衛(wèi)星通信課內(nèi)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、南京郵電大學(xué)通信與信息工程學(xué)院衛(wèi)星通信實(shí)驗(yàn)報(bào)告院 系 通信與信息工程學(xué)院 專 業(yè) 通信工程專業(yè) 班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 姓 名 實(shí)驗(yàn)一 地面站天線對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星的調(diào)整 實(shí)驗(yàn)二 天線方向圖測(cè)試 實(shí)驗(yàn)三 衛(wèi)星信號(hào)傳輸測(cè)試 實(shí)驗(yàn)四 天饋線駐波比和天線端口隔離度測(cè)試 衛(wèi)星通信技術(shù)實(shí)驗(yàn)室2013年10月21日實(shí)驗(yàn)一 地面站天線對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星的調(diào)整一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1掌握地面站天線對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星的調(diào)整方法2熟悉頻譜分析儀的調(diào)整和使用二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1調(diào)整地面站天線對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)衛(wèi)星2用頻譜分析儀測(cè)量衛(wèi)星信標(biāo)信號(hào)3計(jì)算天線極化隔離度三、實(shí)驗(yàn)原理1地面站天線對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星的方位角、仰角和極化角1) 方位角(AZ)：從接收點(diǎn)到衛(wèi)星的視線在接收點(diǎn)的水平面上

2、有一條正投影線，從接收點(diǎn)的正北方向開(kāi)始，順時(shí)針?lè)较蛑吝@條正投影線之間的角度稱為方位角。2) 仰角(EL)：從接收點(diǎn)仰望衛(wèi)星的視線于水平線構(gòu)成的夾角稱為仰角。3) 極化角(P )：極化角是由于接收天線所在地位置與衛(wèi)星所在軌位的經(jīng)度差及地球曲率的影響，而使天線饋源波導(dǎo)口相對(duì)于地面所形成的傾角。方位角、仰角和極化角的示意圖如圖1-1所示。 圖1-1 方位角、仰角、極化角示意圖 4）方位角、仰角、極化角計(jì)算公式方位角、仰角、極化角是由地面站天線的位置和同步軌道衛(wèi)星的位置確定的。設(shè)地面站經(jīng)度為e (東經(jīng)為正，西經(jīng)為負(fù))，緯度為e (北緯為正，南緯為負(fù))，衛(wèi)星經(jīng)度為s (東經(jīng)為正，西經(jīng)為負(fù))，方位以正北為

3、零，順時(shí)針?lè)较驗(yàn)檎?，利用靜止衛(wèi)星和地面站的幾何關(guān)系，可推出地面站天線對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星的方位角AZ、仰角EL和極化角P 的計(jì)算公式。當(dāng)?shù)孛嬲咎炀€位于北半球時(shí)，天線對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星的方位角、仰角、極化角計(jì)算公式為： （1-1） （1-2） （1-3）式中：Re 地球半經(jīng)（6378Km）；H同步衛(wèi)星距地球表面的高度（35786km）。2地面站天線的指向和極化角旋向的判定 天線的指向是由計(jì)算出來(lái)的方位角和仰角確定的，天線的極化旋向是由極化角確定的。一般情況下，方位角都是以正北方向?yàn)榛鶞?zhǔn)00，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)為正，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)為負(fù)。正東為900，正南為1800，正西為2700。方位角的確定方法：可分為AZ=1800、AZ180

4、0、AZ1800 三種情況。其指向示意圖1-2所示。圖1-2 方位角指向示意圖當(dāng)AZ =1800時(shí)，衛(wèi)星位于接收站的正南方，天線指向正南。當(dāng)AZ1800時(shí)，衛(wèi)星位于接收站的東南方，天線指向正南偏東的角度為1800-AZ。當(dāng)AZ1800時(shí)，衛(wèi)星位于接收站的西南方，天線指向正南偏西的角度為AZ-1800。仰角的確定方法：可分為EL=00，00EL900，EL=900 三種情況。其指向示意圖1-3所示。圖1-3 仰角指向示意圖 當(dāng)EL=00時(shí)，地面站天線的口面垂直于地面，當(dāng)EL=900時(shí)，地面站天線的口面平行于地面。極化角旋向的確定方法：也分為P0，P=0，P0三種情況。極化角調(diào)整示意圖如圖1-4所

5、示。圖1-4是當(dāng)?shù)孛嬲疚挥诒卑肭驎r(shí)，觀察者面向靜止衛(wèi)星時(shí)天線極化角的調(diào)整示意圖。圖中列出的是水平極化的情況。垂直極化的調(diào)整方法與此相同。 P0 P=0 P0圖1-4 極化角調(diào)整示意圖當(dāng)極化角P=0時(shí)，接收站與衛(wèi)星同經(jīng)度，其極化為理想的水平極化或垂直極化。當(dāng)極化角P0時(shí)，天線極化要左旋。所謂左旋，是指觀測(cè)者面向靜止衛(wèi)星，左手拇指指向衛(wèi)星時(shí)，其余四指握轉(zhuǎn)的旋向。當(dāng)極化角P0時(shí)，天線極化要右旋。所謂右旋，是指觀測(cè)者面向靜止衛(wèi)星，右手拇指指向衛(wèi)星時(shí)，其余四指握轉(zhuǎn)的旋向。3地面站天線對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星的方位角、仰角和極化角調(diào)整天線對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星的調(diào)整，主要是調(diào)整天線對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星的方位角、仰角和極化角。調(diào)整方位角、仰角是使天

6、線對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星，調(diào)整極化角是使天線極化與衛(wèi)星發(fā)射波的極化相匹配，接收信號(hào)最大。1）天線方位角調(diào)整首先用羅盤或指南針找到正南方，再調(diào)整天線方位調(diào)整裝置使天線正對(duì)正南方。如果計(jì)算的方位角AZ大于1800，則調(diào)整天線向正南偏西轉(zhuǎn)動(dòng)AZ-1800。如果AZ小于1800，則調(diào)整天線向正南偏東方向轉(zhuǎn)動(dòng)1800-AZ。2）天線仰角調(diào)整首先調(diào)整天線仰角調(diào)整裝置，再用羅盤儀量出仰角，直至天線仰角等于仰角的理論計(jì)算值。3）天線極化角調(diào)整（1）極化的概念衛(wèi)星信號(hào)的極化有線極化和圓極化兩大類。當(dāng)電場(chǎng)矢量的指向隨時(shí)間的變化始終是一條直線時(shí)，稱為線極化（包括水平極化和垂直極化）。當(dāng)電場(chǎng)矢量的指向隨時(shí)間的變化是一個(gè)圓時(shí)，稱為圓

