衛(wèi)星通信報(bào)告

1、南京郵電大學(xué)通信與信息工程學(xué)院衛(wèi)星通信綜合實(shí)驗(yàn)報(bào)告學(xué)院 _專業(yè) _班級 _ _學(xué)號_姓名_實(shí)驗(yàn)一 衛(wèi)星業(yè)務(wù)信號傳輸測試 實(shí)驗(yàn)二 地面站品質(zhì)因數(shù) (G/T) 測試 衛(wèi)星通信技術(shù)實(shí)驗(yàn)室2013年10月16日實(shí)驗(yàn)一 衛(wèi)星業(yè)務(wù)信號傳輸測試一、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)的調(diào)整。4 掌握、誤碼率和接收信號頻譜的測量方法。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，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準(zhǔn)目標(biāo)衛(wèi)星。 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)（IP電話或

2、其他）信號。 4按要求調(diào)整便攜站、固定站的接收和發(fā)送參數(shù)，使衛(wèi)星通信系統(tǒng)處于最佳工作狀態(tài)。 5改變傳輸速率，測試不同傳輸速率下便攜站發(fā)、固定站收的、誤碼率和接收信號頻譜。三、實(shí)驗(yàn)原理31衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成及其工作原理1 衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成及各部分作用圖1-1是實(shí)驗(yàn)用的一種簡單的衛(wèi)星通信系統(tǒng)，它由一顆通信衛(wèi)星、兩個(gè)地面站和上行線路、下行線路所組成并構(gòu)成衛(wèi)星鏈路，進(jìn)行雙向業(yè)務(wù)信號傳輸測試。衛(wèi)星通信系統(tǒng)一般由空間段和地面段組成?？臻g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)建立在空間的微波中繼站。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。其作用是將

3、地面站發(fā)來的上行信號進(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構(gòu)成衛(wèi)星通信鏈路，完成衛(wèi)星通信的長途傳輸任務(wù)。地面站將信號發(fā)送到衛(wèi)星所采用的頻率稱為上行頻率、衛(wèi)星將信號發(fā)送到地面站所采用的頻率稱為下行頻率。因?yàn)樯闲行盘柡拖滦行盘査叩穆窂绞窍嗤?，而且收發(fā)共用同一副天線，為使收發(fā)信號互不干擾，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1

4、4.0014.5GHz，接收頻率為12.2512.75GHz。圖1-1 衛(wèi)星業(yè)務(wù)信號傳輸測試原理框圖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)送和接收來自衛(wèi)星的各種信號。地面站上的主要設(shè)備及其作用是：(1) 天饋線天饋線由天線、饋線、雙工器、天線伺服控制器等部分組成。天線用來向衛(wèi)星發(fā)射信號，同時(shí)接收來自衛(wèi)星的信號。雙工器將地面站的接收信號和發(fā)射信號分開、保證接收信號和發(fā)射信號互不干擾。天線伺服控制器用來調(diào)整天線對準(zhǔn)衛(wèi)星，并對衛(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

5、調(diào)制器送來的中頻已調(diào)信號進(jìn)行上變頻和高功率放大。(3) LNBLNB是低噪聲下變頻器，其任務(wù)是將接收的衛(wèi)星信號進(jìn)行低噪聲放大和下變頻。(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，對接收信號進(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）。并測出誤碼率和Eb/N0。2信號流程1）便攜站發(fā)固定站收在便攜式地面站上，用戶(IP電話信號或圖像信號)信號經(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。此中頻信號經(jīng)BUC變成上行頻率（14.00-14.50 GHz）信號，再經(jīng)高功率放大器放

6、大后由天線發(fā)送到衛(wèi)星。衛(wèi)星收到地面站發(fā)來的上行頻率（14.00-14.50 GHz）信號后，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) 信號變成下行頻率（12.25-12.75 GHz）信號，再經(jīng)功率放大后將信號發(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）信號后，首先進(jìn)入LNB進(jìn)行低噪聲放大和下變頻，將下行頻率信號變成中頻（0.95-1.45GHz）信號。此中頻信號經(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)后的信號經(jīng)以太網(wǎng)交換機(jī)送到用戶。同時(shí)從衛(wèi)星解調(diào)器上讀出和誤碼率。另一路信號送至頻譜分析儀，通過調(diào)整頻譜分析儀

