測(cè)試轉(zhuǎn)發(fā)器的無(wú)線使用方式

虢亦農(nóng) 高彤鼎

摘要：測(cè)試轉(zhuǎn)發(fā)器從功能上相當(dāng)于一部衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器，可以在地面上行站用于傳輸系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)以及各設(shè)備的調(diào)機(jī)、測(cè)試、維修。測(cè)試轉(zhuǎn)發(fā)器通常的使用是靠電纜與收發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行封閉式連接，本文介紹了一種無(wú)線的連接方式以及在這種連接方式下的使用。

關(guān)鍵詞：測(cè)試；轉(zhuǎn)發(fā)器；無(wú)線；連接

測(cè)試轉(zhuǎn)發(fā)器（TestTranslator），或稱模擬轉(zhuǎn)發(fā)器（SimulatedTransponder），是一種在衛(wèi)星地面上行站用于傳輸系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)及各設(shè)備的調(diào)機(jī)、測(cè)試、維修的專用設(shè)備，其作用相當(dāng)于衛(wèi)星上的轉(zhuǎn)發(fā)器。測(cè)試轉(zhuǎn)發(fā)器可以模擬上下行鏈路的空間損耗，配合其它儀器，還可以模擬噪聲或干擾信號(hào)的影響，從而達(dá)到不使用真正的衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器就能估測(cè)傳輸系統(tǒng)性能的作用。

通信衛(wèi)星從結(jié)構(gòu)上可分為天線子系統(tǒng)、電源子系統(tǒng)、跟蹤遙測(cè)指令子系統(tǒng)、姿態(tài)及軌位控制子系統(tǒng)、通信子系統(tǒng)等五個(gè)部分。通信子系統(tǒng)包括多個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器，這是通信衛(wèi)星的核心部分。測(cè)試轉(zhuǎn)發(fā)器可以模擬衛(wèi)星上真實(shí)的轉(zhuǎn)發(fā)器，用它來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)測(cè)試，一是方便操作，具有使用的靈活性；二是測(cè)試操作局限在本地，可以避免對(duì)衛(wèi)星上正常的通信業(yè)務(wù)產(chǎn)生干擾；三是由于聯(lián)調(diào)測(cè)試用時(shí)往往較長(zhǎng)，使用測(cè)試轉(zhuǎn)發(fā)器可以節(jié)省不少的衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器租賃費(fèi)用。

對(duì)于C波段的通信衛(wèi)星，國(guó)際電信聯(lián)盟規(guī)定了標(biāo)準(zhǔn)的頻道設(shè)置方案（不包括后來(lái)的增補(bǔ)頻道），其上行頻率范圍在為5925～6425MHz，下行頻率范圍為3700～4200MHz，上下行頻率的差值為2225MHz。所以，衛(wèi)星上的轉(zhuǎn)發(fā)器其實(shí)就是一些差頻轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備，以固定的頻率差（2225MHz）完成轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)。

與實(shí)際的衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器相似，從結(jié)構(gòu)上看，測(cè)試轉(zhuǎn)發(fā)器也是這樣的一個(gè)本振頻率為2225MHz的混頻裝置，見(jiàn)圖1。

在地面上行站進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)或測(cè)試時(shí)，測(cè)試轉(zhuǎn)發(fā)器置于上行發(fā)射與下行接收之間，通常使用同軸電纜進(jìn)行連接。圖2是常規(guī)的連接方式，可以看出這是一種封閉型的連接方式。

地面上行發(fā)射系統(tǒng)是由從編碼復(fù)用器直到發(fā)射天線的一整套設(shè)備構(gòu)成的；地面下行接收系統(tǒng)則是由接收天線直到解碼器等設(shè)備構(gòu)成。測(cè)試轉(zhuǎn)發(fā)器的輸入來(lái)自高功放輸出端的定向耦合器；其輸出則接至接收系統(tǒng)的LNA（或LNB）之前。通過(guò)上行切換開關(guān)，將發(fā)射信號(hào)切換至假負(fù)載上，通過(guò)下行切換開關(guān)將測(cè)試轉(zhuǎn)發(fā)器的輸出信號(hào)切換至LNA（或LNB），上下行鏈路就“自環(huán)”起來(lái)，可以完成一系列調(diào)試測(cè)量工作。由于整個(gè)系統(tǒng)處于“閉路”狀態(tài)，不僅不會(huì)影響到衛(wèi)星上的傳輸業(yè)務(wù)，即使地面站還有其它傳輸系統(tǒng)，相互之間也不會(huì)產(chǎn)生相互影響和干擾。

