卫星通信实验报告..pdf

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1、1 实验一地面站天线对准卫星的调整 实验二天线方向图测试 实验三卫星信号传输测试 实验四天馈线驻波比和天线端口隔离度测试 卫星通信技术实验室 2012 年 10 月 26 日 2 实验一地面站天线对准卫星的调整 一、实验目的 1掌握地面站天线对准卫星的调整方法 2熟悉频谱分析仪的调整和使用 二、实验内容 1调整地面站天线对准目标卫星 2用频谱分析仪测量卫星信标信号 3计算天线极化隔离度 三、实验原理 1地面站天线对准卫星的方位角、仰角和极化角 方位角 (AZ) ：从接收点到卫星的视线在接收点的水平面上有一条正投影线，从接收点的正北方 向开始，顺时针方向至这条正投影线之间的角度称为方位角。 仰角

2、 (EL) ：从接收点仰望卫星的视线于水平线构成的夹角称为仰角。 方位角、仰角的示意图如图1-1 所示。 极化角 (P)：极化角是指由于接收天线所在地位置与卫星所在地经度差的加大及地球曲率的影 响，而使天线馈源波导口相对于地面所形成的倾角。 图 1-1 方位角、仰角示意图 方位角、仰角、极化角是由地面站天线的位置和同步轨道卫星的位置确定的。 静止卫星的位置用其星下点的经度表示，地面站天线的位置用其所在地的经度和纬度表示。由 天线所在地的经度、纬度以及卫星的经度可算出天线对准卫星的方位角、仰角和极化角。 设卫星经度为 s (东经为正， 西经为负 )， 地面站经度为e (东经为正， 西经为负 )，

3、 纬度为 e (北 纬为正，南纬为负)。 当地面站天线位于北半球时，天线对准卫星的方位角、仰角、极化角的计算公式为： 3 e es tg arctgAZ sin )( 180 0 （1-1） 2 cos)cos(1 cos)cos( ees e e ees HR R arctgEL （1-2） e es tg arctgP )sin( （1-3） 式中： Re 地球半经（ 6378Km ） ； H同步卫星距地球表面的高度（35786km） 。 2地面站天线的指向和极化角旋向的判定 天线的指向是由计算出来的方位角和仰角确定的，天线的极化旋向是由极化角确定的。 一般情况下， 方位角都是以正北方向为

4、基准00，顺时针旋转为正， 逆时针旋转为负。 正东为 900， 正南为 1800，正西为2700。 方位角的确定方法：可分为 AZ=180 0、AZ 1800、AZ 1800 三种情况。 其指向示意图1-2 所示。 图 1-2 方位角指向示意图 从图中可以看出： 当 AZ =180 0 时，卫星位于接收站的正南方，天线指向正南。 当 AZ 180 0 时，卫星位于接收站的东南方，天线指向正南偏东的角度为180 0-AZ 。 当 AZ 1800时，卫星位于接收站的西南方，天线指向正南偏西的角度为AZ-180 0。 。 仰角的确定方法：可分为EL=0 0， 00EL900，EL=900 三种情况。

5、其指向示意图1-3 所示。 4 图 1-3 仰角指向示意图 从图中可以看出： 当 EL=0 0 时，地面站天线的口面垂直于地面，当EL=90 0 时，地面站天线的口面平行于地面。 极化角旋向的确定方法：也分为P 0，P=0，P0 三种情况。极化角调整示意图如图1-4 所示。 图 1-4 是当地面站位于北半球时，观察者面向静止卫星时天线极化角的调整示意图。图中列出 的是水平极化的情况。垂直极化的调整方法与此相同。 P0 P=0 P0 图 1-4 极化角调整示意图 从图中可以看出： 当极化角P=0 时，接收站与卫星同经度，其极化为理想的水平极化或垂直极化。 当极化角P0 时，天线极化要左旋。所谓左

6、旋，是指观测者面向静止卫星，左手拇指指向卫星 时，其余四指握转的旋向。 当极化角P0 时，天线极化要右旋。所谓右旋，是指观测者面向静止卫星，右手拇指指向卫星 时，其余四指握转的旋向。 3地面站天线对准卫星的方位角、仰角和极化角调整 天线对准卫星的调整，主要是调整天线对准卫星的方位角、仰角和极化角。调整方位角、仰角 是使天线对准卫星，调整极化角是使天线的极化与卫星的极化相匹配。 5 31 天线方位角调整 首先用罗盘或指南针找到正南方，再调整天线方位调整装置使天线正对正南方。如果计算的方 位角 AZ 大于 1800，则调整天线向正南偏西转动AZ-180 0。如果 AZ 小于 1800，则调整天线向

