梁衛(wèi)東　張小平

1.2.內(nèi)蒙古新聞出版廣電局501臺　內(nèi)蒙古　呼和浩特市　010070

引　言

可分為三部分：基帶技術(shù)指標(biāo)測試、射頻技術(shù)指標(biāo)測試和天線入網(wǎng)測試。本文主要介紹射頻技術(shù)指標(biāo)測試和天線入網(wǎng)測試。

廣播電視衛(wèi)星地球站的主要技術(shù)任務(wù)是對數(shù)字廣播電視基帶信號經(jīng)過處理發(fā)射給廣電專用衛(wèi)星，最后經(jīng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)到所覆蓋的區(qū)域。廣播電視信號經(jīng)過信源編碼、節(jié)目復(fù)用、中頻調(diào)制、上行變頻、功率放大，最后通過波導(dǎo)送給旋轉(zhuǎn)拋物面天線發(fā)向指定衛(wèi)星。為了確保傳輸系統(tǒng)的可靠運行，須確保每個環(huán)節(jié)的播出設(shè)備能夠按規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)運行。衛(wèi)星上行系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)測試主要

1　衛(wèi)星上行系統(tǒng)射頻指標(biāo)測試

衛(wèi)星上行系統(tǒng)主要的射頻指標(biāo)測量包括：系統(tǒng)三階互調(diào)、系統(tǒng)相位噪聲、系統(tǒng)調(diào)制波形、系統(tǒng)雜散輸出、系統(tǒng)頻率穩(wěn)定度、系統(tǒng)功率穩(wěn)定度、帶內(nèi)平坦度、系統(tǒng)1dB壓縮點等指標(biāo)，下面分別予以介紹。

1.1　系統(tǒng)三階互調(diào)

一般高功率放大器（以下簡稱高功放）的非線性失真直接影響衛(wèi)星上行系統(tǒng)的三階互調(diào)指標(biāo)，國內(nèi)規(guī)定三階互調(diào)指標(biāo)應(yīng)小于-34dBc。

通常使用的三階互調(diào)測試方法是：使用一臺調(diào)制器發(fā)送70MHz單載波信號F1，同時使用掃頻信號發(fā)生儀發(fā)射F2單載波，合成后送往上變頻器，在高功放輸出耦合口處接頻譜儀測試，頻譜分析儀中2個單載波為輸入頻率，2個三階互調(diào)產(chǎn)物為2F1-F2和2F2-F1，2F1-F2或2F2-F1與輸入單載波信號的電平差就是該系統(tǒng)的三階互調(diào)值。在頻譜儀的菜單中找到Peak Search選項，會自動找到輸入的單載波信號上，之后使用Delta Marker，轉(zhuǎn)動頻譜儀調(diào)節(jié)旋鈕，將光標(biāo)調(diào)整到最大的互調(diào)產(chǎn)物上面，會自動顯示兩者的差值，就是三階互調(diào)值。實際設(shè)備測試結(jié)果如圖1所示。

圖1　三階互調(diào)指標(biāo)測試

使用多載波播出時，往往通過該指標(biāo)可以估算出地球站高功放的最大線性輸出功率，看是否可以滿足廣電系統(tǒng)安全播出的抗干擾要求。

1.2　系統(tǒng)相位噪聲

在調(diào)制器上發(fā)射單載波信號，送往上變頻器，在高功放輸出端口測試的載波信號的單邊帶相位噪聲為系統(tǒng)相位噪聲。

一般在工作中測試相位噪聲的方法是：利用頻譜分析儀測試高功放前面板輸出口的載波信號，通過調(diào)整頻譜儀的Res BW及VBW，測試距離單載波中心頻率1KHz、10KHz、100KHz的噪聲值。測試結(jié)果如圖2所示。系統(tǒng)相位噪聲國內(nèi)要求為1KHz大于等于-75dBc/Hz；10KHz大于等于-85dBc/Hz；100KHz大于等于-95dBc/Hz。如圖2所示。

圖2　系統(tǒng)相位噪聲測試

1.3　系統(tǒng)調(diào)制波形

一般調(diào)制器的滾降系數(shù)會影響系統(tǒng)調(diào)制波形，滾降系數(shù)由選用的濾波器決定，調(diào)制器的濾波器一般有5%、10%、15%、25%和35%五種。

廣電系統(tǒng)通用的調(diào)制波形測試方法是：調(diào)制器正常輸出傳輸業(yè)務(wù)的載波信號，使用頻譜儀監(jiān)測高功放輸出端口的載波信號，通過調(diào)整頻譜儀的垂直刻度的每隔刻度值，使其符合測試需要。通常測量低于中心頻率-3dB、-30dB時載波的帶寬。高功放輸出信號30dB帶寬的測試結(jié)果如圖3所示。按照有關(guān)要求3dB的帶寬不超過符號率對應(yīng)帶寬，30dB的帶寬不超過1.35倍符號率對應(yīng)帶寬，1.2倍符號率帶寬處的電平波動小于0.4dB。如果系統(tǒng)非線性失真嚴(yán)重，可能影響-3dB帶寬。若發(fā)射的調(diào)制載波達(dá)不到-30dB的帶寬，對衛(wèi)星下行信號的載噪比形成影響，可能不能正常解調(diào)節(jié)目。如圖3所示。