筆者曾經(jīng)應(yīng)一次廣電系統(tǒng)展覽會(huì)的要求，設(shè)計(jì)了一套頗為“另類”的“開路”方式的無(wú)線連接系統(tǒng)，如圖3所示。在這個(gè)系統(tǒng)中，測(cè)試轉(zhuǎn)發(fā)器的作用頗似一個(gè)真正的衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器。

根據(jù)設(shè)想，筆者用一架1米口徑的拋物面天線作為地面上行發(fā)射天線（增益約33dB），用銅皮制作了一個(gè)同軸—波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器作為饋源；另用一架1米口徑配有LNB的拋物面天線作為地面接收天線（增益約31dB）。再用銅皮制作了兩只截止頻率分別為7GHz和5GHz的角錐喇叭天線作為測(cè)試轉(zhuǎn)發(fā)器的輸入和輸出天線（增益的理論值大約8dB），兩只角錐喇叭天線與測(cè)試轉(zhuǎn)發(fā)器之間用同軸電纜相連（電纜很短）。兩只角錐喇叭天線與測(cè)試轉(zhuǎn)發(fā)器一起懸掛在展會(huì)大廳上方，外部包裝成一個(gè)衛(wèi)星模型。該模型距離地面上的兩架拋物面天線約20米。

為確定該系統(tǒng)能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)，需要各個(gè)環(huán)節(jié)都能滿足工作電平的要求。嚴(yán)格地說(shuō)，由于收發(fā)天線距離較近，不滿足遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)的要求，但仍可套用如公式（1）的無(wú)線傳輸?shù)墓β视?jì)算公式來(lái)計(jì)算，其結(jié)果還是具有參考意義的。

Pr=Pt+Gt+Gr-104πdλ21

式中，Pr為接收天線饋源輸出的功率，Pt為發(fā)射天線饋源的輸入功率，Gr為接收天線的增益，Gt為發(fā)射天線的增益，d為收發(fā)天線間的距離，λ為工作波長(zhǎng)。

由于距離較近，上行發(fā)射不需要功放，直接將上變頻器的輸出連接到地面上行天線的饋源上即可。將上變頻器的輸出調(diào)至5dBm，則利用公式（1）可計(jì)算出測(cè)試轉(zhuǎn)發(fā)器的入口電平：

Pr=5+33+8-104π×200.052=28dBm2

這一電平可以滿足測(cè)試轉(zhuǎn)發(fā)器的工作要求。

將測(cè)試轉(zhuǎn)發(fā)器的輸出電平調(diào)節(jié)為60dBm，則利用公式（1）可以算出接收天線LNB入口處的電平：

Pr=60+31+8-104π×200.0752=91.5dBm3

此電平顯然能夠滿足地面接收的電平要求。

整個(gè)接收試驗(yàn)圓滿成功，效果良好。以實(shí)物的形式向廣大參觀者形象地展示了衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)的工作狀況。

這次實(shí)驗(yàn)獲得成功后，筆者又在地面站進(jìn)行了其它幾組實(shí)驗(yàn)，如上行發(fā)射系統(tǒng)間的相互干擾、接收機(jī)的接收門限，兩個(gè)或三個(gè)載波同時(shí)發(fā)射時(shí)互調(diào)成份的測(cè)量，等等。做實(shí)驗(yàn)時(shí)是在遠(yuǎn)離機(jī)房的一間會(huì)議室里進(jìn)行的，嚴(yán)格地控制了發(fā)射電平并仔細(xì)地選擇試驗(yàn)頻率，避免對(duì)地面站的正常傳輸造成影響。

由于測(cè)試轉(zhuǎn)發(fā)器是一個(gè)500MHz的寬帶轉(zhuǎn)發(fā)器（這一點(diǎn)不同于實(shí)際的衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器），我們還根據(jù)這一特點(diǎn)，選擇兩個(gè)相距300MHz的頻率，進(jìn)行了雙向傳輸實(shí)驗(yàn)，也取得了滿意的效果。

與實(shí)際的衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器相比，測(cè)試轉(zhuǎn)發(fā)器的指標(biāo)較為一般，幅頻特性、噪聲指標(biāo)和多載波時(shí)的互調(diào)指標(biāo)也相對(duì)不高；在無(wú)線連接方式下使用時(shí)，由于距離較近，電波傳播不滿足遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)條件，雜散信號(hào)較強(qiáng)；再就是在室內(nèi)進(jìn)行測(cè)試，反射和多徑傳播會(huì)形成干擾。

作者簡(jiǎn)介：虢亦農(nóng)（1962），男，高級(jí)工程師，從事產(chǎn)品與環(huán)境試驗(yàn)/電子信息產(chǎn)品檢驗(yàn)；高彤鼎（1962），男，工程技術(shù)應(yīng)用研究員，從事廣播電視工程/衛(wèi)星電視傳輸。