7、測出衛(wèi)星下行信號的頻譜。2）固定站發(fā)便攜站收 固定站發(fā)便攜站收的過程與上述一樣。32地面站天線對準(zhǔn)衛(wèi)星的調(diào)整1地面站天線對準(zhǔn)衛(wèi)星的方位角、仰角和極化角地面站天線對準(zhǔn)衛(wèi)星的調(diào)整主要是調(diào)整天線對準(zhǔn)衛(wèi)星的方位角、仰角和極化角。1）方位角：從接收點(diǎn)到衛(wèi)星的視線在接收點(diǎn)的水平面上有一條正投影線，從接收點(diǎn)的正北方向開始，順時(shí)針方向至這條正投影線的角度就是方位角。2）仰角：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：極化角是指由于接收者所在地位置與衛(wèi)星所在軌的經(jīng)度差及地面曲率的影響，而使天線饋源波導(dǎo)口相對于地面所形成的傾角。方位角、仰角和極化角示意圖如圖1-2所示： 圖1-2 方位角、仰角

8、、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))，方位以正北為零，順時(shí)針方向?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€位于北半面時(shí)，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)星距地球面的高度（35786km）。2地面站天線指向和極化角旋向的判定方法 天線的指向是由方位角和仰角確定的，天線的極

9、化旋向是由極化角確定的。方位角以正北為基準(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。1) 方位角的確定方法：分為AZ=1800、AZ1800、AZ1800 三種情況。其指向示意圖1-3所示。圖1-3 方位角指向示意圖當(dāng)AZ =1800時(shí)，表示衛(wèi)星位于地面站的正南方，天線指向正南。當(dāng)AZ1800時(shí)，表示衛(wèi)星位于地面站的東南方，天線指向正南偏東的角度為1800-AZ。當(dāng)AZ1800時(shí)，表示衛(wèi)星位于地面站的西南方，天線指向正南偏西的角度為AZ-1800。2) 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1-4所示。圖

10、1-4 俯仰角指向示意圖 當(dāng)EL=00時(shí)，天線的口面垂直于地面；當(dāng)EL=900時(shí)，天線的口面平行于地面。3) 極化角旋向的確定方法：分為：P0，P=0，P0三種情況。極化角調(diào)整示意圖如圖1-5所示：圖1-5是當(dāng)?shù)孛嬲疚挥诒卑朊鏁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。圖中列出了水平極化的情況。垂直極化的調(diào)整方法與此相同。 P0 P=0 P0圖1-5 極化角調(diào)整示意圖當(dāng)極化角P=0時(shí)，地面站與衛(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)，天線極化右旋。右旋是指觀測者面向靜止衛(wèi)星，右手拇指指向衛(wèi)星時(shí)，其余四指握轉(zhuǎn)的旋向。當(dāng)極化角P0時(shí)，天線極化左旋。左旋是指觀測者面向靜止衛(wèi)

11、星，左手拇指指向衛(wèi)星時(shí)，其余四指握轉(zhuǎn)的旋向。 3地面站天線對準(zhǔn)衛(wèi)星的方位角、仰角和極化角調(diào)整1）天線方位角的調(diào)整首先用羅盤或指南針找到正南方，再調(diào)整天線的方位調(diào)整裝置使天線正對正南，如果方位角AZ大于1800，則調(diào)整天線向正南偏西轉(zhuǎn)動AZ-1800，如果AZ小于1800，則調(diào)整天線向正南偏東方向轉(zhuǎn)動1800-AZ。2）天線仰角的調(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）天線極化角的調(diào)整（1）極化的概念衛(wèi)星信號的極化有線極化和圓極化兩大類。當(dāng)電場矢量的指向隨時(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)電場矢量的指向隨時(shí)間的變化

