卫星地球站电磁环境测试方法探析_下_

队园地Military World中国无线电 2007年第11期44图2 卫星工作指向接收信号测试系统3.2 接收测试系统灵敏度基本分析 电磁环境测试系统的性能分析，主要是分析其对微弱信号的接收能力，即测试系统灵敏度分析。

接收机噪声系数和灵敏度这两个参数是衡量接收机对微弱信号接收能力的两种表示方式，并且可相互转换。

接收机灵敏度是接收机在指定带宽下检测弱信号的能力，以μV或d B μV表示；而噪声系数是指接收机（或频谱仪）内部产生的附加噪声折合到输入端后与输入本身的理论热噪声之比，是无量纲参数，一般以dB为单位。

即： FN=NO/GNI （12）。

其中： FN为噪声系数； NI为输入理论热噪声功率，NI=kT0B，k是波尔兹曼常数，T0是室温的绝对温度，B是接收机有效噪声带宽； NO为输出噪声功率； G为电路系统增益。

由于电路的输出噪声除以增益一定是电路的等效噪声输入，所以N I×F N就是等效电路的输入噪声功率。

即：NIFN=kT0BFN。

在接收机应用中，k T0B FN表示接收机输入端的（接上期）3 电磁环境测试系统组成 和性能分析3.1 电磁环境测试系统基本组成 对卫星地球站站址进行电磁环境测试，主要包含对站址周边地面电磁环境测试和对卫星工作指向通信信号的接收测试两部分。

站址周边地面电磁环境测试重点是测试卫星工作频段的电磁环境情况，对C频段和K u频段地球站而言，重点是测试3.7GHz～4.2GHz、10.95GHz～11.2GHz、11.45GHz～11.7GHz、11.7GHz～12.2GHz等地球站接收的下行频段的电磁环境情况，并兼顾5.925G H z～6.425G H z、14G H z～14.5G H z发送的上行频段的电磁环境情况。

其电磁环境测试系统主要由标准喇叭天线、微波段通用低噪声放大器、H P8563E(或H P8593E)频谱分析仪、便携式计算机和打印机等设备组成，如图1所示。

图1 地面电磁环境测试系统 对卫星工作指向通信信号的接收测试主要是测试有标称经度、已在轨的C频段和K u频段卫星的下行接收信号，其测试系统主要由抛物面接收天线和对应专用馈源、高性能低噪声放大器、H P8563E(或H P8593E)频谱分析仪、便携式计算机和打印机等设备组成，如图2所示。

卫星地球站电磁环境测试方法探析 (下)■ 总参电磁频谱管理中心 沈国勤队园地Military World中国无线电 2007年第11期45噪声功率，信号电平必须超过此噪声功率。

若S/N=1，则输入信号功率等于kT0BFN。

如用对数形式表示则为： 10lg NI=10lg kT0B=-174+10lgB（dBm） =-174(dBm/Hz)=-144(dBm/kHz)=-124(dBm/100kHz) 。

若S/N=1，接收机噪声系数为NF=10lgFN，则接收机（或频谱仪）的灵敏度为： SN=10lgkT0B FN =-174+10lgFN（dBm/Hz） =-174+NF（dBm/Hz） =-124+NF（dBm/100kHz）。

H P8563E频谱仪噪声系数的典型值是25d B，则其接收灵敏度为： SN0=-174+25=-149（dBm/Hz） =-99（dBm/100kHz）。

但是应当注意，此表示式是频谱仪前端没有衰减条件下获得的，若前端衰减设置为10d B，则频谱仪灵敏度下降10d B。

由此可见，频谱分析仪的接收灵敏度计算值均没有达到地球站所要求的地面电磁环境测试和对卫星工作指向通信信号的接收测试的灵敏度要求。

因此，对于弱小信号的接收测试，需要在频谱仪前端增设低噪声放大器，这样可明显提高频谱仪接收系统的灵敏度。

3.3 地面电磁环境测试系统性能分析 在对卫星地球站站址周边地面电磁环境测试中，为提高测试系统灵敏度，须在频谱仪前端加装带通低噪声放大器，若低噪声放大器噪声系数是3dB，增益G=35dB，则测试系统在低噪声放大器输入端的噪声功率是： SN1=-174+3=-171（dBm/Hz） =-141（dBm/kHz） =-121（dBm/100kHz）。

进一步，计算低噪声放大器输出端噪声功率为： 10lgNo=10lgNI FN G=10lg kT0B FN+G = -171+35=-136（dBm/Hz） =-106（dBm/kHz） =-86（dBm/100kHz）。

此值大于H P8563E分析仪输入端噪声功率(-99 d B m/100k H z)，即此低噪声放大器的输出信号，HP8563E分析仪对其可正常接收。

因此，若S/N=1，则接收灵敏度等于带通低噪声放大器输入端的噪声功率电平：-121dBm/100kHz，此值小于地面所允许的干扰电平PI(φ)计算值-118.8(dBm)，再考虑接收测试天线的增益Gr=12dB(标准喇叭天线在KU频段的增益值)，则天线口面的系统灵敏度可达到-133dBm/100kHz，测试系统灵敏度计算值完全满足地球站所要求的地面电磁环境测试的灵敏度要求。

所以，图2所示配置，适合地球站地面电磁环境测试任务。

3.4 对卫星工作指向测试系统性能分析 对卫星工作指向通信信号的接收测试中，由于接收来自卫星的通信信号非常微弱，必须配置高灵敏度的地面接收测试系统才能接收卫星下行信号频谱。