7、正南偏 东方向转动1800-AZ 。 32 天线仰角调整 首先调整天线仰角调整装置，再用罗盘仪量出仰角，直至天线仰角等于仰角的理论计算值。图 1-5 是天线仰角测量方法示意图。 图 1-5 地面站天线仰角测量示意图 33 天线极化角调整 （ 1）极化的概念 卫星信号的极化有线极化和圆极化两大类。 当电场矢量的指向随时间的变化始终是一条直线时，称为线极化（包括水平极化和垂直极化）。 当电场矢量的指向随时间的变化是一个圆时，称为圆极化（包括左旋圆极化和右旋圆极化）。 （ 2）卫星发射极化波的极化定义 卫星发射极化波的极化定义是以卫星轴系为基准的。卫星运动轨迹近似为圆。 当电场矢量方向与卫星所在点的

8、圆的切线方向一致时，卫星发射的信号为水平极化。 当电场矢量方向与卫星运动轨道平面垂直时，卫星发射的信号为垂直极化。 （ 3）地面站天线的极化定义 地面站天线的极化定义是以卫星接收点的地平面为基准的。 当电场矢量方向平行于地面时，为水平极化波。电场矢量方向垂直于地面时，为垂直极化波。 6 天线双工器的接收端口和发送端口都是矩形波导。在矩形波导中，电场矢量的方向是垂直于波 导宽边的。因此： 当矩形波导窄边平行于地平面时，电场也平行于地面，定义为水平极化，传输的是水平极化波。 当矩形波导的窄边垂直于地面时，电场也垂直于地面，定义为垂直极化，传输的是垂直极化波。 （ 4）极化角的调整 地面站天线的极化

9、调整通常指的是线极化天线的极化调整。 在线极化的天线中，垂直极化波要用具有垂直极化特性的天线来接收，水平极化波要用具有水 平极化特性的天线来接收。 当天线接收极化方向与卫星发射波极化方向一致时，接收的卫星信号最大。 当天线接收极化方向与卫星发射波极化方向不一致时，接收的卫星信号会变小，产生极化损失。 当天线接收极化方向与卫星发射波极化方向正交时，几乎收不到卫星信号，极化损失最大。 只要天线的极化方向与卫星发射波的极化方向不一致，就会产生极化失配，极化失配不但会导 致接收功率下降，还会在双线极化系统中产生交叉极化干扰。 因此，必须调整极化角，将天线馈源旋转一个角度，使天线接收的极化与卫星发射波的

10、极化相 匹配，提高天线接收卫星信号的能力。 （ 5）地面站天线极化调整原理 地面站天线极化调整常用的方法有最大值法和最小值法。其原理分别为： 最大值法：首先调整天线对准卫星，再用频谱分析仪接收卫星信标信号。调整待测天线双工器 的极化角，使频谱仪接收的信号电平最大，即天线极化与卫星极化一致。由于线极化馈源的近峰值 角度范围比谷值宽，因此确定峰值点的最好方法是：找出比峰值下降3dB 点的位置，然后利用插入 法找出峰值点，确定峰值位置，在峰值位置上接收的信号电平最大。 最小值法：该方法的出发点是调整待测天线极化与卫星极化正交，使待测天线接收的信号电平 最小， 然后将待测天线极化旋转90 0，使地面站

11、天线极化方向与卫星来波极化方向一致， 从而达到极 化匹配的目的。 四、实验仪器及实验框图 本实验采用Ku 频段 0.9 米便携站天线对星调整。实验原理框图如图1-6 所示： 天线对准卫星的方位角、仰角、极化角由天线伺服控制器自动调整。天线伺服控制器根据目标 卫星的经度和天线所在地的经纬度，自动算出天线对准卫星的方位角、仰角、极化角，驱动方位、 俯仰和极化电机转动，使天线对准卫星。 7 图 1-6 便携站天线对星调整原理框图。 图中：卫星用来向地面站发送信标信号。 卫星信标信号是表征卫星存在和特征的一种特殊信号，是由卫星发射的一个频率和幅度固定的 信号。信标信号主要用于地面站天线对星调整和自动跟

12、踪，为地面站搜索、测量、跟踪卫星提供依 据。实验中采用中卫一号卫星，他在Ku 频段有两个相互垂直的信标信号，一个为垂直极化，频率 为 12.2505GHz，一个为水平极化，频率为12.7495 GHz。 地面站天线用来接收卫星信标信号，双工器将天线接收信号和发射信号分开，保证收发互不干 扰。 LNB 是低噪声下变频器， 将接收下来的卫星信号进行低噪声放大和下变频。直流电源用来给LNB 供电，使 LNB 正常工作。频谱分析仪用来测量卫星信标信号电平的大小，以确定地面站天线是否准 确对准卫星。用频谱仪测量卫星信标信号时，要设置频谱分析仪的工作频率。 频谱分析仪的工作频率= 卫星信号下行频率一LNB

