[发明专利]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

权利要求书

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（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）；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（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。

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掺饵光纤放大器。

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：

 、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1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1路宽带微波信号进行电光调制到光载波上； 

 、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；

 、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，按下述计萛式计萛：

设定入射到光电探测器上的光信号的光场为：，式中A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：

                  （1）

光电探测器的输出电流为：

                 （2）

式中为光电变换的比例常数；

而光电探测器的负载电阻为，则光电探测器的输出电信号功率为：

                （3）

在空间光通信系统中还存在各种噪声，噪声功率可表示为：

                   (4)

式中（4）中前三项分别为信号光、背景光和暗电流引起的噪声，第四项为负载电阻和放大器的热噪声之和；

因此，光电探测器输出的电信号为：

         (5) 

这样就可将光信号转换为电信号，其中为电子电量，为光电探测器量子效率，为普朗克常量，为光载波频率，为探测器散粒噪声，为背景光噪声，为暗电流噪声,为热噪声，为探测器负载电阻； 

 、PIN探测器输出的电信号送入第二多工器，将多路微波信号分离，第二多工器工作频段覆盖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频段频段，第二多工器输出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频段多路微波信号，多路微波信号分别经过第三放大器（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，通过发射天线实现不同频段微波信号的宽带广播与分发发射到地面接收站。