廣播電視衛(wèi)星地球站的系統(tǒng)設(shè)備及測(cè)試監(jiān)控探討

摘要：隨著全球廣播電視全面向網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化進(jìn)發(fā)，廣播電視節(jié)目從制作、播控、發(fā)送到接收都將逐漸全面數(shù)字化，并可對(duì)各環(huán)節(jié)進(jìn)行必要的網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)監(jiān)控，從而保證性能可靠性的提高和處理環(huán)節(jié)的智能化。衛(wèi)星通信地球站主要構(gòu)成設(shè)備有天線設(shè)備、高功率放大設(shè)備、低噪聲接收設(shè)備、變頻設(shè)備和相應(yīng)的調(diào)制解調(diào)設(shè)備所構(gòu)成。本文就典型的廣播電視衛(wèi)星地球站的系統(tǒng)設(shè)備及測(cè)試監(jiān)控系統(tǒng)的基本要素進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：廣播電視；衛(wèi)星通信地球站；系統(tǒng)設(shè)備

中圖分類號(hào)：TN927文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-3044(2008)18-2pppp-0c

Radio and Television Satellite Earth Station Equipment and Test the System of Monitoring

LIU Sheng-bing

(Hubei Radio and TV Satellite Earth Station,Hubei,430071,China)

Abstract:As to the overall global radio and television network, and towards digital, radio and television programs from the production, Studio, will be sent to gradually receive full digital, and all sectors of the necessary real-time monitoring network, thus ensuring the reliability of performance enhancing And intelligent handling of thelink.Satellite communications earth station equipment is a major antenna equipment, high-power amplification equipment, low-noise receiver equipment, frequency conversion equipment and the corresponding modem posed by the equipment. In this paper, typical of radio and television satellite earth station equipment and test the system monitoring system the basic elements were discussed.

Key words:Radio and TV;Satellite Communication Earth Station;Systems and Equipment

1 廣播電視衛(wèi)星通信地球站天線分系統(tǒng)

天線分系統(tǒng)包括天線機(jī)械系統(tǒng)、饋源及天線跟蹤三部分。它是地球站的主要設(shè)備之一，直接決定著地球站的品質(zhì)因素G/T值。天線的作用是將地球站的發(fā)射功率有效地轉(zhuǎn)換成電磁波的能量，并發(fā)向衛(wèi)星，同時(shí)將分布于空間衛(wèi)星發(fā)出的極微弱的電磁波能量有效地轉(zhuǎn)換成同頻信號(hào)的高頻功率饋送給接收機(jī)。它應(yīng)具有高增益、低旁瓣、強(qiáng)輻射、低噪聲等特點(diǎn)。根據(jù)天線收、發(fā)互易原理，一副天線既一可用作發(fā)射，也可用作接收。事實(shí)上地球站都是用一副天線同時(shí)完成收發(fā)功能的。天線的機(jī)械系統(tǒng)包括主反射器、副反射器、底座、驅(qū)動(dòng)齒輪和伺服系統(tǒng)。它的主要作用是完成電磁波的輻射和接收，提高天線增益。天線的饋源系統(tǒng)包括喇叭、極化器、雙工器等。它的主要作用是完成高頻功率與電磁波間的相互轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)發(fā)送接收共用一副天線，實(shí)現(xiàn)雙極化頻率再用。天線的跟蹤系統(tǒng)包括跟蹤接收機(jī)以及相應(yīng)地自動(dòng)跟蹤裝置。如前所述，靜止只星每天在上空做“8”字漂移，特別是處于傾斜軌道應(yīng)用的靜止衛(wèi)星，每大的“8”字漂移范圍比較大。另一方面，大、中型地球站的天線波束寬度(即天線主波束的半功率點(diǎn)夾角)較窄，一般為0.05度-1.2度，所以大線必須具有良好的自動(dòng)跟蹤功能。所謂自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)是指該系統(tǒng)處理接收到的衛(wèi)星信標(biāo)信號(hào)，并驅(qū)動(dòng)天線方位馬達(dá)和俯仰馬達(dá)，使天線對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星。

