比较法测量地球站系统品质因数(G-T)

14.2.1 比较法法测量地球站系统G/T 值

图14-6所示，为比较法测量地球站系统G/T 值的原理方框图。图中待测地球站的低噪声放大器（LNA ）为系统本身的设备，而标准增益喇叭的LNA 是一个性能参数已知的低噪声放大器。在实际工程测量中，通常待测站天线LNA 和标准喇叭的LNA 可用同一个低噪声放大器，用一台频谱分析仪测量即可；但是标准喇叭通常为高增益标准喇叭，以确保标准增益喇叭接收卫星信号的信噪比满足工程测量需求。

图14-6 比较法测量地球站G/T 的原理方框图

比较法测量地球站系统G/T 值的原理是：待测站系统G/T 值同标准增益喇叭系统G/T 进行比较，从而确定待测地球站系统G/T 值的方法。

当待测站天线对准卫星，且极化匹配时，频谱分析仪测量的卫星信标（或单载波下行信号）的归一化信噪比与G/T 的关系为：

0228.6P S X G C EIRP L A T N ⎛⎫=--+++ ⎪⎝⎭ （14-12） 式中：

G /T −待测地球站系统G/T 值(dB/K)；

EIRP −卫星信标或信号的等效各向同性辐射功率(dBW)；

(C /N 0)X −待测天线接收卫星信标或信号的归一化载噪比(dB/Hz)；

L P −卫星下行自由空间传播损耗(dB)；

A S −地理增益修正因子(dB)。

待测地球站 卫星

频谱分析仪

当标准增益喇叭天线对准卫星，且极化匹配时，标准增益喇叭系统(G /T )S 值与测量归一化载噪比(C /N 0)S 的关系为：

0228.6P S S S

G C EIRP L A T N ⎛⎫⎛⎫=--+++ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭ (14-13) 由式(14-12)和(14-13)可求得待测地球站系统G/T 为：

00S X S

G G C C T T N N ⎛⎫⎛⎫⎛⎫=+- ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭ (14-14) 式（14-14）就是比较法测量地球站系统G/T 的原理公式。该公式是在待测天线极化、标准增益喇叭天线极化均与卫星信号极化匹配的条件下获得的，当存在极化失配时，应考虑极化损失对测量结果的影响。通常有以下几种情况需要考虑：

第一情况：待测天线为圆极化，标准增益喇叭和卫星信号均为线极化，则此时比较法测量地球站系统G/T 值的原理公式为：

003S X S

G G C C T T N N ⎛⎫⎛⎫⎛⎫=+-+ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭ (14-15) 第二种情况：待测天线为圆极化，卫星信标或信号亦是圆极化，而标准增益喇叭天线为线极化，则此时比较法测量地球站系统G/T 值的原理公式为：

003S X S

G G C C T T N N ⎛⎫⎛⎫⎛⎫=+-- ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭ (14-16) 第三种情况：卫星信标或信号为圆极化，而待测天线和标准增益喇叭天线均为线极化，则此时G/T 值计算公式与(14-14)式相同。

比较法测量地球站系统G/T 值的方法程序如下：

第1步：按照图14-6所示，建立测量系统，系统的仪器设备加电预热，使仪器设备工作

正常；

第2步：利用卫星信标，驱动待测天线的方位和俯仰，使待测天线对准卫星，调准待测

天线极化与卫星信标极化匹配，此时频谱分析仪接收的卫星信标信号最大；

第3步：合理设置频谱分析仪的状态参数，例如设置频谱分析仪的分辨带宽RBW 为1kHz ，

视频带宽VBW 为30Hz ，扫频宽度SP AN 为20kHz ，扫描时间为2秒等。值得注

意的是在归一化载噪比测量中，频谱分析仪的射频衰减ATTEN 一定要设置为

0dB ，否则影响归一化载噪比的测量精度；

第4步：利用频谱分析仪的码刻∆和噪声功率测量功能，直接测量出待测天线接收卫星信

标的归一化载噪比的大小，用(C/N0)X表示；

第5步：将频谱分析仪接到标准增益喇叭天线上，调整标准增益喇叭的方位和俯仰，使标准增益喇叭天线对准卫星，且极化匹配，同理用频谱分析仪测量标准增益喇

叭天线接收卫星信标的归一化载噪比，用(C/N0)S表示；

第6步：由已校准的标准增益喇叭天线系统G/T值和测量的归一化载噪比，利用公式(14-14)计算待测地球站系统G/T值。

这里给出了某Ku波段6.2米地球站天线系统的G/T测量结果。图14-7为待测地球站接收中卫一号（87.5ºE）垂直极化信标的归一化载噪比测量结果，图14-8为标准增益喇叭接收中卫一号垂直极化信标的归一化载噪比测量结果。已知标准增益喇叭的增益为24.4dBi，标准喇叭所用的低噪声放大器的噪声温度为80K，标准喇叭系统的G/T为5.01dB/K。测量归一化载噪比时频谱分析仪状态参数设置如下：

频谱分析仪的分别带宽：RBW=1kHz

频谱分析仪的视频带宽：VBW=30Hz

频谱分析仪的扫描时间：SWP=2sec

频谱分析仪的扫频宽度：SP AN=20kHz

频谱分析仪的输入衰减：ATTEN=0dB

待测地球站系统G/T值测量结果如下：

标准增益喇叭系统的G/T值： 5.01 dB/K

待测天线测量的归一化载噪比：76.67 dB/Hz

标准喇叭测量的归一化载噪比：49.34 dB/Hz

待测地球站系统G/T值：32.34 dB/K

图14-7 待测站接收中卫一号垂直极化信标的归一化载噪比

图14-8 标准喇叭接收中卫一号垂直极化信标的归一化载噪比