7、極化（包括左旋圓極化和右旋圓極化）。（2）衛(wèi)星發(fā)射極化波的極化定義衛(wèi)星發(fā)射極化波的極化定義是以衛(wèi)星軸系為基準(zhǔn)的。衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)軌跡近似為圓。當(dāng)電場(chǎng)矢量方向與衛(wèi)星所在點(diǎn)的圓的切線方向一致時(shí)，衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)為水平極化。當(dāng)電場(chǎng)矢量方向與衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)軌道平面垂直時(shí)，衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)為垂直極化。（3）地面站天線的極化定義地面站天線的極化定義是以衛(wèi)星接收點(diǎn)的地平面為基準(zhǔn)的。當(dāng)電場(chǎng)矢量方向平行于地面時(shí)，為水平極化波。電場(chǎng)矢量方向垂直于地面時(shí)，為垂直極化波。天線雙工器的接收和發(fā)送都是矩形波導(dǎo)。在矩形波導(dǎo)中，電場(chǎng)矢量的方向是垂直于波導(dǎo)寬邊的。當(dāng)矩形波導(dǎo)窄邊平行于地平面時(shí)，電場(chǎng)也平行于地面，定義為水平極化，傳輸?shù)氖撬綐O化波

8、。當(dāng)矩形波導(dǎo)的窄邊垂直于地面時(shí)，電場(chǎng)也垂直于地面，定義為垂直極化，傳輸?shù)氖谴怪睒O化波。（4）極化角的調(diào)整地面站天線的極化調(diào)整通常指的是線極化天線的極化調(diào)整。當(dāng)天線接收極化方向與衛(wèi)星發(fā)射波極化方向一致時(shí)，接收的衛(wèi)星信號(hào)最大。當(dāng)天線接收極化方向與衛(wèi)星發(fā)射波極化方向不一致時(shí)，接收的衛(wèi)星信號(hào)會(huì)變小，產(chǎn)生極化損失。當(dāng)天線接收極化方向與衛(wèi)星發(fā)射波極化方向正交時(shí)，幾乎收不到衛(wèi)星信號(hào)，極化損失最大。因?yàn)?，只要天線的極化方向與衛(wèi)星發(fā)射波的極化方向不一致，就會(huì)產(chǎn)生極化失配，極化失配不但會(huì)導(dǎo)致接收功率下降，還會(huì)在雙線極化系統(tǒng)中產(chǎn)生交叉極化干擾。所以，必須調(diào)整極化角。調(diào)整極化角的目的就是使天線接收極化與衛(wèi)星發(fā)射波的極

9、化方向一致，接收信號(hào)最大，減小在雙線極化系統(tǒng)中產(chǎn)生交叉極化干擾。調(diào)整極化角，就是將天線饋源旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，使天線接收極化與衛(wèi)星發(fā)射波極化相匹配。（5）地面站天線極化調(diào)整原理 地面站天線極化調(diào)整常用的方法有最大值法和最小值法。其原理分別為： 最大值法：首先調(diào)整天線對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星，再用頻譜分析儀接收衛(wèi)星信標(biāo)信號(hào)。調(diào)整待測(cè)天線雙工器的極化角，使頻譜儀接收的信號(hào)電平最大，即天線極化與衛(wèi)星極化一致。由于線極化饋源的近峰值角度范圍比谷值寬，因此確定峰值點(diǎn)的最好方法是：找出比峰值下降3dB點(diǎn)的位置，然后利用插入法找出峰值點(diǎn)，確定峰值位置，在峰值位置上接收的信號(hào)電平最大。最小值法：該方法的出發(fā)點(diǎn)是調(diào)整待測(cè)天線極化與衛(wèi)

10、星極化正交，使天線接收的信號(hào)電平最小，然后將天線極化旋轉(zhuǎn)900，使地面站天線極化方向與衛(wèi)星來(lái)波極化方向一致，從而達(dá)到極化匹配的目的。四、實(shí)驗(yàn)儀器及實(shí)驗(yàn)框圖本實(shí)驗(yàn)采用Ku頻段0.9米便攜站天線對(duì)星調(diào)整。實(shí)驗(yàn)原理框圖如圖1-5所示：圖1-5 便攜站天線對(duì)星調(diào)整原理框圖。圖中：衛(wèi)星用來(lái)向地面站發(fā)送信標(biāo)信號(hào)。衛(wèi)星信標(biāo)信號(hào)是表征衛(wèi)星存在和特征的一種特殊信號(hào)，是由衛(wèi)星發(fā)射的一個(gè)頻率和幅度固定的信號(hào)。信標(biāo)信號(hào)主要用于地面站天線對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星的調(diào)整和自動(dòng)跟蹤，為地面站搜索、測(cè)量、跟蹤衛(wèi)星提供依據(jù)。天線用來(lái)接收衛(wèi)星信標(biāo)信號(hào)，雙工器將接收信號(hào)和發(fā)射信號(hào)分開(kāi)，保證收發(fā)互不干擾。LNB是低噪聲下變頻器，將接收下來(lái)的衛(wèi)星信標(biāo)

11、信號(hào)進(jìn)行低噪聲放大和下變頻。直流電源給LNB供電，使LNB正常工作。頻譜儀用來(lái)測(cè)量衛(wèi)星信標(biāo)信號(hào)電平的大小，確定天線是否準(zhǔn)確對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星。用頻譜儀測(cè)量衛(wèi)星信標(biāo)信號(hào)時(shí)，要設(shè)置頻譜儀的工作頻率。頻譜儀工作頻率 = 衛(wèi)星信號(hào)下行頻率一LNB本振頻率。 LNB本振頻率為：11.3 GHz。天線伺服控制器用來(lái)調(diào)整天線對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星。選定目標(biāo)衛(wèi)星后，天線伺服控制器根據(jù)衛(wèi)星的經(jīng)度和天線所在地的經(jīng)緯度，自動(dòng)算出天線對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星的方位角、仰角和極化角，驅(qū)動(dòng)方位、俯仰和極化電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，使天線對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星。 五、實(shí)驗(yàn)步驟 1按圖1-5連接測(cè)量系統(tǒng)，并使系統(tǒng)工作正常。 2確定目標(biāo)衛(wèi)星和信標(biāo)信號(hào)，目標(biāo)衛(wèi)星選鑫諾一號(hào)，信標(biāo)信號(hào)選垂直極化，頻率

12、為12.260GHz。 3設(shè)置頻譜儀工作頻率為衛(wèi)星下行頻率一LNB本振頻率=12.26 GHz -11.3 GHz = 960MHz。 4調(diào)整天線伺服控制器對(duì)星調(diào)整參數(shù)使天線對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星 41調(diào)整方位角，使頻譜儀接收的信號(hào)電平最大，此時(shí)，天線在方位方向上準(zhǔn)確對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星。 42調(diào)整俯仰角，使頻譜儀接收的信號(hào)電平最大，此時(shí)，天線在俯仰方向上準(zhǔn)確對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星。43調(diào)整極化角，使頻譜儀接收的信號(hào)電平最大，此時(shí)，天線極化與衛(wèi)星發(fā)射波極化相匹配。 5用頻譜儀測(cè)量正極化（垂直極化）衛(wèi)星信標(biāo)信號(hào)，記錄測(cè)試電平。 6用頻譜儀測(cè)量反極化（饋源旋轉(zhuǎn)900后再測(cè)垂直極化）衛(wèi)星信標(biāo)信號(hào)，記錄測(cè)試電平。7計(jì)算天線極化隔離度。天線極

