文 魏立

（吉林省廣播電視衛(wèi)星地球站，長(zhǎng)春 130119）

頻譜分析儀是把信號(hào)能量作為頻率的函數(shù)顯示出來的測(cè)量?jī)x器，用示波器作為顯示器描繪出信號(hào)幅度與頻率間的函數(shù)關(guān)系圖形。在射頻技術(shù)領(lǐng)域中，該儀器發(fā)揮著舉足輕重的作用。

在衛(wèi)星地球站，頻譜分析儀也發(fā)揮著舉足輕重的作用。作為測(cè)試儀器，它可以進(jìn)行多種射頻功能的測(cè)試，如測(cè)量功率放大器的帶寬、幅頻特性、帶內(nèi)外雜散、噪聲頻譜、測(cè)量某信號(hào)的載波噪聲比（C/N）、測(cè)量相位噪聲、測(cè)量放大器三階互調(diào)等技術(shù)指標(biāo)。除了以上的測(cè)試功能外，它也是地球站最重要的監(jiān)視工具之一，利用它可監(jiān)視本站發(fā)射的頻譜有無異常，接收衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)的本站頻譜并與同轉(zhuǎn)發(fā)器的兄弟臺(tái)站的頻譜比較，以及對(duì)干擾情況進(jìn)行查找等。

下面結(jié)合本人在維護(hù)設(shè)備中關(guān)于頻譜分析儀的若干經(jīng)驗(yàn)，談一下頻譜分析儀在地球站中的使用方法與注意事項(xiàng)，供大家交流。

1 頻譜分析儀應(yīng)用于頻譜監(jiān)視

分辨率帶寬的設(shè)置。頻譜分析儀的頻率分辨率指的是能明確分離出兩個(gè)輸入信號(hào)的能力。當(dāng)頻譜分析儀被用作頻譜的監(jiān)視時(shí)，對(duì)頻率分辨率參數(shù)的設(shè)置有以下幾點(diǎn)需注意：

（1）視頻分辨率帶寬（VBW）的選取。視頻濾波器是在檢波之后的低通濾波器，用以平均噪聲起伏。視頻分辨率的選取不可使用平均值（AVG ON）方式，視頻平均可用另外一種方式，即用窄的視頻濾波器使顯示的頻譜跡線平滑，因?yàn)閷?shí)時(shí)的頻譜圖形處于動(dòng)態(tài)，雖可利用視頻分辨率以平均值的方式平均噪聲，但它是采集的多條頻譜軌跡相疊加的結(jié)果，平均次數(shù)越多，瞬間頻譜的突變?cè)诫y以馬上顯現(xiàn)，這樣不利于地球站值班人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)有干擾情況的發(fā)生；

（2）射頻分辨率帶寬（RBW）的選取。通常射頻分辨率帶寬表示頻譜分析儀的中頻濾波器的3dB帶寬或6dB帶寬。在實(shí)際監(jiān)測(cè)中，我們經(jīng)常會(huì)遇到幅度不等而又靠得比較近的異常的干擾信號(hào)。在這種情況下，幅度較小的信號(hào)往往被幅度大的信號(hào)的裙邊所淹沒。那么，如何才能保證小信號(hào)不被大信號(hào)淹沒呢？首先，儀器的中頻濾波器必須做得足夠窄，現(xiàn)在大部分頻譜分析儀的中頻濾波器已經(jīng)可以做到1Hz帶寬，完全可以達(dá)到要求；其次，儀器要有很好的選擇性，即中頻濾波器應(yīng)盡可能陡一些，形狀因素（中頻濾波器60dB帶寬和3dB帶寬之比）越小，其選擇性越好。我們?cè)谟妙l譜分析儀對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析觀察時(shí)，影響到頻率分辨率的主要是以上兩個(gè)因素。分析儀所用中頻濾波器的形狀因素是無法改變的，但我們所選用的分辨率帶寬是可調(diào)的，RBW越小，分辨小信號(hào)的能力越強(qiáng)因而我們?cè)谑褂弥锌梢酝ㄟ^調(diào)整分辨率帶寬來達(dá)到目的。