12、是一個(gè)圓時(shí)，稱為圓極化（包括左旋圓極化和右旋圓極化）。（2）衛(wèi)星輻射極化波的極化定義衛(wèi)星輻射波的極化定義是以衛(wèi)星軸系為基準(zhǔn)的，衛(wèi)星運(yùn)動軌跡近似為圓。當(dāng)電場矢量的方向與衛(wèi)星所在點(diǎn)的圓的切線方向一致時(shí)，衛(wèi)星輻射的信號為水平極化波。當(dāng)電場矢量的方向與衛(wèi)星運(yùn)動軌道平面（赤道平面）垂直時(shí)，衛(wèi)星輻射的信號為垂直極化波。（3）地面站接收天線的極化定義地面站接收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)電場矢量的方向平行于地面時(shí)，稱為水平極化。當(dāng)電場矢量的方向垂直于地面時(shí)，稱為垂直極化。天線雙工器的接收端口和發(fā)送端口采用的是矩形波導(dǎo)。當(dāng)矩形波導(dǎo)口的窄邊平行于地平面時(shí)，電場矢量平行于地面，定義為水平極化，

13、接收的是水平極化波。當(dāng)矩形波導(dǎo)口的窄邊垂直于地面時(shí)，電場矢量也垂直于地面，定義為垂直極化，接收的是垂直極化波。（4）極化角的調(diào)整在線極化的天線中，垂直極化波要用垂直極化的天線接收，水平極化波要用水平極化的天線來接收。當(dāng)接收天線的極化方向與衛(wèi)星發(fā)射波的極化方向一致時(shí)，接收到的信號最大。當(dāng)接收天線的極化方向與衛(wèi)星發(fā)射波的極化方向不一致時(shí)，接收到的信號就會變小，產(chǎn)生極化失配。當(dāng)接收天線的極化方向與衛(wèi)星發(fā)射波的極化方向正交時(shí)，天線幾乎收不到衛(wèi)星信號。極化失配最大。由于衛(wèi)星輻射波的極化與地面接收站的極化定義不同，衛(wèi)星將信號發(fā)到地面時(shí)，衛(wèi)星發(fā)射波的極化已不再是理想的水平極化或垂直極化，而是變化了一個(gè)角度。

14、只要接收天線的極化與衛(wèi)星發(fā)射波的極化不一致，就會產(chǎn)生極化失配。極化失配不但會導(dǎo)致接收功率下降，還會在雙線極化系統(tǒng)中產(chǎn)生交叉極化干擾。因此，必須調(diào)整天線極化角，使地面站天線接收極化與衛(wèi)星發(fā)射波極化一致，此時(shí)，接收信號最大。 四、實(shí)驗(yàn)儀器及實(shí)驗(yàn)框圖本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)儀器及實(shí)驗(yàn)框圖如圖1-1所示：五、實(shí)驗(yàn)步驟 1按圖1-1安裝、連接、調(diào)整便攜式和固定式衛(wèi)星通信地面站，使其工作正常。 2根據(jù)天線所在地經(jīng)度、緯度和靜止衛(wèi)星的經(jīng)度，計(jì)算天線對準(zhǔn)衛(wèi)星的方位角、仰角和極化角。這些計(jì)算值是天線指向衛(wèi)星的初始近似值，最終的方位角、仰角和極化角要通過天線接收衛(wèi)星信標(biāo)信號電平的大小來修正。3調(diào)整固定式地面站天線對準(zhǔn)目標(biāo)衛(wèi)星

15、（選星后人工調(diào)整）分粗調(diào)和細(xì)調(diào)兩步進(jìn)行：1）粗調(diào)依據(jù)計(jì)算的天線對準(zhǔn)衛(wèi)星的方位角、仰角和極化角，預(yù)置天線極化角、仰角和方位角，使其近似等于極化角、仰角和方位角的理論計(jì)算值。2）細(xì)調(diào)，用頻譜儀測量衛(wèi)星信標(biāo)信號，使天線準(zhǔn)確對準(zhǔn)衛(wèi)星。固定天線方位角不動，細(xì)調(diào)天線仰角。驅(qū)動天線在俯仰方向上±100范圍內(nèi)掃描，用頻譜儀觀察衛(wèi)星信標(biāo)信號，當(dāng)頻譜儀接收的信號最大時(shí)，天線在俯仰方向上對準(zhǔn)了衛(wèi)星，固定仰角。固定天線仰角不動，細(xì)調(diào)天線方位角。驅(qū)動天線在方位方向上±100范圍內(nèi)掃描，用頻譜儀觀察衛(wèi)星信標(biāo)信號，當(dāng)頻譜儀接收的信號最大時(shí)，天線在方位方向上對準(zhǔn)了衛(wèi)星，固定方位角。微調(diào)極化角。用頻譜儀觀察