13、 本振频率。 LNB 本振频率为：11.300 (GHz) 。 五、实验步骤 1按图 1-6 连接测量系统，并使系统工作正常。 2确定接收垂直极化（12.2505GHz）的卫星信标信号。 3设置频谱分析仪工作频率为卫星信号下行频率一LNB 本振频率。 4调整天线伺服控制器对星调整参数使天线对准卫星 41 调整方位角，使频谱仪接收的信号电平最大，此时，天线在方位方向上准确对准卫星。 42 调整俯仰角，使频谱仪接收的信号电平最大，此时，天线在俯仰方向上准确对准卫星。 43 调整极化角，使频谱仪接收的信号电平最大，此时，天线极化与卫星发射波极化相匹配。 5用频谱分析仪测量垂直极化的卫星信标信号，记录

14、测试电平。 8 6将天线馈源旋转90 0，用频谱仪测量水平极化的卫星信标信号，记录测试电平。 7计算天线极化隔离度。 天线极化隔离度等于频谱分析仪测出的垂直极化的信标信号电平减水平极化的信标信号电平。 六、实验数据 实验数据如表1-1 所示：表 1-1 天线对准卫星调整测试数据表 实验项目实验数据 实验仪器设备 Agilent E4408 频谱分析仪、 Ku 频段 0.9 米便携式卫星通信地球站天线 天线对准的卫星 卫星名称中卫一号 卫星位置（经度) 87.50 天线所在地经纬度 经度(度) 118.780 纬度(度) 32.04 0 天线对准星的 方位角、仰角、 极化角 方位角(度) 228

15、.90 仰角(度) 39.70 极化角(度) -39.80 频谱仪测量 卫星信标信号 卫星信标信号极化方式垂直极化 卫星信标信号频率(MHz) 12250.50 LNB 本振频率(MHz) 11300.00 频谱分析仪工作频率(MHz) 12250.5-11300.0=950.50 天线接收垂直极化的卫星信标信号电平(dBm) -77.4 天线接收水平极化的卫星信标信号电平(dBm) -98.3 天线极化隔离度(dB) -20.9 七、思考题 1地球站天线对准卫星的调整主要调整什么？ 答：方位角、仰角、极化角 2怎样确定地球站天线对准了卫星？ 答：由天线所在地的经度、纬度以及卫星的经度可算出天

16、线对准卫星的方位角、仰角和极化角。 3为什么要调整天线极化？ 答：极化角是指由于接收天线所在地位置与卫星所在地经度差的加大及地球曲率的影响，而使 天线馈源波导口相对于地面所形成的倾角。 4天线极化角的调整会不会影响天线极化隔离度？为什么？ 答：不会，因为天线极化隔离度等于频谱分析仪测出的垂直极化的信标信号电平减水平极化的 信标信号电平。 9 实验二天线方向图测量 一、实验目的 1掌握天线方向图的测量原理和方法 2掌握频谱分析仪的调整和使用方法 二、实验内容 1测量天线接收方位方向图和俯仰方向图 2利用所测方向图求出主瓣电平、副瓣电平、 3dB 波束宽度、 10dB 波束宽度和天线接收增益。 三

17、、实验原理 天线方向图是用图示的方法表示天线辐射能量在空间的分布。天线方向图的测量是天线最重要、 最基本的电参数测量。 1天线接收方向图测量原理 本实验采用卫星信标法测量便携站天线接收方向图。测量原理框图如图2-1 所示： 图 2-1 卫星信标法测量天线接收方向图的原理框图 设卫星的各向同性辐射功率为EIRPS（dBW） ，下行空间传播总损耗为LDOWN（dB） ，LNB 低噪 声放大器的增益为GLNB（dB） ，待测天线的接收增益为GR（） （dBi ）(为天线偏离波束中心的角 度，等于零表示天线在最大方向上的增益)，射频电缆的传输损耗为LRF（ dB） ，则到达天线口面的 10 功率电平P

18、（dBm）为： )(30)()(dBLdBWEIRPdBmP DOWNS （2-1） 进入频谱分析仪的RF 功率电平 Pmea（）为： )()()()()(dBLdBiGdBGdBmPdBmP RFRLNBmea （2-2） 式（ 2-2）是卫星信标法测量地面站天线接收方向图的原理公式。Pmea（）是频谱分析仪测量 的 RF 信号电平。 当待测天线对准卫星时，GR（ ）最大，即Pmea（）最大。 当待测天线偏离波束中心时，GR（）发生变化，此时频谱仪测量的RF 信号功率也随着变化， 利用频谱仪的迹线功能，记录天线运动轨迹，即为测量的待测天线方向图。 2天线方向图的主瓣、副瓣和3dB 波束宽度、