13、化隔離度等于天線接收的正極化信號(hào)電平天線接收的反極化信號(hào)電平，單位為dB。六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1-1所示：表1-1天線對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星調(diào)整測(cè)試數(shù)據(jù)表實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備Agilent E4408B頻譜分析儀Ku頻段0.9米便攜式衛(wèi)星通信地球站設(shè)備天線對(duì)準(zhǔn)的衛(wèi)星衛(wèi)星名稱： 鑫諾一號(hào)經(jīng)度：110.50E/天線所在地經(jīng)緯度經(jīng)度： 118.780緯度：32.040/天線對(duì)星角度AZ： 195.30EL： 52.10P：-12.960頻譜儀測(cè)量衛(wèi)星信標(biāo)信號(hào)衛(wèi)星信標(biāo)極化方式垂直極化/衛(wèi)星信標(biāo)頻率 (GHz)12.26/LNB本振頻率 (GHz)11.30/頻譜儀工作頻率 (GHz)0.96/正極化信標(biāo)

14、信號(hào)電平(dBm)-69.75/反極化信標(biāo)信號(hào)電平(dBm)-93.88/天線極化隔離度 (dB)24.13/七、思考題1地面站天線對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星的調(diào)整主要調(diào)整什么？ 答：方位角、仰角、極化角 2怎樣確定地面站天線對(duì)準(zhǔn)了目標(biāo)衛(wèi)星？答：由天線所在地的經(jīng)度、緯度以及衛(wèi)星的經(jīng)度可算出天線對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星的方位角、仰角和極化角。3為什么要調(diào)整天線極化？答：極化角是指由于接收天線所在地位置與衛(wèi)星所在地經(jīng)度差的加大及地球曲率的影響，而使天線饋源波導(dǎo)口相對(duì)于地面所形成的傾角。4天線雙工器接收端口矩形波導(dǎo)的窄邊平行于地平面時(shí)，接收的是什么極化的衛(wèi)星信標(biāo)信號(hào)？答：垂直極化實(shí)驗(yàn)二 天線方向圖測(cè)量一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1掌握天線方向圖的

15、測(cè)量原理和方法 2掌握頻譜分析儀的調(diào)整和使用方法二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1利用衛(wèi)星信標(biāo)測(cè)量天線接收方位方向圖和俯仰方向圖 2利用所測(cè)方向圖求出主瓣電平、副瓣電平、3dB波束寬度、10dB波束寬度和天線接收增益。 三、實(shí)驗(yàn)原理天線方向圖是用圖示的方法表示天線輻射能量在空間的分布的圖形。天線方向圖測(cè)量是天線最重要的、最基本的電參數(shù)測(cè)量。1天線方向圖測(cè)量原理本實(shí)驗(yàn)采用衛(wèi)星信標(biāo)法測(cè)量便攜站天線的接收方向圖。測(cè)量原理如圖2-1所示：圖2-1 衛(wèi)星信標(biāo)法測(cè)量天線接收方向圖的原理框圖設(shè)衛(wèi)星的各向同性輻射功率為EIRPS（dBW），下行空間傳播總損耗為L(zhǎng)DOWN（dB），LNB低噪聲放大器的增益為GLNB（dB），待測(cè)

16、天線的接收增益為GR（）（dBi）(為天線偏離波束中心的角度，等于零表示天線在最大方向上的增益)，射頻電纜的傳輸損耗為L(zhǎng)RF（dB），雙工器接收支路損耗為L(zhǎng)（dB），則到達(dá)天線口面的功率電平P（dBm）為： （2-1）進(jìn)入頻譜分析儀的功率電平Pmea（）為： （2-2） 式（2-2）是衛(wèi)星信標(biāo)法測(cè)量天線接收方向圖的原理公式。Pmea（）是頻譜儀測(cè)量的RF信號(hào)電平。當(dāng)待測(cè)天線對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星時(shí)，GR（）最大，即Pmea（）最大。當(dāng)待測(cè)天線偏離波束中心時(shí)，GR（）發(fā)生變化，此時(shí)頻譜儀測(cè)量的RF信號(hào)功率也隨著變化，利用頻譜儀的跡線功能，記錄天線運(yùn)動(dòng)軌跡，即為測(cè)量的待測(cè)天線方向圖。2天線方向圖的主瓣、副瓣、3

17、dB波束寬度、10dB波束寬度天線方向圖的主瓣、副瓣、3dB波束寬度如圖2-2所示：方向圖中有許多波瓣，輻射強(qiáng)度最大的波瓣稱為主瓣，其余的波瓣稱為副瓣或旁瓣，主瓣旁的第一個(gè)波瓣叫第一旁瓣。第一旁瓣電平要求低于主瓣電平14dB以上。在主瓣最大輻射方向兩側(cè)，輻射強(qiáng)度降低3 dB的兩點(diǎn)間的夾角定義為3 dB波束寬度，輻射強(qiáng)度降低10dB的兩點(diǎn)間的夾角定義為10dB波束寬度。 天線方向圖的波瓣寬度越窄，天線的增益越高，方向性越好，作用距離越遠(yuǎn)，抗干擾能力越強(qiáng)。 圖2-2 天線方向圖示意圖3方位方向圖方向角的修正在方位方向圖測(cè)量中，要考慮方位角的修正。因?yàn)樘炀€方位方向圖中的方位角是空間方位平面指向角，而

18、天線方位角顯示器上顯示的角度是水平面內(nèi)的方位角，這兩個(gè)角度不一樣，其差值隨著仰角的變化而變化，所以，在測(cè)量方位方向圖時(shí)，要進(jìn)行方位角修正。方位角的修正公式為： （2-3）式中：EL天線對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星時(shí)的仰角（0）； AZ天線未修正時(shí)的方位角，即要求天線轉(zhuǎn)動(dòng)的角度（0）； 天線修正后的方位角（0）。43dB波束寬度、10dB波束寬度計(jì)算公式3dBBW 方向圖中3dB波束寬度處的寬度秒數(shù)×天線轉(zhuǎn)動(dòng)速度 (度) （2-4）10dBBW 方向圖中10dB波束寬度處的寬度秒數(shù)×天線轉(zhuǎn)動(dòng)速度 (度) （2-5）5天線增益計(jì)算公式根據(jù)EIA標(biāo)準(zhǔn)，天線增益采用3dB、10dB波束帶寬方法計(jì)算。

