646.5MHz频段，Thuraya使用1525-1661MHz频段，铱星系统使用1616.0-1626.5MHz频段。很多国家将1452-1492MHz频段分配给数字声音广播业务，WorldSpace卫星声音广播系统使用其中的1468-1492MHz频段。地面移动通信系统多工作于800-900MHz、以及1800-1900MHz频段。此外，L频段还被众多地面和航空等业务所使用。本实用新型所涉及的装置主要针对该L频段的卫星电话信号进行放大和转发。

以下，参照图4说明本实施方式的放大和转发L波段卫星电话信号的装置110的结构图。

放大和转发L波段卫星电话信号的装置110集成有源接收天线110-1、接收双工器110-2、低噪声放大器110-3、功率放大器110-4、增益调节数字板110-5、发射双工器110-6、转发及放大天线110-7，得到一种小型有源设备。该有源设备通过分类和分析卫星收发频率,对收发的卫星信号进行放大。卫星电话4接收和识别经过转发放大的信号后进行搜星、锁定、注册、打电话、上网等操作。

有源接收天线110-1与接收双工器110-2连接，将来自卫星的下行信号发送给接收双工器110-2。接收双工器110-2经由低噪声放大器110-3而与增益调节数字板110-5连接。具体地，接收双工器110-2接收到该下行信号进行处理后，经由低噪声放大器110-3发送给增益调节数字板110-5。增益调节数字板110-5与发射双工器110-6连接，将处理后的下行信号发送给该发射双工器110-6，而该发射双工器110-6将处理后的下行信号发送给与之连接的转发及放大天线110-7，转发及放大天线110-7将放大后的下行信号发送给卫星电话。

另外，转发及放大天线110-7接收例如用户请求信号等的上行信号，将其发送给与其连接的发射双工器110-6。该发射双工器110-6接收到该上行信号后进行处理，将其发送给与之连接的增益调节数字板110-5。而该增益调节数字板110-5经由功率放大器110-4而与接收双工器110-2连接，而被增益调节数字板110-5处理后的上行信号经由功率放大器110-4发送给接收双工器110-2。该接收双工器110-2将上行信号发送给与之连接的有源接收天线110-1，该有源接收天线110-1回传给卫星。

以下，针对各个部件进行详细说明。

在图4中，有源接收天线110-1与接收双工器110-2的天线连接端口连接。该有源接收天线110-1接收卫星的下行信号以及将用户请求信号回传给卫星。例如有源接收天线110-1将从卫星接收的下行信号发送给接收双工器110-2。当然，该有源接收天线也可以将来自接收双工器110-2的用户请求信号回传给卫星。该有源接收天线110-1优选天线的频带和增益为806-960MHz,7dBi以及1710-2500MHz,7dBi。

接收双工器110-1使带内信号通过而滤除带外信号，从而保证信号的纯净。本实施方式中，接收双工器110-1接收来自有源接收天线110-1的下行信号，让符合要求的信号通过，而不符合要求的信号被滤除。此外，该接收双工器110-1也接收来自用户的请求信号等上行信号，使满足要求的信号通过。关于该接收双工器110-1，例如设插损1.2dB、波动2dB、驻波比1.3。

低噪声放大器110-3负责将下行弱信号变为强信号，保证信号的噪声系数。优选增益为14dB，噪声系数为0.88dB。该低噪声放大器110-3被设置于接收双工器110-2与增益调节数字板110-5之间的下行信号线路中。该低噪声放大器110-3的输入端与接收双工器110-1的发射端连接，该低噪声放大器110-3的输出端与增益调节数字板110-5的下行信号输入端连接。所述低噪声放大器110-3将从接收双工器110-2发送来的下行信号在保证信号的噪声系数的前提下对下行信号进行放大，将放大后的下行信号发送给增益调节数字板110-5。

另外，功率放大器110-4也被设置于接收双工器110-2与增益调节数字板110-5之间，但是位于上行信号线路上，所述功率放大器110-4的输入端与增益调节数字板110-5的上行信号输出端口连接，所述功率放大器110-4的输出端与接收双工器110-2的接收端口连接。所述功率放大器110-4将接收到的用户上行弱信号变为强信号。该功率放大器110-4其参数可优选为增益18dB，功率35dBm。