掃描時(shí)間的設(shè)置。同樣基于實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)頻譜變化，頻譜的軌跡掃描時(shí)間不宜過長(zhǎng)。而較窄的濾波器所需的響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，這就要求我們對(duì)射頻分辨率帶寬和視頻分辨率帶寬進(jìn)行兼顧考慮，合理設(shè)置后可達(dá)到適合的掃描時(shí)間，而不能單一追求某一分辨率帶寬產(chǎn)生的效應(yīng)。一般地，儀器可自動(dòng)地選擇最快可允許的掃描時(shí)間，即自動(dòng)聯(lián)鎖掃描時(shí)間。

一般地，衛(wèi)星接收下來的L段頻譜信號(hào)，是通過功率分配器（簡(jiǎn)稱功分器）從高頻頭引來，而給LNB供電的直流電壓（通常由衛(wèi)星接收機(jī)供給）因功分器的直通功能會(huì)倒入頻譜儀，雖然沒超過頻譜儀輸入電平的最大允許范圍，但也容易導(dǎo)致頻譜儀的輸入衰減器和輸入混頻器毀壞。所以最好選用功分器阻隔直流的端口輸出給頻譜分析儀使用。

將頻譜分析儀放在控制室作為衛(wèi)星接收監(jiān)測(cè)設(shè)備時(shí)，需將設(shè)備室內(nèi)的L段信號(hào)通過功分器引接進(jìn)來，若此線長(zhǎng)度較長(zhǎng)，則宜用低損耗傳輸線，而不宜使用有線電視系統(tǒng)通用的同軸電纜。后者頻率范圍上限低于L段信號(hào)頻率范圍（有線電視系統(tǒng)物理發(fā)泡聚乙烯絕緣同軸電纜的頻率范圍為5～1000MHz），加上引線過長(zhǎng)會(huì)引入噪聲，從而影響監(jiān)視頻譜的質(zhì)量。

另外，談一下地球站監(jiān)視用頻譜儀的選取。若用地球站的測(cè)試級(jí)儀表如HP8563E作為頻譜監(jiān)視用，則是大材小用，也不適于長(zhǎng)時(shí)間加電運(yùn)行。 TEKTRONIX公司的簡(jiǎn)易監(jiān)視頻譜儀1705A，雖可作為監(jiān)視設(shè)備用，但因其視頻分辨率帶寬不能做得不合適，監(jiān)視的頻譜清晰度差，頻譜的毛刺掩蓋著頻譜的變化，不易被識(shí)別。國內(nèi)安徽蚌埠四十一所生產(chǎn)的依愛AV4061系列，其性價(jià)比較高，作為監(jiān)視用，頻譜清晰、而且易操作。如圖1所示。它帶有VGA接口，能方便轉(zhuǎn)換成視頻信號(hào)進(jìn)行錄像存貯，也可將頻譜儀放在設(shè)備室，直接將頻譜儀的顯示通過VGA延長(zhǎng)線接到控制室的控制桌顯示器上進(jìn)行監(jiān)視，這樣也避免了上面所談到的，將儀器放在控制室時(shí)因L段線過長(zhǎng)影響頻譜的質(zhì)量問題。另外，該儀器附有USB接口，可將當(dāng)前頻譜拷貝輸出。

2 頻譜分析儀應(yīng)用于干擾排查

在地球站的設(shè)備運(yùn)行中，雖說衛(wèi)星天線為定向天線，但空間的干擾也是不可避免，有些干擾信號(hào)混合在衛(wèi)星下行信號(hào)中，通過衛(wèi)星接收天線進(jìn)入，瞬間大功率的信號(hào)使得衛(wèi)星地球站的接收系統(tǒng)飽和，由于功率掠奪的原因致使實(shí)際接收的衛(wèi)星電視信號(hào)載噪比降低，下行監(jiān)視節(jié)目的圖像因載噪比低于接收機(jī)門限而出現(xiàn)圖像黑屏。多個(gè)地球站也曾發(fā)生過虛警干擾問題，導(dǎo)致地球站的抗干擾自動(dòng)功率控制系統(tǒng)出現(xiàn)誤升功率現(xiàn)象，嚴(yán)重干擾了同轉(zhuǎn)發(fā)器節(jié)目的正常播出，對(duì)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器也造成了不安全因素。