19、（2-6）式中：G 為待測(cè)天線增益 （dBi）AZ3dBBW 天線方位方向圖的3dB波束寬度 ( 0 )；EL3dBBW 天線俯仰方向圖的3dB波束寬度 ( 0 )；AZ10dBBW 天線方位方向圖的10dB波束寬度 ( 0 )；EL10dBBW 天線俯仰方向圖的10dB波束寬度 ( 0 )；Loss 天線饋源網(wǎng)絡(luò)的插入損耗 ( dB)，接收支路Loss=0.35dB， (實(shí)驗(yàn)測(cè)得)； f 為衛(wèi)星信號(hào)下行頻率 (GHz)；rms為拋物面天線表面精度，單位inch。計(jì)算時(shí)rms取0.5mm，則： 四、實(shí)驗(yàn)儀器及實(shí)驗(yàn)框圖 實(shí)驗(yàn)儀器及實(shí)驗(yàn)框圖如圖2-1所示： 五、實(shí)驗(yàn)步驟 1按圖2-1連接測(cè)量系統(tǒng)，

20、使儀器設(shè)備工作正常。2調(diào)整天線對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)衛(wèi)星1）調(diào)整天線伺服控制器方位和俯仰調(diào)整裝置，驅(qū)動(dòng)天線方位和俯仰電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，使天線對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)衛(wèi)星。2）調(diào)整天線伺服控制器極化調(diào)整裝置，驅(qū)動(dòng)極化電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，使天線極化與衛(wèi)星極化匹配。此時(shí)，天線處于波束中心，接收信號(hào)電平最大，記錄該信號(hào)電平（作為天線再對(duì)波束中心的參考）。3設(shè)置頻譜儀工作狀態(tài)，測(cè)量天線接收（方位、俯仰）方向圖1）固定待測(cè)天線仰角不動(dòng)，測(cè)量天線接收方位方向圖驅(qū)動(dòng)待測(cè)天線方位從波束中心逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)-200。再驅(qū)動(dòng)待測(cè)天線從左向右順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，通過(guò)待測(cè)天線波束中心后到達(dá)+200位置停止。頻譜儀實(shí)時(shí)記錄待測(cè)天線的方位方向圖，將所測(cè)方位方向圖編號(hào)存入頻譜儀。2

21、）固定待測(cè)天線方位不動(dòng)，測(cè)量天線接收俯仰方向圖先將待測(cè)天線回到波束中心，使天線重新對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星，檢查天線處于波束中心的電平值是否相同。驅(qū)動(dòng)待測(cè)天線俯仰從波束中心向下轉(zhuǎn)動(dòng)-200。再驅(qū)動(dòng)待測(cè)天線從下向上轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)待測(cè)天線波束中心后到達(dá)+200位置停止。頻譜儀實(shí)時(shí)記錄待測(cè)天線的俯仰方向圖，將所測(cè)俯仰方向圖編號(hào)存入頻譜儀。3）利用頻譜儀碼刻功能，用手工方法對(duì)所測(cè)方位方向圖和俯仰方向圖進(jìn)行處理，分別獲得待測(cè)天線接收方位方向圖和俯仰方向圖的主瓣電平、副瓣電平、3dB波束寬度（s）、l0dB波束寬度（s）圖。并將所測(cè)方向圖從頻譜儀輸入到計(jì)算機(jī)，再取出來(lái)貼到實(shí)驗(yàn)報(bào)告中的 圖2-3和 圖2-4。4）根據(jù)所測(cè)方向圖

22、數(shù)據(jù)，計(jì)算3 dB波束寬度（度）、10dB波束寬度（度）和天線接收增益G。5）將測(cè)試數(shù)據(jù)記于表2-1。六、測(cè)量圖形與測(cè)量數(shù)據(jù)天線方向圖的測(cè)試圖如圖2-3、2-4所示，測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表2-1，其中：圖2-3（1）、（2）、（3）、（4）為方位方向圖的主瓣電平、副瓣電平、3dB波束寬度、10dB波束寬度圖。圖2-4（1）、（2）、（3）、（4）為俯仰方向圖的主瓣電平、副瓣電平、3dB波束寬度、10dB波束寬度圖。 2-3（1） 垂直極化 信標(biāo)信號(hào) 方位 主瓣電平圖 2-3（2） 垂直極化 信標(biāo)信號(hào) 方位 副瓣電平圖 2-3（3）垂直極化 信標(biāo)信號(hào) 方位 3dB波束寬度圖2-3（4）垂直極化 信標(biāo)信號(hào)

23、方位 10dB波束寬度圖圖2-3 （1）（2）（3）（4） 方位方向圖2-4（1）垂直極化 信標(biāo)信號(hào) 俯仰 主瓣電平圖2-4（2）垂直極化 信標(biāo)信號(hào) 俯仰 副瓣電平圖2-4（3）垂直極化 信標(biāo)信號(hào) 俯仰 3dB波束寬度圖2-4（4）垂直極化 信標(biāo)信號(hào) 俯仰 10dB波束寬度圖圖2-4 （1）（2）（3）（4）俯仰方向圖表2-1 天線接收方向圖測(cè)試數(shù)據(jù)表表實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備Agilent E4408B頻譜分析儀Ku頻段 0.9米便攜式衛(wèi)星通信地球站設(shè)備天線對(duì)準(zhǔn)的衛(wèi)星衛(wèi)星名稱：鑫諾一號(hào)經(jīng)度：110.50 E/天線所在地經(jīng)緯度（度）經(jīng)度： 118.780緯度：32.040/天線對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星角度

24、（波束中心）AZ： 195.3 0EL： 52.10P：-12.960頻譜儀測(cè)試波束中心衛(wèi)星信標(biāo)信號(hào)電平衛(wèi)星信標(biāo)極化方式垂直極化/衛(wèi)星信標(biāo)頻率GHz 12.26/LNB本振頻率GHz11.30/頻譜儀工作頻率GHz0.9601/頻譜儀接收電平dBm-69.75/天線仰角及轉(zhuǎn)動(dòng)范圍（不修正）仰角EL = 52.10轉(zhuǎn)動(dòng)范圍：EL±200 =400/天線方位角及轉(zhuǎn)動(dòng)范圍（未修正）方位角AZ = 195.3 0轉(zhuǎn)動(dòng)范圍：AZ±200 =400 /天線方位角及轉(zhuǎn)動(dòng)范圍（修正后）當(dāng)AZ=400，EL=52.10時(shí)，AZ=24.260實(shí)測(cè)天線方向圖圖（1）圖（2）圖（3）圖（4）天線轉(zhuǎn)