2 廣播電視衛(wèi)星通信地球站高功率放大設(shè)備

高功率放大設(shè)備，顧名思義，是地球站大功率放大，它是在地球站發(fā)射部分的最后一級(jí)放大，是決定地球站EIRP能力的關(guān)鍵部件之一。目前，地球站使用的高功率放大器有兩類，一類是速調(diào)管高功率放大器，其工作帶寬可達(dá)40MHz，最大額定輸出功率可達(dá)3kw，包括輸入級(jí)的中功率放大器的增益，其增益可達(dá)78dB以上。另一類是行波管高功率放大器，其工作帶寬可達(dá)500一6OOMHz，能覆蓋整個(gè)衛(wèi)星通信C頻段的上行頻率，目前已生產(chǎn)出最大額定輸出功率為3kw行波管高功率放大器。對(duì)于傳統(tǒng)的調(diào)頻方式模擬載波或電視模擬載波來說，由于它們所需的EIRP較高，占用的頻帶較寬，一般一兩個(gè)載波就占用一部速調(diào)管高

功率放大器。而對(duì)于新型的數(shù)字業(yè)務(wù)載波如IDR載波，由于所需的EIRP較小，一般多個(gè)載波共用一部行波管高功率放大器。當(dāng)多個(gè)載波共用一部高功率放大器放大時(shí)，必須注意由于管子的非線性導(dǎo)致載波間的互調(diào)而產(chǎn)生的互調(diào)噪聲，這種噪聲隨著管子的工作點(diǎn)接近飽和點(diǎn)而迅速上升。該現(xiàn)象在行波管高功率放大器中尤為突出，對(duì)速調(diào)管高功率放大器而言，當(dāng)同時(shí)放大多個(gè)載波時(shí)，同樣也存在著這一問題。為了減小互調(diào)噪聲，通常采用的方法是犧牲一些功率，使管子的工作點(diǎn)從飽和點(diǎn)有一些回退。另外，對(duì)于行波管放大器也可采用一些均衡器，如線性化器，部分地補(bǔ)償在多載波工作時(shí)，為了降低互調(diào)噪聲而造成的功率損失。

為了提高通信可靠性，大多數(shù)地球站的高功率放大系統(tǒng)都采用l+l備用或n+1備用。

3 廣播電視衛(wèi)星通信地球站低噪聲接收設(shè)備

低噪聲接收設(shè)備又稱低噪聲放大器，是地球站接收分系統(tǒng)的第一級(jí)放大器?？紤]到衛(wèi)星發(fā)出的信號(hào)經(jīng)36000knl的長距離傳輸，空間損耗很大，從天線接收下來的弱小信號(hào)必須先經(jīng)過放大才能解調(diào)，并考慮到由第一級(jí)放大器引入的噪聲必須很小，才能保證接收的信號(hào)具有一定的信噪比。因此要求低噪聲放大器應(yīng)當(dāng)具有較低的噪聲溫度、足夠的帶寬、較大的放大倍數(shù)等特點(diǎn)。

由于地球站系統(tǒng)噪聲溫度基本上是天線噪聲溫度與低噪聲放大器的噪聲溫度之和，因此低噪聲放大器的噪聲溫度的大小直接決定著地球站系統(tǒng)噪聲溫度的大小，與地球站的G/T值有著密切的關(guān)系。早期的低噪聲放大器工作在由液態(tài)氦致冷的封閉空間的致冷參量放大器，給運(yùn)行維護(hù)帶來了極大的不便，后來隨著微波器件的改進(jìn)，出現(xiàn)了工作在常溫狀態(tài)卜的參量放大器，它使得維護(hù)工作變得簡(jiǎn)單。隨著半導(dǎo)體器件的發(fā)展，又出現(xiàn)了種新型低噪聲放大器—砷化嫁場(chǎng)效應(yīng)管放大器，目前己進(jìn)入實(shí)用階段。典型的低噪聲放大器的放大倍數(shù)為60dB，帶寬為500MHZ或575MHZ，4GHz噪聲溫度在35一55K之間，11GHz時(shí)噪聲溫度在150K左右。為確保地球站接收系統(tǒng)可靠運(yùn)行，大多數(shù)