另外，增益调节数字板110-5集中处理上下行信号，保证通话稳定性，优选上行增益为60dB，下行增益为80dB。该增益调节数字板110-5分别通过上下行信号线路与发射双工器110-6连接。即、增益调节数字板110-5的上行信号输入端口与发射双工器110-6的发射端口连接，增益调节数字板110-5的下行信号输出端口与发射双工器110-6的接收端口连接。增益调节数字板110-5将处理后的下行信号通过下行信号线路发送给发射双工器110-6，另外，增益调节数字板110-5通过上行信号线路接收来自发射双工器110-6的上行信号。

而该发射双工器110-6使带内信号通过，带外信号滤除，保证信号的纯净。例如，使来自增益调节数字板110-5的下行信号满足一定带宽要求的通过，然后发送给转发及放大天线110-7。同时，例如也存在使来自转发及放大天线110-7的上行信号满足一定带宽要求的通过，然后被发送给增益调节数字板110-5。该发射双工器110-6的参数可优选插损是1.2dB、波动是2dB、驻波比是1.3。

转发及放大天线110-7接收来自卫星电话的用户的上行信号，也发送来自发射双工器110-6的下行信号，在接收到发射双工器110-6的下行信号后，对该下行信号进行放大，然后发送给卫星电话。其中，所述转发及放大天线110-7优选1710-2500MHz，3dBi。

通过上述构成的放大和转发L波段卫星电话信号的装置，能够使用户可在有遮挡(云层、雨雾、树林、建筑物等)的环境使用卫星电话，将受到阻挡衰减的信号恢复到正常水平，突破卫星电话使用环境的局限性。还能够在室内、地下、隧道、掩体等场景使用，拓展了卫星电话的使用场景。用户在卫星电话信号放大器覆盖范围内使用卫星电话可随意移动不必考虑对星方向偏移导致通话中断，突破使用的移动性和便捷性。提高寻星、注册入网、接通速度，使用简单、便利化。一个放大和转发L波段卫星电话信号的装置允许多个卫星电话同时接入，所以提高了使用效率。

以上说明了上述实施方式的图4所示的放大和转发L波段卫星电话信号的装置的结构图。但是也不限于此，也可以是如图5所示的放大和转发L波段卫星电话信号的装置110’的变形例的结构。

在变形例中，放大和转发L波段卫星电话信号的装置110’的其他结构与之前的实施方式相同，而关于低噪声放大器110-3的连接关系上有所不同。低噪声放大器110-3’也可以不位于接收双工器110-2与增益调节数字板110-5之间的下行信号线路中，而位于例如增益调节数字板110-5与发射双工器110-6之间的下行信号线路中。该低噪声放大器110-3’接收从增益调节数字板110-5发送来的下行信号，将该下行信号在保证信号的噪声系数的前提下进行放大，将放大后的下行信号发送给发射双工器110-6的接收端口。通过该结构的放大和转发L波段卫星电话信号的装置110’，能够使用户可在有遮挡(云层、雨雾、树林、建筑物等)的环境使用卫星电话，将受到阻挡衰减的信号恢复到正常水平，突破卫星电话使用环境的局限性。还能够在室内、地下、隧道、掩体等场景使用，拓展了卫星电话的使用场景。用户在卫星电话信号放大器覆盖范围内使用卫星电话可随意移动不必考虑对星方向偏移导致通话中断，突破使用的移动性和便捷性。提高寻星、注册入网、接通速度，使用简单、便利化。一个放大和转发L波段卫星电话信号的装置允许多个卫星电话同时接入，所以提高了使用效率。

当然，上述低噪声放大器除了上述位置以外，也可以位于上行信号的线路中。另外，功率放大器也可以位于下行信号的线路中，只要是能够保证实现卫星信号的放大与转发功能，则可以位于任意位置。在仅是接收卫星信号的情况下，也可以使本装置仅具有与下行信号有关的线路。