利用頻譜分析儀的最大保持和最小保持功能，解決了不能實(shí)時(shí)捕捉虛警干擾的問題，可通過存貯記憶的干擾頻率和電平，捕捉瞬態(tài)的干擾信號(hào)進(jìn)行分析查找。

具體方法為：將頻譜分析儀設(shè)置為被干擾頻譜的大致頻率范圍，將天線接收的信號(hào)通過LNA引接到室內(nèi)單元，可利用頻譜儀的頻譜最大保持功能（若天線接收的信號(hào)通過LNB引接到室內(nèi)單元，頻譜發(fā)生了倒置，可利用頻譜儀的頻譜最小保持功能），頻譜儀將對(duì)連續(xù)接收掃描數(shù)據(jù)每次掃描刷新時(shí)，比較并保留所選跡線每一點(diǎn)的最大值（或最小值）進(jìn)行顯示。如某次測(cè)得的干擾頻譜如圖2所示。從頻譜圖可以看出，干擾頻率位于950MHz～1GHz之間，是一組頻率，其電平平均值比正常頻譜高8dB，其來源很可能是飛機(jī)在地球站上空飛行時(shí)，其測(cè)量飛行高度的雷達(dá)設(shè)備在經(jīng)過地球站發(fā)射頻率為4150～4200MHz的測(cè)試掃頻信號(hào)。

圖二：干擾信號(hào)的頻譜

3 頻譜分析儀應(yīng)用于大天線的調(diào)整

借助頻譜儀我們可進(jìn)行大的衛(wèi)星天線對(duì)星調(diào)整。小天線因其波瓣寬，對(duì)星的調(diào)整較容易些，而大天線雖可利用其操作控制單元調(diào)整，但因其波瓣窄，對(duì)角度的變化特別敏感，方位和俯仰不易同時(shí)找到主瓣，對(duì)星調(diào)整相對(duì)困難。我們可借助頻譜儀，通過畫方向圖的方法尋找天線對(duì)星的主瓣，實(shí)踐證明，這是一種極科學(xué)有效的方法。

方法為：將頻譜儀頻率設(shè)置為所要對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星的下行信標(biāo)頻率上，掃寬為0Hz。適當(dāng)調(diào)整其視頻帶寬及掃描時(shí)間，先順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)天線的方位角度，從方位的方向圖中可見峰值的趨勢(shì)走向。之后再逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)天線的方位角度，記錄較大3個(gè)峰值時(shí)天線的方位角度顯示值（從天線的控制單元顯示屏上讀取），并從頻譜上讀出3個(gè)峰值時(shí)的電平值。

同理，再對(duì)天線俯仰角度進(jìn)行如上的調(diào)整，從方向圖中可見峰值的趨勢(shì)走向，記錄較大3個(gè)峰值時(shí)天線的俯仰角度顯示值（從天線的控制單元顯示屏上讀?。┖皖l譜上讀出3個(gè)峰值時(shí)的電平值。

從測(cè)試的方位或俯仰方向圖中，我們可以看到：最高峰的瓣與其相鄰的兩個(gè)次峰瓣間的相對(duì)電平差大于14dB，則最高峰一定為主瓣，天線此刻的方位或俯仰位置最佳。如3圖所示。

所以，在畫方位或俯仰方向圖的過程中，從頻譜儀顯示的峰值時(shí)刻，通過天控單元顯示的方位或俯仰的數(shù)值可以找到最佳對(duì)星位置。這種方法與根據(jù)信標(biāo)接收機(jī)電平的大小來調(diào)整天線的方位和俯仰更加合理有效。

圖三：天線的方向圖

當(dāng)然，頻譜分析儀在地球站的應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止這些，如我們還可根據(jù)有些頻譜分析儀的接口協(xié)議，開發(fā)后將之納入到地球站的網(wǎng)管系統(tǒng)中，根據(jù)采樣得到有用信號(hào)的電平值或計(jì)算出其載噪比，從而分析判斷本站上星頻譜質(zhì)量的變化情況等。只要我們?cè)诠ぷ髦胁粩鄧L試和總結(jié)，均可有效發(fā)揮利用頻譜分析儀在地球站安全播出中的諸多作用。