在具体测试中，常由1米抛物面接收天线和专用馈源、高性能低噪声放大器组成卫星信号接收测试专用天馈系统。

以接收K U频段的鑫诺卫星为例，根据前面计算获知，使用口径1米抛物面测试天线的接收机输入端信号电平CPR=-119.5dBm/100kHz，即天线输出端口电平是-119.5dBm/100kHz。

下面分析计算接收系统的噪声功率，通常高性能低噪声放大器噪声系数≤2d B，增益G≥50d B，则测试系统在低噪声放大器输入端的噪声功率是： SN1=-174+2=-172(dBm/Hz)=-142(dBm/kHz)=-122(dBm/100kHz)。

噪声功率计算值仅小于卫星信号接收电平2.5d B，只能很有限地观测宽带卫星接收信号，但通信卫星都发送单频信标信号，此配置的接收测试系统能方便接收卫星信标信号，具体测试中需要知道卫星信标的工作频率。

进一步，只要低噪声放大器可以测量获得卫星下行信号，H P8563E频谱分析仪都能正常接收测试信号。

4 电磁环境测试方法4.1 站址周边地面电磁环境测试方法 站址周边地面电磁环境测试重点是测试卫星工作频段的电磁环境情况。

按图2所示连接各测试设备，组成工作在线性区的电磁环境测试系统。

测试天线高度应尽量接近实际地球站接收天线馈源点高度，天线架高不队园地Military World中国无线电 2007年第11期46应小于1.5米。

将标准喇叭测试天线置于0°仰角，在拟使用卫星的下行和上行频段范围内，按水平和垂直两种极化方式，分别从0°开始顺时针旋转天线至360°，对各个方向出现的干扰信号要测试记录，并存贮干扰信号源的测试频谱图。

结合站址的具体地形、地貌情况，将标准喇叭测试天线置于10°(或20°)仰角，重复上述测试过程。

并在卫星地球站预定工作方位±20°内，在±10°仰角内，重复上述测试过程，找出每个干扰信号源的最大值，记录并存贮测试频谱图。

选择最大干扰信号或离预定工作频段最近的干扰源，进行较长时间观测和重复测试，记录并存贮测试频谱图，另外还要选择不同时段重复上述测试。

对测量大容量、大口径天线或特殊用途的地球站的电磁环境时，还要测量地球站周边的中波、短波及超短波信号情况，限值要求按国标GB13615-92执行。

4.2 对卫星工作指向通信信号的接收测试方法 对卫星工作指向通信信号的接收测试主要是测试有标称经度、已在轨的C频段和K U频段卫星的下行接收信号，测试仅限C频段和K U频段的3.7G H z ～4.2G H z、10.95G H z～11.2G H z、11.45G H z～11.7GHz、11.7GHz～12.2GHz卫星下行工作频段。

测试天线架高应尽量接近实际地球站接收天线馈源点高度，天线架高不应小于1.5米。

由已在轨卫星的标称经度及相关地球站地理参数，计算确定测试天线的接收方位角和俯仰角，按要求设置测试天线方位和俯仰，天线极化方式设置成与接收信号相同的极化方式，设置卫星信标工作频率为频谱分析仪中心频率，选择小分辨率测量带宽，测量接收卫星信标信号，微调测试天线方位和俯仰，获得卫星信标信号的最大测试值，说明测试天线正对被测工作卫星。

改变频谱仪分辨率带宽，使其分辨率带宽尽量与卫星实际工作载波带宽相同，全频段(指卫星接收工作频段)测量卫星频谱信号，记录并存贮测量频谱图，并对可疑信号(个别可能来自地面或空间的、幅值高于卫星接收信号的窄带干扰信号)进行详细分析和测试，确定可疑信号的最大幅值和方向，若能判定是来自地面干扰信号，必须查明干扰源位置后，予以消除；若判定是来自空间的干扰信号，必须记录在案，并计算评估干扰信号对正常通信信号的影响程度。

然后，分别在对卫星工作指向方位±5°、俯仰±5°范围内进行全频段连续扫描测试，频谱仪工作在“最大频谱保持”方式，观察有无干扰信号出现，对出现的干扰信号，反复调节测试天线方位和俯仰角，选用正确极化,在频谱仪上读出干扰信号的最大电平值，并记录存贮测试频谱图。

然后改变天线馈源极化方式及选择不同时段重复上面的测试过程。

5 注意事项 地球站电磁环境测试是一项复杂的测试任务，它所涉及的测试系统复杂、信号计算分析复杂，并且主要是对弱小信号进行测试，测量精度要求高，承担测试任务一定要做到精心准备、认真测试。

本文对地球站电磁环境测试提出如下注意事项： ＊依据建站单位提供的建站要求和技术数据，搭建电磁环境测试系统，着重计算和检查测试系统灵敏度是否达到测试要求。

要在测试前对测试天线、低噪声放大器、馈线和频谱分析仪等测试设备的主要指标进行全面核准。

＊在测量弱小信号时，低噪声放大器的选用一定要谨慎。

低噪声放大器的放大增益和线性动态范围在技术指标上是相互制约的，通常低噪声放大器的输入三阶互调截点值低，一般在-50d B m左右，而且放大器选择性方面通常没有严格的指标要求，测试频段附近存在的大信号很容易使低噪声放大器产生非线性失真或自激，导致测试系统产生错误的虚假信号。

在实际测试中，首先要对站址周边的电磁环境，尤其是对大信号情况进行摸底测试，预测评估对测试系统的影响，并尽量选用射频选择性好的低噪声放大器。

＊在测试过程中一定要正确设置测试参数，确保测试系统、测试频谱分析仪工作在线性区。