19、 10dB 波束宽度 天线方向图的主瓣、副瓣和3dB波束宽度、 10dB波束宽度如图2-2 所示： 方向图中有许多波瓣，其中辐射强度最大的波瓣称为主瓣，其余的波瓣称为副瓣或旁瓣，主瓣 旁的第一个波瓣叫做第一旁瓣。第一旁瓣电平要求低于主瓣电平14dB以上。 在主瓣最大辐射方向两侧，辐射强度降低3 dB 的两点间的夹角定义为3 dB 波束宽度。 在主瓣最大辐射方向两侧，辐射强度降低10dB 的两点间的夹角定义为10dB波束宽度。 天线方向图的波瓣宽度越窄，天线的增益越高，方向性越好，作用距离越远，抗干扰能力越强。 图 2-2 天线方向图示意图 3天线方位方向图方向角的修正 在方位方向图测量中，要考

20、虑方位角的修正。因为天线方位方向图中的方位角是空间方位平面 指向角，而天线方位角显示器上显示的角度是水平面内的方位角，这两个角度是不一样的，其差值 随着仰角的变化而变化，所以，在测量方位方向图时，要进行方位角修正。方位角的修正公式为： 11 2arcsinsin() 2 AZ AZCOS EL（ 2-3） 式中： EL天线对准卫星的仰角（ 0） ； AZ天线未修正时的方位角，即要求天线转动的角度（ 0） ； AZ 天线修正后的方位角（ 0） 。 43dB 波束宽度、 10dB 波束宽度计算公式 3dBBW方向图中3dB 波束宽度处的宽度秒数天线转动速度(度) （ 2-4） 10dBBW方向图中

21、10dB 波束宽度处的宽度秒数天线转动速度(度) （2-5） 5天线增益计算公式 根据 EIA 标准，天线增益采用3dB、10dB 波束带宽方法计算。 331010 37000107000 5*log5*log * 4.92*()*() AZdBBWEL dBBWAZdBBWELdBBW G Losssquare fsquare rms （2-6） 式中： G 为待测天线增益（dBi） AZ3dBBW天线方位方向图的3dB 波束宽度( 0 )； EL3dBBW天线俯仰方向图的3dB 波束宽度( 0 )； AZ10dBBW天线方位方向图的10dB 波束宽度( 0 )； EL10dBBW天线俯仰方

22、向图的10dB 波束宽度( 0 )； Loss天线馈源网络的插入损耗( dB)； 接收支路Loss=0.35dB ， (实验测得 )。 f 为下行频率(GHz) ； rms为抛物面天线表面精度，单位inch。 计算时 rms 取 0.5mm，则： 4.25 5 .0 inch 四、实验仪器及实验框图 实验仪器及实验框图如图2-1 所示： 五、实验步骤 1按图 2-1 连接测量系统，加电预热，使仪器设备工作正常。 2利用卫星信标，调整天线伺服控制器，驱动天线的方位和俯仰电机转动，使天线与目标卫星 12 对准，调整天线极化与卫星极化匹配，此时频谱仪接收的卫星信标信号电平最大，待测天线处于波 束中心

23、。 3设置频谱仪工作状态，测量天线接收方向图 1）固定待测天线仰角不动，测量天线接收方位方向图 驱动待测天线方位从波束中心逆时针转动-20 0。注意开始和结束口令，驱动待测天线从左向右 顺时针方向旋转，通过待测天线波束中心后到达+200位置停止。频谱仪实时记录待测天线的方位方 向图，并将测试方向图存入频谱仪。 5固定待测天线方位不动，测量天线接收俯仰方向图 先将待测天线方位回到波束中心，使天线重新对准卫星。 再驱动待测天线俯仰从波束中心向下转动-150。注意开始和结束口令，驱动待测天线从下向上 转动，通过待测天线波束中心后到达+150位置停止。频谱仪实时记录待测天线的俯仰方向图，并将 测试方向

24、图存入频谱仪。 6利用频谱仪码刻功能，通过手工方法对测量结果进行处理，获得待测天线方向图的主瓣电平、 副瓣电平、 3dB 波束宽度、 l0dB 波束宽度。并将所测方向图从频谱仪中取出来。 六、天线方向图的测量图形、测量数据 天线方向图测量图形如图2-3、2-4 所示： 图 2-3（1） 、 （ 2） 、 （3） 、 （4）为方位方向图的主瓣电平、副瓣电平、3dB 波束宽度、 10dB 波束 宽度图。 图 2-4（1） 、 （ 2） 、 （3） 、 （4）为俯仰方向图的主瓣电平、副瓣电平、3dB 波束宽度、 10dB 波束 宽度图。 天线方向图的测量数据如表2-1 所示。 13 2-3（1）方位