25、速3dB10dBG主瓣電平(dBm)副瓣電平(dB)3dB寬度(sec)10dB寬度(sec)轉(zhuǎn)動(dòng)角度/轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間度/(sec)波束帶寬(度)波束帶寬(度)天線增益(dBi)方位角未修正方位方向圖-69.58-21.667201230400/12s24004100-21.0俯仰方向圖-69.5-21.1580.5967.5400/12.8s1814.13023.4方位角修正后方位方向圖-69.58-21.667201230AZ/12 s1455.62486.7-13.9俯仰方向圖-69.5-21.1580.5967.5400/12.8s1814.13023.4七、思考題1利用衛(wèi)星信標(biāo)法，能否測(cè)量

26、地面站天線的發(fā)射方向圖?答：否，只能測(cè)量地面站天線的接收方向圖。2天線方向圖中的第一副瓣電平高了會(huì)產(chǎn)生什么影響?答：影響天線方向性，降低了天線抗干擾能力。3天線方向圖中波束寬度的寬與窄，表明了什么？答：表面了波束寬度處的寬度秒數(shù)×天線轉(zhuǎn)動(dòng)速度的乘積大小。4利用衛(wèi)星信標(biāo)法測(cè)量天線接收方向圖時(shí)，頻譜儀的動(dòng)態(tài)范圍主要受哪紫因素的限制？答：受到天線方向圖的主瓣電平、副瓣電平、3dB波束寬度、l0dB波束寬度影響。實(shí)驗(yàn)三 衛(wèi)星信號(hào)傳輸測(cè)試一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成及其工作原理。2掌握便攜式、固定式衛(wèi)星通信地面站的設(shè)備組成。3掌握衛(wèi)星通信地面站發(fā)送和接收參數(shù)的設(shè)置和調(diào)整。4掌握、誤碼率

27、和接收信號(hào)頻譜的測(cè)量方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1安裝調(diào)整便攜式、固定式衛(wèi)星通信地面站設(shè)備，并使其工作正常。 2調(diào)整便攜式、固定式衛(wèi)星通信地面站天線對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)衛(wèi)星（鑫諾一號(hào)）。 3利用衛(wèi)星鏈路在便攜式、固定式兩個(gè)地面站之間傳輸業(yè)務(wù)信號(hào)。 4按要求調(diào)整便攜站、固定站的發(fā)送和接收參數(shù)，使衛(wèi)星通信系統(tǒng)處于最佳工作狀態(tài)。 5測(cè)試不同傳輸速率下，便攜站發(fā)、固定站收的、誤碼率和接收信號(hào)頻譜。三、實(shí)驗(yàn)原理1衛(wèi)星通信實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的組成及其主要部件作用圖3-1是實(shí)驗(yàn)用的一種簡(jiǎn)單的衛(wèi)星通信系統(tǒng)，它由一顆衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器，兩個(gè)地面站和上行線路、下行線路組成，并構(gòu)成衛(wèi)星鏈路，進(jìn)行衛(wèi)星業(yè)務(wù)信號(hào)的傳輸測(cè)試。衛(wèi)星通信系統(tǒng)一般由空間段和地面段組成

28、。空間段包含一顆或幾顆衛(wèi)星，地面段由多個(gè)地面站組成。1) 衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器是一個(gè)建立在空中的微波中繼站。衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器由天線、雙工器、接收設(shè)備、變頻器和發(fā)射設(shè)備組成。作用是將地面站發(fā)來(lái)的上行信號(hào)進(jìn)行低噪聲放大，變頻，再經(jīng)功率放大后發(fā)送到其他地面站。2) 上行線路、下行線路 在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，從發(fā)射地面站到衛(wèi)星的這一段線路稱為上行線路，從衛(wèi)星到接收地面站的這一段線路稱為下行線路。上行線路、下行線路都是電磁波的傳播空間，電磁波將通信衛(wèi)星和地面站連接起來(lái)構(gòu)成衛(wèi)星通信鏈路，完成衛(wèi)星通信的長(zhǎng)途傳輸任務(wù)。地面站將信號(hào)發(fā)送到衛(wèi)星所采用的頻率稱為上行頻率、衛(wèi)星將信號(hào)發(fā)送到地面站所采用的頻率稱為下行頻率。因?yàn)樯?/p>

29、行信號(hào)和下行信號(hào)所走的路徑是相同的，而且收發(fā)共用同一副天線，為使收發(fā)信號(hào)互不干擾，地面站上發(fā)射頻率和接收頻率是不一樣的，一般上行頻率高于下行頻率。實(shí)驗(yàn)中，地面站的發(fā)射頻率為14.0014.5GHz，接收頻率為12.2512.75GHz。 Ku頻段0.9米天線便攜式衛(wèi)星通信地面站 Ku頻段1.2米天線固定式衛(wèi)星通信地面站圖3-1 衛(wèi)星通信實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)原理框圖3） 衛(wèi)星通信地面站衛(wèi)星通信地面站是衛(wèi)星通信系統(tǒng)中設(shè)置在地面上的通信終端站，用戶通過(guò)地面站接入衛(wèi)星通信線路，進(jìn)行衛(wèi)星通信。地面站的作用是向衛(wèi)星發(fā)送和接收來(lái)自衛(wèi)星的各種信號(hào)。地面站上主要設(shè)備的作用是：(1) 天饋線天饋線由天線、饋線、雙工器、天線伺

30、服控制器等部分組成。天線用來(lái)向衛(wèi)星發(fā)射信號(hào)，同時(shí)接收來(lái)自衛(wèi)星的信號(hào)。雙工器將地面站的接收信號(hào)和發(fā)射信號(hào)分開(kāi)、保證接收信號(hào)和發(fā)射信號(hào)互不干擾。天線伺服控制器用來(lái)調(diào)整天線對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星，并對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行高精度跟蹤。(2) BUCBUC是上變頻功率放大器，其任務(wù)是將調(diào)制器送來(lái)的中頻信號(hào)上變頻和功率放大，由天線發(fā)到衛(wèi)星。(3) LNBLNB是低噪聲下變頻器，其任務(wù)是將接收的衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行低噪聲放大和下變頻，再送解調(diào)器解調(diào)。(4) 衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器工作在L頻段，主要對(duì)發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行信道編碼(完成擾碼、差分編碼、前向糾錯(cuò)編碼)和調(diào)制，對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行解調(diào)和信道譯碼（完成前向糾錯(cuò)譯碼、差分解碼、去擾碼）。并測(cè)出

