卫星通信:利用人造地球卫星作为中继站来转发无线电波,从而实现两个或多个地球站之间的通信。
人造地球卫星根据对无线电信号放大的有无、转发功能,有有源人造地球卫星和无源人造地球卫星之分。由于无源人造地球卫星反射下来的信号太弱无实用价值,于是人们致力于研究具有放大、变频转发功能的有源人造地球卫星——通信卫星来实现卫星通信。其中绕地球赤道运行的周期与地球自转周期相等的同步卫星具有优越性能,利用同步卫星的通信已成为主要的卫星通信方式。不在地球同步轨道上运行的低轨卫星多在卫星移动通信中应用。
同步卫星通信是在地球赤道上空约36000km的太空中围绕地球的圆形轨道上运行的通信卫星,其绕地球运行周期为1恒星日,与地球自转同步,因而与地球之间处于相对静止状态,故称为静止卫星、固定卫星或同步卫星,其运行轨道称为地球同步轨道(GEO)。
在地面上用微波接力通通信系统进行的通信,因系视距传播,平均每2500km假设参考电路要经过每跨距约为46km的54次接力转接。如利用通信卫星进行中继,地面距离长达1万多公里的通信,经通信卫星1跳即可连通(由地至星,再由星至地为1跳,含两次中继),而电波传输的中继距离约为4万公里,见图1。
图1 同步卫星与地球的相对关系图
利用地球同步轨道上的人造地球卫星作为中继站进行地球上通信的设想是1945年英国物理学家A.C.克拉克(ArtherC.Clarke)在《无线电世界》杂志上发表“地球外的中继”一文中提出的,并在60年代成为现实。
同步卫星问世以前,曾用各种低轨道卫星进行了科学试验及通信。世界上第一颗人造卫星“卫星1号”由苏联于1957年10月4日发射成功,并绕地球运行,地球上首次收到从人造卫星发来的电波。
美国于1960年8月把覆有铝膜的直径30m的气球卫星“回声1号”发射到约1600km高度的圆轨道上进行通信试验。这是世界上最早的不使用放大器的所谓无源中继试验。
美国于1962年I2月13日发射了低轨道卫星“中继1号"。1963年11月23日该星首次实现了横跨太平洋的日美间的电视转播。此时恰逢美国总统J.F.肯尼迪被刺,此消息经卫星传至日本在电视新闻上播出,卫星的远距离实时传输给人们留下深刻印象,使人造卫星在通信中的地位大为提高。
世界上第一颗同步通信卫星是1963年7月美国宇航局发射的“同步2号”卫星,它与赤道平面有30°的倾角,相对于地面作8字形移动,因而尚不能叫静止卫星,在大西洋上首次用于通信业务。1964年8月发射的“同步3号”卫星,定点于太平洋赤道上空国际日期变更线附近,为世界上第一颗静止卫星。1964年10月经该星转播了(东京)奥林匹克运动会的实况。至此,卫星通信尚处于试验阶段。1965年4月6日发射了最初的半试验、半实用的静止卫星“晨鸟”,用于欧美间的商用卫星通信,从此卫星通信进入了实用阶段。