25、主瓣电平图 2-3（2）方位副瓣电平图 14 2-3（3）方位3dB 波束宽度图 2-3（4）方位10dB 波束宽度图 图 2-3 （1） （2） （3） （4） 方位方向图 15 2-4（1）俯仰主瓣电平图 2-4（2）俯仰副瓣电平图 16 2-4（3）俯仰3dB 波束宽度图 2-4（4）俯仰10dB 波束宽度图 图 2-4 （1） （2） （3） （4）俯仰方向图 17 表 2-1 天线接收方向图测试数据表 实验内容实验数据 实验仪器设备 Agilent E4447A 频谱分析仪 Ku 频段0.9 米便携式卫星通信地球站天线 天线对准的卫星 卫星名称中卫一号 卫星定点位置（经度 ) 87.

26、5 0 卫星信标频率(MHz) 12250.5 卫星信标极化方式垂直极化 天线所在地经纬度 经度(度) 15.36 0 118.78 0 纬度(度) 32.04 0 天线对准卫星的角度AZ：228.9 0 EL：39.7 0 P： -39.8 0 天线仰角及转动范围（不修正）EL = 39.7 0 转动范围：EL15 0 =300 天线方位角及转动范围（未修正）AZ = 229.8 0 转动范围：AZ200 =400 天线方位角修正后的转动范围当 AZ 20 0 =400 时转动范围：AZ = 15.36 0 = 30.72 0 实测天线方向图 图（1）图（ 2）图（ 3）图（ 4）天线转速3

27、dB 10dB 天线增益 主瓣 电平 (dBm) 副瓣 电平 (dBm) 3dB 宽度 (sec) 10dB 宽度 (sec) 度/(sec) 波束 带宽 (度) 波束 带宽 (度) dBi 未修正 俯仰方向图 -76.94 -15.36 4.857 8.787 300/62s 2.025 3.675 26.4 方位方向图 -74.25 -20.64 4.109 8.58 400/88s 2.00 3.90 修正后 俯仰方向图 -77.1 -17.21 4.988 9.025 300/62s 2.025 3.675 27.5 方位方向图 -74.25 -20.64 4.109 8.58 30.

28、720/88s 1.536 2.995 七、思考题 1利用卫星信标法，能否测量地面站天线的发射方向图? 答：否，只能测量地面站天线的接收方向图。 2天线方向图中的第一副瓣电平高了会产生什么影响? 答：影响天线方向性，降低了天线抗干扰能力。 3天线方向图中波束宽度的宽与窄，表明了什么？ 答：表面了波束宽度处的宽度秒数天线转动速度的乘积大小。 4利用卫星信标法测量天线接收方向图时，频谱仪的动态范围主要受到哪紫因素的限制？ 答：受到天线方向图的主瓣电平、副瓣电平、3dB 波束宽度、 l0dB 波束宽度影响。 18 实验三卫星信号传输测试 一、实验目的 1掌握卫星通信系统的组成及其工作原理。 2掌握便

29、携式、固定式卫星通信地面站的设备组成。 3掌握卫星通信地面站发送和接收参数的设置和调整。 4掌握 0 / b EN、误码率和接收信号频谱的测量方法。 二、实验内容 1安装调整便携式、固定式卫星通信地面站设备，并使其工作正常。 2调整便携式、固定式卫星通信地面站天线对准目标卫星。 3利用卫星链路在便携式、固定式两个地面站之间传输业务信号。 4按要求调整便携站、固定站的发送和接收参数，使卫星通信系统处于最佳工作状态。 5测试不同传输速率下，便携站发、固定站收的 0 / b EN、误码率和接收信号频谱。 三、实验原理 1卫星通信实验系统的组成及其各部分作用 图 3-1 是实验用的一种简单的卫星通信系

30、统，它由一颗卫星转发器，两个地面站和上行线路、 下行线路所组成，并构成卫星链路，进行卫星业务信号的传输测试。 1）上行线路、下线线路 在卫星通信系统中，从发射地面站到卫星的这一段线路称为上行线路，从卫星到接收地面站的 这一段线路称为下行线路。上行线路、下行线路都是电磁波的传播空间，由电磁波将通信卫星和地 面站连接起来构成卫星通信链路，完成卫星通信的长途传输任务。 地面站将信号发送到卫星所采用的频率称为上行频率、卫星将信号发送到地面站所采用的频率 称为下行频率。因为上行信号和下行信号所走的路径是相同的，而且收发共用同一副天线，为使收 发信号互不干扰，上行频率和下行频率是不一样的。一般上行频率高于