圖3　系統(tǒng)調(diào)制波形測試

1.4　系統(tǒng)雜散輸出

調(diào)制器發(fā)出的單載波信號，經(jīng)上變頻和高功放后，在單載波之外產(chǎn)生的最大無用信號為系統(tǒng)雜散輸出。

地球站使用的雜散輸出測試方法是：調(diào)制輸出設(shè)置為單載波工作模式，在高功放耦合口利用頻譜儀測單載波信號，在C波段5925MHz～6425MHz的500MHz帶寬內(nèi)，產(chǎn)生的最大噪聲信號的電平與單載波功率之差為雜散輸出。測量結(jié)果如圖4所示。按照總局規(guī)定載波帶寬內(nèi)小于-55dBc，載波帶寬外的雜散輸出小于-65dBc。載波帶寬內(nèi)超出標(biāo)準(zhǔn)會使傳輸?shù)墓?jié)目質(zhì)量受影響，載波帶寬外超出標(biāo)準(zhǔn)可能影響其他節(jié)目。

圖4　系統(tǒng)雜散輸出測試

1.5　系統(tǒng)頻率穩(wěn)定度

調(diào)制器改為發(fā)射單載波，經(jīng)上變頻和高功放后，測得實際輸出頻率的最大值減去實際輸出頻率最小值與設(shè)備設(shè)置的上行頻率之比，就是系統(tǒng)頻率穩(wěn)定度。通常在給定測試周期內(nèi)測試。

通常使用的頻率穩(wěn)定度測試方法是：調(diào)制輸出設(shè)置為單載波模式，使用頻率計測試高功放耦合口輸出的單載波信號，一般以24小時為一個測試周期，測得實際輸出頻率的最大值和實際輸出頻率最小值，計算兩者的差值除以上行設(shè)置頻率即為系統(tǒng)頻率穩(wěn)定度。按相關(guān)要求規(guī)定系統(tǒng)頻率穩(wěn)定度為±1×10-7/天。

1.6　系統(tǒng)功率穩(wěn)定度

系統(tǒng)功率穩(wěn)定度是衡量上行系統(tǒng)功率隨時間變化的重要指標(biāo)，一般取決于設(shè)備的技術(shù)性能和運行環(huán)境。衛(wèi)星地球站上行EIRP（等效全向輻射功率）的穩(wěn)定度規(guī)定為±0.5dB，它由高功放功率穩(wěn)定度和天線增益穩(wěn)定度共同決定，系統(tǒng)功率穩(wěn)定度規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)為±0.3dB。

上行系統(tǒng)功率穩(wěn)定度測試方法為：系統(tǒng)按正常工作點配置，調(diào)制器發(fā)單載波，高功放輸出切到假負(fù)載或者高功放輸出切到俯仰角比正常姿態(tài)上仰5到10度的上行天線上，每隔半小時利用功率計記錄一次載波電平，連續(xù)記錄24小時。使用功率計測試高功放耦合口輸出的載波信號，一般以1小時或24小時為一個測試周期，測得實際輸出功率的最大值和實際輸出功率最小值，計算兩者的差值除以上行設(shè)置功率即為系統(tǒng)功率穩(wěn)定度。

1.7　系統(tǒng)帶內(nèi)平坦度

系統(tǒng)帶內(nèi)平坦度是上行的載波帶寬內(nèi)，高功率放大器輸出調(diào)制波的幅度隨頻率變化的特性。地球站通常使用速調(diào)管高功放播出，要對速調(diào)管通道進(jìn)行調(diào)諧，使其載波的頻率響應(yīng)符合要求。

工作中使用的帶內(nèi)平坦度測試方法是：將掃頻儀輸出送到上變頻，將掃頻儀設(shè)置為掃頻工作狀態(tài)，頻率設(shè)置為播出時的中心頻率。使用頻譜分析儀測試高功放耦合口輸出的掃頻信號，通過調(diào)整掃頻儀的掃描速度設(shè)置，同時調(diào)整頻譜分析儀的Sweep time設(shè)置，保證輸出頻譜便于測試和觀察。501臺上行載波的系統(tǒng)帶內(nèi)平坦度所測結(jié)果如圖5所示。按驗收規(guī)定在SCPC方式應(yīng)用時為0.5dBpp，在MCPC方式應(yīng)用時為1dBp-p。不符合要求時，會對衛(wèi)星接收信號的載噪比有影響?？赡艿脑蚴撬僬{(diào)管高功放的通道沒有調(diào)整好。如圖5所示。

圖5　系統(tǒng)帶內(nèi)平坦度測試

1.8　系統(tǒng)1dB壓縮點

1dB壓縮點輸出功率是指被測設(shè)備的增益比線性增益小1dB時，它的輸出電平則被稱為1dB壓縮點電平。

常規(guī)的1dB壓縮點測試方法是：首先為高功放輸入一個射頻信號，逐漸加大信號源的電平，用功率計，也可使用頻譜儀測試系統(tǒng)輸出功率，并算出功率放大器的增益。當(dāng)高功放的增益比線性狀態(tài)的增益降低1dB時，高功放的功率即為該系統(tǒng)的1dB壓縮點輸出電平。501臺使用的1000W固態(tài)高功放的1dB壓縮點輸出功率為58.85dBm（794W）。