地球站的低噪聲接收機(jī)都采用1+1備用或2+1備用。

4 廣播電視衛(wèi)星通信地球站上、下變頻器

衛(wèi)星通信使用的頻率為4/6GHz或11/14GHz，在地球站被稱之為射頻。如果在射頻頻率上直接對(duì)信號(hào)調(diào)制、解調(diào)，利用目前的工藝和技術(shù)水平是很難做到的，因?yàn)樗蟮恼加妙l帶寬度與射頻頻率相差1000倍左右。為了解決這一問題，采取的辦法是先在一個(gè)合適的頻率上進(jìn)行調(diào)制解調(diào)，然后再進(jìn)行頻率搬移。這一合適的中間頻率被稱為中頻，一般為70MHz正負(fù)18MHZ或140MH正負(fù)36MHz。上、下變頻器就是用來在射頻與中頻之間進(jìn)行頻譜搬移。另外，利用上、下變頻器進(jìn)行頻譜搬移，還可以容易將己調(diào)信號(hào)放在所分配的射頻頻率位置上，從而使得調(diào)制器、解調(diào)器規(guī)格統(tǒng)一。對(duì)上、下變頻器的主要要求是無失真地進(jìn)行頻譜搬移。

5 廣播電視衛(wèi)星通信地球站調(diào)制解調(diào)器

來自地面的模擬或數(shù)字信號(hào)需經(jīng)過某種方式調(diào)制才能發(fā)向空間進(jìn)行傳輸，以提高信號(hào)傳輸信噪比及抗千擾能力。目前使用的調(diào)制解調(diào)器有兩大類：一類是調(diào)頻調(diào)制解調(diào)器，在發(fā)端信號(hào)對(duì)載波的頻率進(jìn)行連續(xù)的調(diào)制，收端用鑒頻器將信號(hào)解調(diào)，該方式多用于模擬信號(hào)的調(diào)制解調(diào)。另一類是調(diào)相調(diào)制解調(diào)器，一般是數(shù)字信號(hào)對(duì)載波的相位進(jìn)行調(diào)制，在收端用鑒相器對(duì)載波相位進(jìn)行檢測(cè)將信號(hào)取出。對(duì)于不同類型的調(diào)制解調(diào)器，其技術(shù)指標(biāo)要求也各不相同，但都應(yīng)滿足一定的信噪比或誤碼率的質(zhì)量指標(biāo)要求。

6 廣播電視衛(wèi)星通信地球站的性能指標(biāo)和測(cè)試監(jiān)控

衡量一個(gè)地球站的指標(biāo)有兩類:第一類指標(biāo)主要標(biāo)志著地球站的性能和系統(tǒng)碩士論文廣播電視性星地球站系統(tǒng)設(shè)計(jì)傳輸能力。如地球站的品質(zhì)因數(shù)G/T值，天線收、發(fā)增益，天線旁瓣特性等。第二類指標(biāo)與地球站發(fā)射或接收信號(hào)的質(zhì)量相關(guān)，如頻率響應(yīng)、時(shí)延、互調(diào)、信噪比、誤碼率等。

地球站測(cè)試是檢驗(yàn)地球站性能，保證地球站正常穩(wěn)定工作的一個(gè)靛要手段。地球站測(cè)試一般可分為三類:單機(jī)測(cè)試、分系統(tǒng)測(cè)試、衛(wèi)星鏈路開通測(cè)試。這三類測(cè)試是相互關(guān)聯(lián)的，并且是遞進(jìn)的。比如構(gòu)成分系統(tǒng)的設(shè)備首先要滿足單機(jī)指標(biāo)，在此基礎(chǔ)上才一能建立起分系統(tǒng)，類似地，當(dāng)某一地球站想要與另一個(gè)地球站建立新的業(yè)務(wù)連接時(shí)，首先這個(gè)地球站內(nèi)的各個(gè)分系統(tǒng)都需要滿足分系統(tǒng)指標(biāo)，方可進(jìn)行與另一個(gè)站的開通測(cè)試。地球站測(cè)試涉及到的儀表種類也較為廣泛，從頻率生二看來，從射頻到基帶。常用的有功率計(jì)、頻譜分析儀、射頻網(wǎng)絡(luò)分析儀、微波網(wǎng)絡(luò)分析儀、計(jì)數(shù)器、中頻噪聲測(cè)試儀、信號(hào)發(fā)生器等。在基帶方面，如果是數(shù)字業(yè)務(wù)需要配備誤碼分析儀，如果是模擬業(yè)務(wù)需要配備信號(hào)發(fā)生器、選頻電平表，如果是電視業(yè)務(wù)則需要電視波形信號(hào)發(fā)生器、電視波形示波器、音頻信號(hào)發(fā)生器、音頻信號(hào)分析儀等。

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收稿日期：2008-04-06

作者簡(jiǎn)介：劉圣兵（1974-），男，湖北荊門人，武漢大學(xué)畢業(yè)，現(xiàn)為湖北廣播電視衛(wèi)星地球站電視工程工程師。