31、下行频率。本实验中，地面 站的发射频率为1414.5GHz，接收频率为12.2512.75GHz。 2）卫星转发器 卫星转发器是一个建立在空间的微波中继站。卫星转发器由天线、双工器、接收设备、变频器 和发射设备等组成。其作用是将地面站发来的上行信号进行低噪声放大，变频（将上行频率的信号 变成下行频率的信号） ，再经功率放大器放大后发送到地面站。 19 双工器 BUCLNB 卫星 Modem 双工器 LNBBUC 卫星 Modem 自动调整 方位俯仰 极化角度 便携式卫星通信地球站 固定式卫星通信地球站 交换机交换机 图像编码器 DVD播放器 图像解码器 电视机 IP 电话 IP 电话 人工调整

32、 方位俯仰 极化角度 天线伺服控制器 人工调整装置 功分器 频谱仪 功分器 频谱仪 双工器 发射机 高功率放大 接收机 低噪声放大 变频 上行频率变成下行频率 卫星转发器 天 线天 线 Ku频段 0.9 米天线便携式卫星通信地面站Ku频段 1.2 米天线固定式卫星通信地面站 图 3-1 卫星通信实验系统原理框图 3）卫星通信地面站 地面站是卫星通信系统中设置在地面上的通信终端站，用户通过地面站接入卫星通信线路， 20 进行卫星通信。地面站的作用是向卫星发送和接收来自卫星的信号。 本实验用两个地面站，一个为 0.9 米天线的便携式地面站，一个为 1.2 米天线的固定式地面站。 4）地面站上配置的

33、主要设备和作用 （1）天馈线系统 天馈线系统由天线、馈线、双工器、天线伺服控制器等部分组成。天线用来向卫星发射信号， 同时接收来自卫星的信号。双工器将接收信号和发送信号分开、保证接收和发射互不干扰。天线伺 服控制器用来调整天线对准卫星，并对卫星进行高精度跟踪。 (2) 上变频高功率放大器BUC 上变频高功率放大器BUC将调制器送来的中频已调信号进行上变频和高功率放大。 (3) 下变频低噪声放大器LNB 下变频低噪声放大器LNB将接收的卫星信号进行低噪声放大和下变频。 （ 4）卫星调制解调器 卫星调制解调器工作在L 频段，主要对发送信号进行信道编码和调制，对接收信号进行信道解 码和解调 , 并可

34、测出误码率和Eb/N0。 5) 交换机 交换机是一种在通信系统中完成信息交换功能的设备。实验中用来对要传输的信息进行交换， 实行双向传输。 2信号流程 1）便携站发固定站收 在便携式地面站上，用户 IP 电话信号或图像信号经以太网交换机送卫星调制器进行调制，变成 0.95-1.45GHz的中频已调信号。此中频已调信号由上变频高功率放大器BUC 进行上变频，变成 14.00-14.50 GHz 的微波信号，经高功率放大器放大后由天线发送到卫星。 卫星收到地面站发来的频率为1400-14.50GHz 的上行信号后，首先进行低噪声放大，然后进行 变频，将 14.00-14.50GHz 的上行信号变成

35、12.25-12.75GHz 的下行信号，经高功率放大器放大后，由 天线发送到固定式地面站。 固定式地面站收到频率为12.25-12.75 GHz 的下行信号后， 送到 LNB 进行低噪声放大和下变频， 将 12.25-12.75 GHz 的下行信号变成0.95-1.45GHz 的中频已调信号。此中频信号经功分器分成两路： 一路信号送频谱分析仪，测量接收信号频谱。 一路送卫星解调器进行解调，解调后的信号经以太网交换机送到IP 电话或经图像解码器解码送 21 到电视机。同时从卫星解调器上读出 0 / b EN和误码率。 2）固定站发便携站收 固定站发便携站收的过程与上述一样。 四、实验框图及仪器

36、 实验框图及仪器如图3-1 所示： 五、实验步骤（本实验用便携站发固定站收测试） 1按图 3-1 连接测量系统，并使系统（便携站、固定站）工作正常。 2调整便携站、固定站天线对准同一颗卫星。 3调整便携站卫星调制解调器，Modem 发送模块设置 Config-Remote-Local进入本地配置模式 Config-Tx 进入发送模块配置菜单 （1）FEC（前向纠错码） ：Viterbit ，TPC 等； （2）Mod（调制方式） ：BPSK,QPSK,OQPSK 等； （3）Code（编码效率）：1/2、 3/4、21/44 等； （4）Data（信息速率） ：2.4kbps5Mbps （5）

37、Frq（发送频率） ：950M1450MHz ，调整步长为100Hz； （6）On/Off （载波发送开关） （7）Pwr（激励电平） ：-40dBm 0dBm，BUC 的输入激励； （8）Scram（扰码方式）：Default-On 、IESS-315-No、Off ； （9）Clk （发送时钟源） ：Int 、Ext、Loop-Timed ； （10）Inv（频谱反转） 4调整固定站卫星调制解调器，Modem 接收模块设置 Config-Remote-Local进入本地配置模式 Config Rx 进入接收模块配置菜单 （1）FEC（前向纠错码） ：Viterbit ， TPC 等； （2