2　衛(wèi)星天線入網(wǎng)測試

衛(wèi)星天線投入運行之前須經(jīng)過中國衛(wèi)通公司的天線入網(wǎng)測試，主要測試天線增益，天線方向圖的旁瓣特性、極化隔離度等技術(shù)指標(biāo)，確保符合要求。

2.1　天線旁瓣特性

衛(wèi)星發(fā)射天線的旁瓣特性反應(yīng)了其在偏離主軸方向的電磁波輻射能力。天線方向圖的旁瓣比較高時，主要會降低天線的主瓣增益，可能影響鄰近軌位的衛(wèi)星工作。由于使用衛(wèi)星通信的國家和地區(qū)越來越多，導(dǎo)致地球同步軌道上的通信衛(wèi)星數(shù)量在快速增加。衛(wèi)星軌道間隔由3°向2°變化，這樣會使衛(wèi)星通信系統(tǒng)的干擾日益頻繁。有效的解決方法是降低地球站發(fā)射天線和衛(wèi)星星載天線的方向圖旁瓣包絡(luò)。衛(wèi)星地球站天線的第一旁瓣電平通常要求小于等于-14dB。目前所要求的旁瓣包絡(luò)為：G=29-25lgθ（1°≤θ≤20°），以上公式中G為發(fā)射天線增益，θ為偏離主瓣的角度。入網(wǎng)測試同時要測試衛(wèi)星發(fā)射天線的增益。

2.2　天線交叉極化隔離度

衛(wèi)星天線極化可以分為線極化、圓極化和橢圓極化。線極化有兩種形式，即水平極化和垂直極化形式。當(dāng)前廣電專用衛(wèi)星的天線主要為線極化，只有中星9號和中星9A使用圓極化。

按照地球站驗收標(biāo)準(zhǔn)，線極化時，天線的軸向交叉極化隔離度規(guī)定大于等于33dB。圓極化時，天線指向衛(wèi)星時的橢圓軸比要＜1.06，也就是要求隔離度要大于等于30.7dB。對于上行站而言，此項指標(biāo)也是地球站衛(wèi)星入網(wǎng)測試的重要指標(biāo)之一，極化調(diào)整好后，鎖定不變，技術(shù)指標(biāo)得到了保證。測量天線交叉極化隔離度時，在衛(wèi)通公司的配合下，安排無反極化業(yè)務(wù)的頻率上行單載波，利用衛(wèi)通公司參考天線幫助地球站調(diào)試天線的極化角。這樣調(diào)整的極化角，保證了該天線接收信號時是最優(yōu)的極化角。

2.3　天線回波損耗與駐波

回波損耗主要反映系統(tǒng)阻抗匹配的程度。天線系統(tǒng)反射系數(shù)規(guī)定為：在所測量的天線輸出端口反射電壓與入射電壓之比，可以表示為：

該公式的Ur表示反射波電壓，Ui表示入射波電壓。

回波損耗（用RL代表）表示反射波功率與入射波功率的比值，它與系統(tǒng)反射系數(shù)之間的聯(lián)系表示為：

系統(tǒng)的入射波與反射波重疊，體現(xiàn)為駐波。電壓駐波比（VSWR）的定義為駐波曲線最大電壓（波峰電壓）和最小電壓（波谷電壓）之比。系統(tǒng)電壓駐波比和系統(tǒng)反射系數(shù)之間存在如下的聯(lián)系：

在工程測量中，通?？梢灾苯訙y出回波耗損，然后換算為電壓駐波比，或者測量電壓駐波比，算出回波損耗，他們之間存在如下?lián)Q算：

天線反射系數(shù)與駐波不是天線入網(wǎng)測試的必須項目，但對高功放系統(tǒng)正常運行影響很大，第Ⅳ代C波段速調(diào)管高功放輸出端口的駐波比的要求為1.3，意味著在饋線網(wǎng)絡(luò)輸入端口反射功率與入射功率的絕對差值應(yīng)大于17dBc。若沒有滿足該指標(biāo)，在速調(diào)管高功放大功率運行時，會由于反射功率過大導(dǎo)致高功放保護(hù)性掉高壓，或者波導(dǎo)端口因大反射功率出現(xiàn)燒毀現(xiàn)象。高功放在接入系統(tǒng)運行之前，應(yīng)對天饋線系統(tǒng)全頻段的駐波比特性進(jìn)行調(diào)測，這是系統(tǒng)安全運行的基礎(chǔ)之一。

以上對射頻技術(shù)指標(biāo)和天線入網(wǎng)指標(biāo)測試的主要項目進(jìn)行了總結(jié)，給出了行業(yè)對該指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)值，我站實際測量數(shù)據(jù)均能滿足上述標(biāo)準(zhǔn)值，為將來地球站的驗收奠定了一定的基礎(chǔ)。