人造卫星是一个物体，它可以沿数学上可预测的路径(称为轨道)在另一个物体周围移动。通信卫星不过是太空中的微波中继站，它对电信，广播和电视以及互联网应用很有帮助。

中继器是一种电路，它可以增强接收和转发信号的强度。但是在此，该转发器用作转发器，从接收到的转发器改变发送信号的频带。

信号发送到空间的频率称为上行链路频率，而应答器发送信号的频率称为下行链路频率。

下图清楚地说明了此概念。

现在，让我们看一下卫星通信的优点，缺点和应用。

卫星通信-优势

卫星通信有很多优点，例如-

• 灵活性

• 易于安装新电路

• 距离很容易覆盖，成本无关紧要

• 广播的可能性

• 地球的每个角落都被覆盖

• 用户可以控制网络

卫星通信-缺点

卫星通信具有以下缺点-

• 诸如分段和发射成本之类的初始成本过高。

• 频率拥塞

• 干扰与传播

卫星通信-应用

卫星通信在以下领域找到了应用-

• 在无线电广播中。

• 在DTH等电视广播中。

• 在Internet应用程序中，例如为数据传输提供Internet连接，GPS应用程序，Internet冲浪等。

• 用于语音通信。

• 对于研发部门来说，在很多领域。

• 在军事应用和导航中。

卫星在轨道上的定向取决于被称为开普勒定律的三个定律。

开普勒定律

天文科学家约翰尼斯·开普勒(Johannes Kepler，1571-1630年)就卫星的运动提出了3条革命性定律。卫星绕其原边(地球)所经过的路径是椭圆形。椭圆有两个焦点-F1和F2 ，地球是其中之一。

如果考虑从对象的中心到其椭圆路径上的点的距离，则椭圆从中心的最远的点称为顶点，而椭圆从中心的最短的点称为近地点。

开普勒1^日法

开普勒1^日定律指出，“在周围的椭圆轨道太阳，有太阳作为焦点之一每颗行星旋转。”这样一来，卫星便以地球为焦点之一的椭圆形路径移动。

椭圆的半长轴表示为“ a ”，半短轴表示为b 。因此，该系统的偏心率e可以写成-

$$ e = \ frac {\ sqrt {a ^ {2} -b ^ {2}}} {a} $$

• 偏心率(e) -它是定义椭圆形状而不是圆形形状的参数。

• 半长轴(a) -这是沿中心连接两个焦点的绘制的最长直径，该直径接触两个顶点(椭圆距中心的最远点)。

• 半短轴(b) -它是穿过中心并接触两个边缘的最短直径(从中心开始的椭圆的最短点)。

下图对此进行了很好的描述。

对于椭圆形路径，总是希望偏心率在0到1之间，即0 e变为零，则该路径将不再是椭圆形，而是会转换为圆形路径。

开普勒^第二定律

开普勒^第二定律指出：“在相等的时间间隔内，卫星覆盖的面积相对于地球中心相等。”

通过看下图可以理解。

假设卫星在相同的时间间隔内覆盖p1和p2距离，则在两种情况下分别覆盖的区域B1和B2相等。

开普勒^第三定律

开普勒^第三定律指出：“轨道周期时间的平方与两个物体之间平均距离的立方成正比。”

这可以用数学写成

$$ T ^ {2} \：\ alpha \：\：a ^ {3} $$

这意味着

$$ T ^ {2} = \ frac {4 \ pi ^ {2}} {GM} a ^ {3} $$

其中$ \ frac {4 \ pi ^ {2}} {GM} $是比例常数(根据牛顿力学)

$$ T ^ {2} = \ frac {4 \ pi ^ {2}} {\ mu} a ^ {3} $$

其中，μ=地球的地心引力常数，即Μ= 3.986005×10 ¹⁴ m ³ / sec ²

$$ 1 = \ left(\ frac {2 \ pi} {T} \ right)^ {2} \ frac {a ^ {3}} {\ mu} $$

$$ 1 = n ^ {2} \ frac {a ^ {3}} {\ mu} \：\：\：\ Rightarrow \：\：\：a ^ {3} = \ frac {\ mu} {n ^ {2}} $$

其中n =卫星的平均运动，以每秒弧度为单位

借助这些开普勒定律可以计算出卫星的轨道功能。

除了这些，还有一件重要的事情要注意。卫星绕地球旋转时，会受到来自地球的拉力，这就是重力。此外，它还受到来自太阳和月亮的拉力。因此，有两个力作用于它。他们是-

• 向心力-倾向于绘制对象的轨迹路径移动，对自身被称为向心力力。

• 离心力-倾向于推动在轨迹路径中移动的物体远离其位置的力称为离心力。

因此，卫星必须平衡这两种力量才能使其保持在轨道上。

地球轨道

卫星发射到太空后，需要放置在一定的轨道上以提供其革命的特殊方式，以保持可及性并达到其目的，无论是科学，军事还是商业目的。分配给卫星的相对于地球的此类轨道称为“地球轨道” 。这些轨道上的卫星是地球轨道卫星。

地球轨道的重要种类是-

• 地球同步地球轨道

• 中地球轨道

• 低地球轨道

地球同步地球轨道卫星

同步地球轨道(GEO)卫星位于地球上方22,300英里的高度。该轨道与侧面真实日期(即23小时56分钟)同步。该轨道可以具有倾斜度和偏心率。它可能不是圆形的。该轨道可以在地球的两极倾斜。但是，从地球上观察时，它似乎是静止的。

同一地球同步轨道，如果是圆形的并且在赤道平面内，则称为地球静止轨道。这些卫星位于地球赤道上方35900公里(与地球同步)，并且相对于地球方向(从西向东)不断旋转。这些卫星被认为是相对于地球静止的，因此其名称暗示了这一点。

静止地球轨道卫星用于天气预报，卫星电视，卫星广播和其他类型的全球通信。

下图显示了地球同步轨道和地球静止轨道之间的差异。自转轴指示地球的运动。

注–每个对地静止轨道都是对地同步轨道。但是，每个地球同步轨道都不是地球同步轨道。

中地球轨道卫星

中地球轨道(MEO)卫星网络将在距地球表面约8000英里的距离内运行。从MEO卫星发送的信号传播的距离更短。这可以改善接收端的信号强度。这表明可以在接收端使用更小，更轻便的接收端子。

由于信号与卫星之间的传播距离较短，因此传输延迟较小。传输延迟可以定义为信号传播到卫星并返回到接收站所花费的时间。

对于实时通信，传输延迟越短，通信系统越好。例如，如果GEO卫星往返需要0.25秒，那么MEO卫星只需不到0.1秒即可完成相同的行程。 MEO在2 GHz以上的频率范围内运行。

低地球轨道卫星

低地球轨道(LEO)卫星主要分为三类，即小LEO，大LEO和Mega-LEO。 LEO将在距地球表面500至1000英里的距离内运行。

这个相对较短的距离将传输延迟减少到仅0.05秒。这进一步减少了对敏感且笨重的接收设备的需求。小LEO将在800 MHz(0.8 GHz)范围内运行。大型LEO的工作频率范围为2 GHz或更高，而Mega-LEO的工作范围为20-30 GHz。

与Mega-LEO相关的更高频率转化为更多的信息承载能力，并转化为实时，低延迟视频传输方案的能力。

下图描述了LEO，MEO和GEO的路径。