卫星地面站硬件概述

地面站、地球站或地球终端是与航天器和卫星进行行星外通信的陆地无线电系统。地面站用于和卫星和航天器进行双向通信，或者接收来自天文来源的射频频谱中的电磁能量。考虑到行星外通信的性质，地面站和卫星/航天器通常使用微波和毫米波信号进行通信，这些信号在接收时非常微弱。因此，电大抛物线天线过去普遍用作地面站天线。目前，用于近地轨道大型卫星星座的地面站系统改为使用具有波控技术的有源天线阵列系统。

地面站硬件的关键组件是其天线系统、超线性发射器和高度灵敏的接收器。在某些情况下，还需要自动跟踪系统来维持卫星/航天器的定向天线与地面站天线之间的同步。在某些情况下，地面站可能具有多个天线或数个卫星/航天器通信系统，也可能分布在广阔的区域中，以跟踪多个卫星或提供空间多样性。此外，模块化、使用开源软件和互联网控制、监控和通信的网络化地面站系统也在不断发展，以更好地促进现代卫星网络的发展。

为了最大限度地保持灵敏度和信号完整性，许多传统的地面站通信系统依赖专用和离散的调制/解调和数据处理程序。使用软件定义的系统变得越来越普遍。此外，早期的地面站硬件在发射和接收管线中都使用了多个频率转换阶段。由于更高频率的直接数字合成和直接数字采样技术的发展，目前需要较少的频率转换阶段。对于K和Ka波段的卫星通信，由于数字到射频和射频到数字直接转换的电子设备不能广泛用于毫米波频率操作，仍然需要多个频率转换阶段。

由于行星外通信源发出的信号极为微弱，在某些情况下，地面站系统的接收器网络可能会被低温冷却，从而降低低噪声放大器和关键组件的噪声系数。这是因为本底噪声是地面站动态范围的限制低端因素，为了降低射频设备和组件的附加噪声系数，可以采用冷却，来减弱这些信号链组件产生的一些热噪声。地面站接收系统的设计也非常重要，避免引入非线性、杂散信号或谐波，否则可能会降低接收器管道的信号完整性。

来自噪声源的干扰也是地面站需要高度关注的问题，由于接收器部分对灵敏度进行了优化，可能容易受到有关波段内外的干扰源的减敏干扰。因此，在天线之后的输入放大阶段之后，通常会使用选择性极高的滤波器。尽管这些选择性极高的滤波器在滤波通带中往往具有较高的衰减，但是更重要的是消除噪声中的带外干扰。通常情况下，在整个接收器管线中使用多个滤波器，以进一步减少来自频率转换和放大阶段的带外噪声、谐波和杂散信号。