31、誤碼率和Eb/N0。2信號(hào)流程1）便攜站發(fā)固定站收在便攜站上，用戶IP電話信號(hào)（或其他信號(hào)）經(jīng)以太網(wǎng)交換機(jī)送到衛(wèi)星調(diào)制器進(jìn)行調(diào)制變成已調(diào)中頻（0.95-1.45GHz）信號(hào)。此中頻信號(hào)經(jīng)BUC變成上行頻率（14.00-14.50 GHz）信號(hào)，再經(jīng)功率放大器放大后由天線發(fā)送到衛(wèi)星。衛(wèi)星收到地面站發(fā)來(lái)的上行頻率（14.00-14.50 GHz）信號(hào)后，首先進(jìn)行低噪聲放大，然后進(jìn)行變頻，將上行頻率 (14.00-14.50 GHz) 信號(hào)變成下行頻率（12.25-12.75 GHz）信號(hào)，再經(jīng)功率放大后將信號(hào)發(fā)送到固定式地面站。固定式地面站收到衛(wèi)星下行頻率（12.25-12.75 GHz）信號(hào)后，

32、進(jìn)入LNB進(jìn)行低噪聲放大和下變頻，將下行頻率（12.25-12.75 GHz）信號(hào)變成中頻（0.95-1.45GHz）信號(hào)。此中頻信號(hào)經(jīng)功分器分成兩路：一路送衛(wèi)星解調(diào)器進(jìn)行解調(diào)，解調(diào)后的信號(hào)經(jīng)以太網(wǎng)交換機(jī)送到IP電話用戶。同時(shí)從衛(wèi)星解調(diào)器上讀出和誤碼率。 另一路信號(hào)送至頻譜分析儀，通過(guò)調(diào)整頻譜分析儀測(cè)出衛(wèi)星下行信號(hào)的頻譜。2）固定站發(fā)便攜站收 固定站發(fā)便攜站收的過(guò)程與上述一樣。四、實(shí)驗(yàn)框圖及儀器 實(shí)驗(yàn)框圖及儀器如圖3-1所示：五、實(shí)驗(yàn)步驟 （本實(shí)驗(yàn)用便攜站發(fā)固定站收測(cè)試）1按圖3-1連接測(cè)量系統(tǒng)，并使系統(tǒng)工作正常。2調(diào)整便攜站、固定站天線對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)衛(wèi)星（鑫諾一號(hào)）。3調(diào)整便攜站衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器，

33、Modem發(fā)送模塊設(shè)置如下：Config->Remote->Local進(jìn)入本地配置模式Config->Tx進(jìn)入發(fā)送模塊配置菜單（1）FEC（前向糾錯(cuò)碼）：Viterbit，TPC等；（2）Mod（調(diào)制方式）：BPSK,QPSK,OQPSK等；（3）Code（編碼效率）：1/2、3/4、21/44等；（4）Data（信息速率）：2.4kbps5Mbps（5）Frq（發(fā)送頻率）：950MHz1450MHz，調(diào)整步長(zhǎng)為100Hz；（6）On/Off（載波發(fā)送開(kāi)關(guān)）（7）Pwr（激勵(lì)電平）：-40dBm0dBm，BUC的輸入激勵(lì)；（8）Scram（擾碼方式）：Default-On、I

34、ESS-315-No、Off；（9）Clk（發(fā)送時(shí)鐘源）：Int、Ext、Loop-Timed；（10）Inv（頻譜反轉(zhuǎn)）4調(diào)整固定站衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器， Modem接收模塊設(shè)置如下：Config->Remote->Local進(jìn)入本地配置模式Config>Rx進(jìn)入接收模塊配置菜單（1）FEC（前向糾錯(cuò)碼）：Viterbit，TPC等；（2）Dem（解調(diào)方式）：BPSK,QPSK,OQPSK等；（3）Code（編碼效率）：1/2、3/4、21/44等；（4）Data（信息速率）：2.4kbps5Mbps；（5）Frq（接收頻率）：950 MHz1450MHz，調(diào)整步長(zhǎng)為100Hz；

35、（6）Acq（解調(diào)捕獲范圍）：-/+1kHz to -/+200kHz（7）Descram（解擾方式）：Default-On、IESS-315-No、Off；（8）Buf（接收緩沖）：Default-On、IESS-315-No、Off；（9）Inv（頻譜反轉(zhuǎn)）（10）Eb/N0（信噪門限）：接收信噪比低于此值將產(chǎn)生業(yè)務(wù)中斷。5用固定站衛(wèi)星解調(diào)器測(cè)試誤碼率、信噪比，用頻譜分析儀測(cè)出接收信號(hào)頻譜（1）按步驟3、4配置好發(fā)送、接收參數(shù)；（注意發(fā)送、接收參數(shù)必須匹配，否則不能解調(diào)）（2）BUC加電：Config->ODU->BUC->DC-Power選擇為On；->10MHz

36、選擇為On（3）LNB加電：Config->ODU->LNB->DC-Voltage選擇為18V；->10MHz選擇為On（4）查看Modem接收解調(diào)信息（誤碼率、信噪比）：Moniter->Rx Parameters （5）在發(fā)端調(diào)制器上設(shè)置數(shù)據(jù)速率分別為256Kbps、1024kbps、2048kbps。在收端解調(diào)器上分別測(cè)出相對(duì)應(yīng)的Eb/N0、誤碼率，用頻譜分析儀測(cè)出不同速率下接收信號(hào)頻譜的幅度和3dB寬度，在電視機(jī)上觀察接收?qǐng)D像和語(yǔ)音信號(hào)有何變化。將測(cè)試圖形記于圖3-2、圖3-3、圖3-4，測(cè)試數(shù)據(jù)記于表3-1。 六、實(shí)驗(yàn)圖表實(shí)驗(yàn)測(cè)試圖見(jiàn)圖3-2、圖3-3

37、、圖3-4，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3-1：圖3-2 激勵(lì)電平為-25dBm，數(shù)據(jù)速率256Kbps的接收信號(hào)頻譜圖 圖3-3 激勵(lì)電平為25dBm，數(shù)據(jù)速率1024kbps的接收信號(hào)頻譜圖 圖3-4 激勵(lì)電平為-25dBm，數(shù)據(jù)速率為2048kbps的接收信號(hào)頻譜圖六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表3-1：衛(wèi)星信號(hào)傳輸測(cè)試數(shù)據(jù)表實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備便攜站（發(fā)端）固定站（收端）E4447A頻譜分析儀E4408B頻譜分析儀Ku頻段0.9米便攜式地面站設(shè)備Ku頻段1.2米固定式地面站設(shè)備天線對(duì)衛(wèi)星衛(wèi)星名稱、經(jīng)度鑫諾一號(hào)、110.50 E鑫諾一號(hào)、110.50 E天線所在地經(jīng)度、緯度經(jīng)度 (度)118.780118.780緯度 (度)3