实施例

使用上述实施方式的放大和转发L波段卫星电话信号的装置来进行实验与测试。其中，以放大和转发L波段卫星电话信号的装置被设定为上行增益为60dB、下行增益为80dB、进行实验的场所的室内覆盖面积为150平方米、上行支持频段为1980-2010MHz、下行支持频段为2170-2200MHz、被供给220V交流电的情况为例子进行了实验。

将放大和转发L波段卫星电话信号的装置放置于室内被按照上述条件进行设定。在未开启放大和转发L波段卫星电话信号的装置这样的小型有源设备的情况下，使用天通卫星专业手机终端进行测试，无法入网，信号强度-142dBm。与此相对，在开启该放大和转发L波段卫星电话信号的装置这样的小型有源设备的情况下，使用天通卫星专用手机终端进行测试成功入网，信号强度-95dBm。从实验结果上看，信号强度提升-47dBm。图6是示出使用本实施方式的放大和转发L波段卫星电话信号的装置前后的扫频仪波形图,其中，图6的(A)是使用本实施方式的放大和转发L波段卫星电话信号的装置后的扫频仪波形图，图6的(B)是使用本实施方式的放大和转发L波段卫星电话信号的装置前的扫频仪波形图。根据图6可以明显看出，在使用了本实施方式的放大和转发L波段卫星电话信号的装置后，明显信号增益被改善。通过使用放大和转发L波段卫星电话信号的装置能够在以往不能使用卫星电话的场所和场景实现卫星电话的连接，对于应急响应提供了保障。

应当理解，本说明书中“实施例”或类似表达方式的引用是指结合该实施例所述的特定特征、结构、或特性系包括在本公开的至少一具体实施例中。因此，在本说明书中，“在本公开的实施例中”及类似表达方式的用语的出现未必指相同的实施例。

以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场技术的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (6)

1.一种放大和转发L波段卫星电话信号的装置，其特征在于，具备：

有源接收天线，接收来自卫星的下行信号；

接收双工器，与所述有源接收天线连接，被输入来自所述有源接收天线的上述下行信号；

增益调节器，该增益调节器的下行输入端口与所述接收双工器的发射端口连接，被输入被所述接收双工器带通滤波后的下行信号；

发射双工器，该发射双工器的接收端口与所述增益调节器的下行输出端口连接，被输入来自被所述增益调节器集中处理而稳定的下行信号；以及

转发及放大天线，与所述发射双工器连接，被输入被所述发射双工器带通滤波后的下行信号。

2.根据权利要求1所述的放大和转发L波段卫星电话信号的装置，其特征在于，

所述接收双工器的接收端口与所述增益调节器的上行信号输出端口连接，被输入被所述增益调节器集中处理而稳定的上行信号。

3.根据权利要求1或者2所述的放大和转发L波段卫星电话信号的装置，其特征在于，

所述增益调节器的上行信号输入端口与所述发射双工器的发射端口连接，被输入被所述发射双工器带通滤波后的上行信号。

4.根据权利要求3所述的放大和转发L波段卫星电话信号的装置，其特征在于，还具备：

功率放大器，所述增益调节器的上行信号输出端口经由所述功率放大器而与所述接收双工器的接收端口连接，所述功率放大器的输入端口与所述增益调节器的上行信号输出端口连接，所述功率放大器的输出端口与所述接收双工器的接收端口连接。

5.根据权利要求1所述的放大和转发L波段卫星电话信号的装置，其特征在于，还具备：

低噪声放大器，所述接收双工器的发射端口经由所述低噪声放大器而与所述增益调节器的下行信号输入端口连接，所述低噪声放大器的输入端口与所述接收双工器的发射端口连接，所述低噪声放大器的输出端口与所述增益调节器的下行信号输入端口连接。

6.根据权利要求1所述的放大和转发L波段卫星电话信号的装置，其特征在于：还具备：

低噪声放大器，所述增益调节器的下行信号输出端口经由所述低噪声放大器而与所述发射双工器的接收端口连接，所述低噪声放大器的输入端口与所述增益调节器的下行信号输出端口连接，所述低噪声放大器的输出端口与所述发射双工器的接收端口连接。

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