38、）Dem（解调方式） ：BPSK,QPSK,OQPSK 等； （3）Code（编码效率） ：1/2、3/4、21/44 等； （4）Data（信息速率） ：2.4kbps5Mbps （5）Frq（接收频率） ：950M 1450MHz ，调整步长为100Hz； （6）Acq（解调捕获范围） ：-/+1kHz to -/+200kHz 22 （7）Descram（解扰方式） ：Default-On 、IESS-315-No 、Off ； （8）Buf （接收缓冲）：Default-On 、IESS-315-No、Off ； （9）Inv（频谱反转） （10）Eb/No（信噪门限） ：接收信噪比低

39、于此值将产生业务中断。 5用固定站卫星解调器测试误码率、信噪比，用频谱分析仪测出接收信号频谱 （1）按照 3、4 配置好发送、接收参数；（注意发送、接收参数必须匹配，否则不能解调） （2） BUC 加电： Config-ODU-BUC-DC-Power选择为 On -10MHz 选择为 On （3） LNB 加电： Config-ODU-LNB-DC-Voltage选择为 18V -10MHz 选择为 On （4）查看 Modem 接收解调信息（误码率、信噪比）：Moniter-Rx Parameters （5）将测试数据记于表3-1： 六、实验图表 实验测试图见图3-2、3-3、3-4，实验

40、数据见表3-1： 图 3-2（1）接收信号电平图 23 图 3-2（1）接收信号带宽图 图 3-2 发射功率为 -16dBm，数据速率为200Kbit/s 的接收信号频谱图 图 3-3（1）接收信号电平图 24 图 3-3（2）接收信号带宽图 图 3-3 发射功率为 -16dBm，数据速率为1Mbit/s 的接收信号频谱图 图 3-4（1） 接收信号电平图 25 图 3-4（2） 接收信号带宽图 图 3-4 发射功率为 -16dBm，数据速率为3Mbit/s 的接收信号频谱图 表 3-1：卫星业务信号传输测试数据表 实验项目与实验内容便携站固定站 实验仪器和设备 E4447A 频谱分析仪440

41、8B 频谱分析仪 Ku 频段 0.9 米地面站Ku 频段 1.2 米地面站 天线对准的 卫星 卫星名称中卫一号中卫一号 卫星经度87.50 E87.5 0 E 天线所在地 经度、纬度 经度(度) 118.780 118.78 0 纬度(度) 32.04 0 32.04 0 天线对准卫 星的方位角 仰角极化角 方位角(度) 228.9 0 228.9 0 仰角(度) 39.70 39.7 0 极化角(度) -39.8 0 -39.8 0 频谱仪测量 卫星信标 信号 卫星信标信号极化方式垂直极化垂直极化 卫星信标频率(MHz) 12250.5 12250.5 LNB 本振频率(MHz) 11300

42、.00 11300.00 频谱仪工作频率(MHz) 950.50 950.50 卫星信标信号电平(dBm) -72.75 -69.75 便携站发 固定站收 便携站（发端设置）固定站（收端设置） 收端测试数据 调制器解调器 26 Eb/N0 误码率 接收频谱 测试 调制方式： QPSK 解调方式： QPSK 输出频率： 1285 MHz 接收频率： 1287MHz 输出电平： -16 dBm 接收电平： -56 dBm BUC LNB 本振频率： 13050 MHz 本振频率： 11300 MHz 发射频率： 14335 MHz 接收频率： 12587 MHz 发射极化：水平接收极化：垂直 发送

43、数据接收数据Eb/N0 BER 接收频谱 数据速率： 200Kbit/s数据速率： 200Kbit/s1610-9图 3-2 数据速率： 1Mbit/s数据速率： 1Mbit/s11.610 -9 图 3-3 数据速率： 3Mbit/s 数据速率： 3Mbit/s 7.810 -9 图 3-4 七、思考题 1LNB 和 BUC 是什么器件？各起什么作用？ 答：LNB 又叫高频头（Low Noise Block ）即低噪声下变频器，其功能是将由馈源传送的卫星信号经 过放大和下变频，把Ku 或 C 波段信号变成L 波段，经同轴电缆传送给卫星接收机。BUC (Block Up-Converter)

44、即上变频功率放大器，把卫星 Modem 输出的 L 波段信号转变为高频的射频信号逆向传 送到 C 波段、 KU 波段或 KA 波段卫星。 2双工器的作用是什么？对双工器有什么要求？ 答：双工器是异频双工电台，中继台的主要配件，其作用是将发射和接收讯号相隔离，保证接收和 发射都能同时正常工作。首先，我们希望双工器的体积小巧、重量轻。其次，双工器必须便于安装。 3若传输条件不变，改变发端数据速率，收端Eb/N0、误码率、接收频谱和接收图像有何变 化？为什么？ 答：当发端数据速率上升时，收端Eb/NO下降，当发端数据速率上升到3Mbit/s时，误码率变化很 大，从原来的10-9 变成 10-4 ，而

