魏大勋照片:利用卫星信标测试天线指标

利用卫星信标测试天线指标  

2011-04-19 12:32:11|  分类： 默认分类 |  标签： |字号大中小 订阅

编者按：信标是表征卫星存在和特征的一种特殊信号，为卫星地面测控站搜索、测量、跟踪卫星提供了依据。所有的卫星都有自己固有的信标信号，自卫星发射升空开始，信标信号便开始不间断地工作，直至卫星寿命终结。

要稳定可靠地接收卫星电视节目，需要有好的天线、好的高频头和好的接收机。高频头和接收机的指标好坏，很容易就可以检测到，而接收天线的指标除了物理尺寸外，其电性能指标均不容易检测。与卫星电视设备相关的国家标准有对天线指标进行检测的方案，但要租用卫星转发器，还需要多个地球站配合测试，无论从人力物力上看，实现起来就不容易（编者注：实际上，在地面上完全可以模拟卫星环境进行测量）。如果我们对测试精度要求不是特别高的话，完全可以利用卫星信标，采取相对简单的方式来实现测试。笔者根据国际卫星通信组织SSOG210标准提供的方法，再结合自己的实践经验，总结出了以下测试方案供大家参考，方案适用于对卫星接收天线和频谱仪有一定操作经验的朋友。

1、测试内容

可以测试的指标包括天线接收方向图、天线增益、旁瓣特性和波瓣宽度（其实后三个指标就是从方向图中得到的。）

2、测试所需仪器设备

待测天线、天线伺服系统（如无伺服系统，转台亦可）、二功分器、卫星数字接收机和频谱仪（不小于2GHZ）。

以上为必备仪器设备，如条件允许，还可增加电视机和计算机。

3、测试原理

让天线精确对准某卫星，在频谱仪上监测该卫星的信标电平。以此状态下的天线姿态为中心，将操作天线分别在方位和俯仰方向上匀速转动一定角度（如是一维伺服系统或转台，可只在方位上转动），在转动过程中，频谱仪会实时描绘出信标电平的变化情况，从而得到该天线的接收方向图，通过进一步的计算，可以得出波瓣宽度、增益、旁瓣等指标。

4、连接框图

5、测试步骤

（1）、对星

将接收机的馈电打开，操作天线对准卫星，在频谱仪上按信标频率进行设置。例如76.5°E亚太2R卫星的水平极化的信标频率高频头本振频率11300MHZ，则频谱仪上中心频率设置为12749MHZ-11300MHZ=1449MHZ。适当调整频谱仪的SPAN值，以便观察信号强度。根据频谱仪显示的信号强度对天线姿态进行微调，包括方位、俯仰、极化三个方向，一定要将天线调整到信号最强的姿态。记录下该点的位置，作为后面测量的中心点。

（2）、测量伺服机构或转台的转动速度

先根据待测天线的大致波束宽度确定伺服机构或转台的转动角度范围，波束宽度小的天线可选择±10度，波束宽度大的可选择±20度。这里所说的±10度和±20度是相对中心位置而言的。下面以选择±10度为例进行讲解，先将天线在方位方向上转动到超过-10度的位置（一定要超过，才能保证转动到-10度时已是匀速运动），然后往+10度方向转动，转动速度设置为最慢，转动到-10度时开始计时，到+10度时停止计时，多测几次求平均，得到方位方向上的转动时间T和转动速度V。再在俯仰方向上重复该步骤，求出俯仰方向上重复该步骤，求出俯仰方向的转动速度。如是一维伺服系统或转台，就只测方位方向的转动速度。

（3）、测试

将频谱仪的中心频率设置为信号最强的那一点，可在“marker（游标）”菜单中选择“搜索峰值”来实现。从理论上讲该点应该就是信标的中心频率，实际上由于设备的原因，如高频头的频偏，会导致频谱仪实际显示的中心频率有些许偏离于标称的中心频率。

将频谱仪的SPAN值设置为零，则频谱仪会在显示屏上以一条水平直线表示该中心频率点的电平。

设置频谱仪的采样点数，即选择用多少点描绘方向图，采样点数越多，测试精度越高，建议设置为2000点。

将“扫描时间”设置为之前测试得到的转动时间T。

以方位方向测试为例，先将天线转动到超过-10度的位置，然后向中间位置转动，转动到-10度时，将频谱仪的触发方式从continous（连续）更改为single（单次），频谱仪则开始绘制方向图。

转动到超过+10度的位置后，停止转动，频谱仪也将自动停止绘图，并将方向图曲线保留在显示屏上。

在俯仰方向上重复上述步骤。

6、数据处理

如果有条件将频谱仪连接到计算机上，不但可以导出方向图的图形，还可以导出所有采样点的数据。

峰值点和第一旁瓣的最高点之间的电平差即为主、旁瓣电平差。

在方向图上找出与峰值电平相差3DB的两个点，计算这两点相差的时间，乘上之前测得的天线转动速度V，就得到3DB带宽的角度。同理，可得到10DB带宽的角度。一般的伺服系统和转台都是在水平面上作方位转动，因此，得到的方位面波束宽度值还要修正到卫星所在的面上。修正公式，其中AZ’为修正的天线方位波瓣宽度，AZ为实测的天线方位波瓣宽度，EI为俯仰角度。

接收增益计算公式，其中θ为方位面和俯仰面的3DB和10DB波束宽度，LF为馈线损耗，α为反射面均方误差，λ为波长。

如果是一维伺服系统或转台，则把俯仰方向上的3DB、10DB带宽看成与方位面相等，从而进行近似计算。