38、2.04032.040天線對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星的方位角仰角極化角方位角 (度)195.30195.30仰角 (度)52.1052.10極化角 (度)-12.960-12.960頻譜儀測(cè)衛(wèi)星信標(biāo)信號(hào)電平衛(wèi)星信標(biāo)信號(hào)極化垂直極化垂直極化衛(wèi)星信標(biāo)頻率GHz12.2612.26LNB本振頻率GHz11.3011.30頻譜儀工作頻率GHz0.960.96信標(biāo)信號(hào)電平dBm-69.75-66.75發(fā)射接收參數(shù)設(shè)置調(diào)制解調(diào)器設(shè)置調(diào)制器設(shè)置 /解調(diào)器設(shè)置 /前向糾錯(cuò)碼： TPC 前向糾錯(cuò)碼： TPC 調(diào)制方式： QPSK 解調(diào)方式： QPSK 編碼效率： 3/4編碼效率： 3/4 數(shù)據(jù)速率Kbps： 1024 信息速率K

39、bps： 1024 發(fā)送頻率GHz： 1.089接收頻率MHz： 1089 擾碼方式： Default-on擾碼方式： Default-on激勵(lì)電平dBm： -24RSLdB： -56 BUC、LNB設(shè)置BUC設(shè)置 /LNB設(shè)置 /工作電壓V： 23.8 工作電壓V： 17.5 工作電流A： 1.78 工作電流mA： 160 參考源MHz： 10 參考源MHz： 10輸入信號(hào)頻率GHz： 1.089 輸入信號(hào)頻率GHz： 12.389本振信號(hào)頻率GHz： 13.050本振信號(hào)頻率GHz：11.300 發(fā)射信號(hào)頻率GHz： 14.139輸出信號(hào)頻率GHz：1.089 發(fā)射信號(hào)極化： 水平 輸入信

40、號(hào)極化：垂直 便攜站發(fā)固定站收Eb/N0誤碼率接收頻譜便攜站 (發(fā)端)固定站 (收端)固定站接收測(cè)試數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)速率Kbps接收數(shù)據(jù)速率KbpsEb/N0BER頻譜圖號(hào)頻譜幅度（dBm）3dB頻譜帶寬（KHz）數(shù)據(jù)速率： 256數(shù)據(jù)速率： 25612.5dB10-9圖3-2-88.45175數(shù)據(jù)速率： 1024數(shù)據(jù)速率： 10246.3 dB10-9圖3-3-92.51706.25數(shù)據(jù)速率： 2048數(shù)據(jù)速率： 20482.9 dB2.9E-4圖3-4-96.051587.75七、思考題 1LNB和BUC是什么器件？各起什么作用？答：LNB又叫高頻頭（Low Noise Block）即低噪聲下

41、變頻器，其功能是將由饋源傳送的衛(wèi)星信號(hào)經(jīng)過(guò)放大和下變頻，把Ku或C波段信號(hào)變成L波段，經(jīng)同軸電纜傳送給衛(wèi)星接收機(jī)。BUC (Block Up-Converter)即上變頻功率放大器，把衛(wèi)星Modem輸出的L波段信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l的射頻信號(hào)逆向傳送到C波段、KU波段或KA波段衛(wèi)星。 2雙工器的作用是什么？對(duì)雙工器有什么要求？答：雙工器是異頻雙工電臺(tái)，中繼臺(tái)的主要配件，其作用是將發(fā)射和接收訊號(hào)相隔離，保證接收和發(fā)射都能同時(shí)正常工作。首先，我們希望雙工器的體積小巧、重量輕。其次，雙工器必須便于安裝。3若傳輸條件不變、發(fā)端增加或減小數(shù)據(jù)速率，收端Eb/N0、誤碼率、接收頻譜和接收?qǐng)D像有何變化？為什么？答：

42、當(dāng)發(fā)端數(shù)據(jù)速率上升時(shí)，收端Eb/NO下降，當(dāng)發(fā)端數(shù)據(jù)速率上升到3Mbit/s時(shí)，誤碼率變化很大，從原來(lái)的10-9變成10-4，而接收頻譜中主瓣寬度變大，接收?qǐng)D像也變得比較模糊。26實(shí)驗(yàn)四 天饋線駐波比和天線端口隔離度測(cè)量一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握天饋線駐波比、天線端口隔離度和損耗的測(cè)量原理和方法 2掌握矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的調(diào)整和使用 二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1測(cè)量天線組合饋源發(fā)射端口、接收端口駐波比 2測(cè)量天線組合饋源發(fā)射端口/接收端口隔離度 3測(cè)量天線組合饋源發(fā)射支路、接收支路損耗三、實(shí)驗(yàn)原理1天線組合饋源的組成和作用天線組合饋源由喇叭、雙工器、發(fā)阻濾波器、旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、連接波導(dǎo)等組成，如圖1-1所示。圖 1-1 饋

43、源系統(tǒng)的組成框圖天線組合饋源的作用是將地面站發(fā)射系統(tǒng)送來(lái)的信號(hào)有效地傳輸?shù)教炀€發(fā)向衛(wèi)星，同時(shí)將天線接收下來(lái)的信號(hào)有效地傳輸?shù)降孛嬲窘邮障到y(tǒng)，保證收發(fā)互不干擾。2天線組合饋源的主要技術(shù)指標(biāo) 1）駐波比 發(fā)射端口：接BUC，工作頻率為14.00GHz14.50GHz，要求駐波比1.30。接收端口：接LNB，工作頻率為12.25GHz12.75GHz，要求駐波比1.35。共公端口：接喇叭，工作頻率包括接收頻段和發(fā)射頻段。2）發(fā)/收隔離度為使收、發(fā)互不干擾，要求發(fā)/收端口之間要有較高的隔離度，要求發(fā)/收隔離度85dB。3）損耗饋源系統(tǒng)的損耗分為發(fā)射支路損耗和接收支路損耗,發(fā)射支路損耗：從發(fā)射端口至共公

44、端口間的損耗稱為發(fā)射支路損耗，發(fā)射支路損耗0.30 dB。接收支路損耗：從接收端口至共公端口間的損耗稱為接收支路損耗, 接收支路損耗0.35 dB。3微波元件的S參數(shù)微波元件可分為單端口，雙端口和三端口等。一個(gè)微波元件可等效成一個(gè)微波網(wǎng)絡(luò)。雙端口微波網(wǎng)絡(luò)是最基本的網(wǎng)絡(luò)形式，任何一個(gè)雙端口的網(wǎng)絡(luò)特性都可以用4個(gè)S參數(shù)表示，如圖4-2所示。（1）微波雙端口網(wǎng)絡(luò) （2）微波雙端口網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)流圖圖4-2 微波雙端口網(wǎng)絡(luò)圖中：a1、a2分別為端口1和端口2的入射波， b1、b2分別為端口1和端口2的出射波。從信號(hào)流圖可得到： b1=S11 a1+ S12 a2， b2=S21 a1+ S22 a2 式中