45、接收频谱中主瓣宽度变大，接收图像也变得比较模糊。 27 实验四天馈线驻波比和天线端口隔离度测量 一、实验目的 1掌握天馈线驻波比、天线端口隔离度和损耗的测量原理和方法 2掌握矢量网络分析仪的调整和使用 二、实验内容 1测量天线组合馈源发信端口、接收端口驻波比 2测量天线组合馈源发射端口/接收端口隔离度 3测量天线组合馈源发射支路、接收支路插入损耗 三、实验原理 1天线组合馈源 天线组合馈源是天线系统中一个非常重要的部件，由双工器和发阻滤波器等组成，是一个三端 口无源网络。天线组合馈源的任务是将地面站发射系统送来的信号有效地传输到天线发向卫星，同 时将天线接收下来的卫星信号有效地传输到地面站接收

46、系统，保证收发互不干扰。要求天线组合馈 源有较好的反射特性和传输特性。本实验用矢量网络分析仪测量组合馈源的反射特性和传输特性。 2微波元件的S 参数 微波元件可分为单端口，双端口和三端口等。任何一个微波元件都可等效成一个网络，称为微 波网络。双端口微波网络是最基本的网络形式，任何一个双端口的网络特性都可以用4 个 S 参数表 示，如图4-1 所示。 （1）微波双端口网络（2）微波双端口网络的信号流图 图 4-1 微波双端口网络 图中： a1、a2分别为端口1 和端口 2 的入射波，b1、b2分别为端口1 和端口 2 的出射波。 从信号流图可得到： b1=S11 a1+ S12 a2， b2=S

47、21 a1+ S22 a2 （4-1） 式中： S11、 S22、S12和 S21为网络特性的4 个 S 参数，称为散射参数。 28 S11：是在端口 2 匹配情况下，端口1 的反射系数； S22：是在端口 1 匹配情况下，端口2 的反射系数； S21：是在端口 2 匹配情况下，端口1 到端口 2 的正向传输系数； S12：是在端口 1 匹配情况下，端口2 到端口 1 的反向传输系数。 即： 3矢量网络分析仪的基本组成 网络分析仪是用来测量射频、微波和毫米波网络特性的仪器。网络分析仪有标量网络分析仪和 矢量网络分析仪之分。标量网络分析仪只能测量网络的幅度特性，矢量网络分析仪可同时测量网络 的幅

48、度、相位和群延时特性。 根据提供的激励信号不同，矢量网络分析仪可分为连续波矢量网络分析仪、毫米波矢量网络分 析仪和脉冲矢量网络分析仪；根据结构体系的不同，矢量网络分析仪可分为分体式矢量网络分析仪 和一体化矢量网络分析仪；根据测试端口数量的不同，矢量网络分析仪又可分为二端口、四端口和 多端口矢量网络分析仪。然而，矢量网络分析仪的基本测试系统的组成是相同的，都包含有激励信 号源、 S 参数测试装置、多通道高灵敏度幅相接收机和校准件4 个部分。 图 4-2 是矢量网络分析仪的系统组成。其中： 激励信号源为被测网络提供激励信号，其频率分辨率决定了系统的测量频率分辨率。现代矢量 网络分析仪广泛采用合成扫

49、频信号源，其频率分辨率在微波频段可达1Hz。在射频频段可达1MHz 。 S参数测试装置实现了入射波和反射波的分离，其指标决定了网络分析仪测量反射参数的范围。 现代矢量网络分析仪采用了误差修正技术，可在保证高测试精度的同时，在一定程度上降低了对S 参数测试装置的硬件指标要求。 多通道高灵敏度幅相接收机采用窄带锁相接收机和同步检波技术，能够同时得到网络的幅度和 相位特性。矢量网络分析仪中采用数字滤波和数字同步检波技术，其接收机等效带宽最小达1Hz， 测量精度和动态范围都有很大的提高。 校准件：矢量网络分析仪的误差修正技术，利用软件修正弥补硬件系统性能指标的不足，大大 提高了测试精度，使得采用不完善硬件系统也能进行高精度测试。它将校准件的精度通过误差修正 转移到矢量网络分析仪，减小了对矢量网络分析仪硬件的技术要求，在很大程度上，校准件的性能 指标和校准方法的完善程度决定了矢量网络分析仪的测量精度。 29 图 4-2 矢量网络分析仪的基本组成和测试原理 3矢量网络分析仪的测试