45、：S11、S22、S21和S12為網(wǎng)絡(luò)特性的4個(gè)S參數(shù)，稱為散射參數(shù)。S11：是在端口2匹配情況下，端口1的反射系數(shù)；S22：是在端口1匹配情況下，端口2的反射系數(shù)；S21：是在端口2匹配情況下，端口1到端口2的正向傳輸系數(shù)；S12：是在端口1匹配情況下，端口2到端口1的反向傳輸系數(shù)。 即：4矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的基本組成和工作原理1）矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的作用網(wǎng)絡(luò)分析儀有標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分析儀和矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀之分。標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分析儀只能測(cè)量網(wǎng)絡(luò)的幅度特性，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀可同時(shí)測(cè)量網(wǎng)絡(luò)的幅度、相位和群延時(shí)特性。2）矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的基本組成和工作原理矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的基本組成包含：激勵(lì)信號(hào)源、S參數(shù)測(cè)試裝置、多通道高靈敏

46、度幅相接收機(jī)和校準(zhǔn)件4個(gè)部分。如圖4-3所示：激勵(lì)信號(hào)源為被測(cè)網(wǎng)絡(luò)提供激勵(lì)信號(hào)。S參數(shù)測(cè)試裝置分離入射波和反射波。多通道高靈敏度幅相接收機(jī)同時(shí)測(cè)得網(wǎng)絡(luò)的幅度和相位特性。校準(zhǔn)件用來(lái)消除系統(tǒng)誤差，提高測(cè)量精度。信號(hào)源模塊產(chǎn)生本振信號(hào)和激勵(lì)信號(hào)，本振信號(hào)和激勵(lì)信號(hào)鎖相在同一個(gè)信號(hào)基準(zhǔn)上。圖4-3 矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的基本組成本振信號(hào)直接送入四通道混頻接收機(jī)，激勵(lì)信號(hào)經(jīng)開(kāi)關(guān)功分器、程控衰減器、定向耦合器施加到被測(cè)網(wǎng)絡(luò)上，定向耦合器分離出被測(cè)網(wǎng)絡(luò)的正向入射波信號(hào)R1、反射波信號(hào)A和傳輸波信號(hào)B(若開(kāi)關(guān)打在相反位置，則可獲取被測(cè)網(wǎng)絡(luò)的反向入射波信號(hào)R2、反射波信號(hào)B和傳輸波信號(hào)A)。含有被測(cè)網(wǎng)絡(luò)幅相特性的4路

47、信號(hào)送入4通道混頻接收機(jī)，與本振源提供的本振信號(hào)進(jìn)行混頻，得到中頻信號(hào)，再經(jīng)采樣保持和AD電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后送入數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)進(jìn)行處理，提取被測(cè)網(wǎng)絡(luò)的幅度和相位信息，通過(guò)比值運(yùn)算求出被測(cè)網(wǎng)絡(luò)的S參數(shù)。實(shí)際測(cè)試中，開(kāi)關(guān)功分器是實(shí)現(xiàn)正向S參數(shù)與反向S參數(shù)測(cè)量自動(dòng)轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵部件。當(dāng)測(cè)量正向S參數(shù)時(shí)，開(kāi)關(guān)功分器的開(kāi)關(guān)位于端口1位置，激勵(lì)信號(hào)通過(guò)開(kāi)關(guān)功分器分成二路。一路信號(hào)送入測(cè)試通道，由程控步進(jìn)衰減器和端口1定向偶合器的主路加到測(cè)試端口連接器，作為被測(cè)網(wǎng)絡(luò)的入射波。被測(cè)網(wǎng)絡(luò)的反射波由端口1定向耦合器的耦合端口取出，用A表示。被測(cè)網(wǎng)絡(luò)的傳輸波通過(guò)被測(cè)件由端口2定向耦合器的耦合端口取出，用B表

48、示。另一路信號(hào)送入?yún)⒖纪ǖ?，用作參考信?hào)，間接代表被測(cè)網(wǎng)絡(luò)的入射波，用R1表示。則：被測(cè)網(wǎng)絡(luò)的正向S參數(shù)為： ， 當(dāng)測(cè)量反向S參數(shù)時(shí)，開(kāi)關(guān)功分器的開(kāi)關(guān)位于端口2激勵(lì)位置，同理可得：被測(cè)網(wǎng)絡(luò)的反向S參數(shù)為： ， 矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的誤差模型包含有12個(gè)系統(tǒng)誤差項(xiàng)，為消除測(cè)試誤差，得到精確的測(cè)量結(jié)果，測(cè)試之前要先對(duì)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行校準(zhǔn)。矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的校準(zhǔn)是通過(guò)測(cè)量一系列已知S參數(shù)的校準(zhǔn)件，并將校準(zhǔn)件真實(shí)的S參數(shù)和矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)得的S參數(shù)進(jìn)行分析比較和計(jì)算，得到誤差系數(shù)，再通過(guò)誤差修正，得到被測(cè)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際S參數(shù)。3）使用網(wǎng)絡(luò)分析儀的注意事項(xiàng)（1）網(wǎng)絡(luò)分析儀與被測(cè)件一定要可靠接地。（2）被測(cè)件輸出到

49、儀表端口的功率一定要小于儀表允許的最大輸入功率。（3）根據(jù)被測(cè)設(shè)備的工作狀態(tài)和測(cè)試要求，調(diào)整儀器的頻率參數(shù)，電平參數(shù)、掃描方式和測(cè)試點(diǎn)數(shù)、接收機(jī)帶寬等參數(shù)，以滿足測(cè)試要求。參數(shù)調(diào)整后要進(jìn)行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)后進(jìn)行測(cè)量。四、實(shí)驗(yàn)儀器和實(shí)驗(yàn)框圖實(shí)驗(yàn)儀器及實(shí)驗(yàn)框圖如圖4-4所示：圖4-4（1） 發(fā)射端口 駐波比測(cè)試框圖圖4-4（2） 發(fā)射端口/接收端口 隔離度測(cè)試框圖圖4-4（3） 發(fā)射支路（兩個(gè)串接）損耗測(cè)試框圖圖4-4（4） 接收支路（兩個(gè)串接）損耗測(cè)試框圖圖4-4（5） 接收端口 駐波比測(cè)試框圖五、實(shí)驗(yàn)步驟（一）測(cè)試前準(zhǔn)備1熟悉矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀前面板、各硬鍵、軟鍵功能、操作菜單和屏幕顯示信息2根據(jù)被測(cè)件要求，設(shè)置網(wǎng)絡(luò)分析儀工作頻率、輸出電平、掃描方式、測(cè)量點(diǎn)數(shù)和接收機(jī)帶寬1）設(shè)置網(wǎng)絡(luò)分析儀工作頻率 發(fā)射頻段（14.0014.50GHz），接收頻段（12.2512.75GHz）。2）設(shè)置矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的輸出電平，輸出電平為0dBm。3）設(shè)置矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的掃描方式，掃描方式為頻率掃描。4）設(shè)置矢量網(wǎng)絡(luò)分析