16、信標(biāo)信號，當(dāng)頻譜儀接收信號最大時(shí)，天線極化與衛(wèi)星發(fā)射波極化相匹配。3）用頻譜分析儀測出固定式地面站天線接收的衛(wèi)星信標(biāo)信號電平。4調(diào)整便攜式地面站天線對準(zhǔn)目標(biāo)衛(wèi)星 （選星后自動調(diào)整）1）調(diào)整便攜式地面站天線伺服控制器，選擇目標(biāo)衛(wèi)星和自動跟蹤模式。2）伺服控制器自動調(diào)整天線對準(zhǔn)衛(wèi)星的方位角、仰角和極化角，使天線對準(zhǔn)目標(biāo)衛(wèi)星。3）用頻譜分析儀測出便攜式地面站天線接收的衛(wèi)星信標(biāo)信號電平。5調(diào)整衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器的發(fā)送和接收參數(shù)1） Modem發(fā)送模塊設(shè)置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）：Viter

17、bit，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）：950M1450MHz，調(diào)整步長為100Hz；（6）On/Off（載波發(fā)送開關(guān)）（7）Pwr（激勵電平）：-40dBm0dBm，BUC的輸入激勵；（8）Scram（擾碼方式）：Default-On、IESS-315-No、Off；（9）Clk（發(fā)送時(shí)鐘源）：Int、Ext、Loop-Timed；（10）Inv（頻譜反轉(zhuǎn)）2） Modem接收模塊設(shè)置Config->Remote-

18、>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）：950M1450MHz，調(diào)整步長為100Hz；（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-

19、No、Off；（9）Inv（頻譜反轉(zhuǎn)）（10）Eb/No（信噪門限）：接收信噪比低于此值將產(chǎn)生業(yè)務(wù)中斷。6測試便攜站發(fā)、固定站收的、誤碼率和接收信號頻譜。1）檢查調(diào)制解調(diào)器的發(fā)送、接收參數(shù)配置是否一致（配置不一致不能解調(diào)）。2）BUC加電：Config->ODU->BUC->DC-Power選擇為On->10MHz選擇為On3）LNB加電：Config->ODU->LNB->DC-Voltage選擇為18V->10MHz選擇為On4）改變傳輸速率，分別測量256Kbps、1024kbps、2048kbps等不同傳輸速率下，便攜站發(fā)固定站收的、誤碼

20、率和接收信號頻譜。將測試數(shù)據(jù)記于表1-1，測試圖形記于圖1-6、圖1-7、圖1-8。六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)圖表 實(shí)驗(yàn)數(shù)所見表1-1，實(shí)驗(yàn)圖表見圖1-6、圖1-7、圖1-8。圖1-6 激勵電平為-25dBm，數(shù)據(jù)速率256Kbps的接收信號頻譜圖 圖1-7 激勵電平為-25dBm，數(shù)據(jù)速率1024kbps的接收信號頻譜圖 圖1-8 激勵電平為-25dBm，數(shù)據(jù)速率為2048kbps的接收信號頻譜圖六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表1-1：衛(wèi)星業(yè)務(wù)信號傳輸測試數(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)備天線對衛(wèi)

21、星衛(wèi)星名稱、經(jīng)度鑫諾一號、110.50 E鑫諾一號、110.50 E天線所在地經(jīng)度、緯度經(jīng)度 (度)118.780118.780緯度 (度)32.04032.040天線對準(zhǔn)衛(wèi)星的方位角仰角極化角方位角 (度)195.3仰角 (度)52.2極化角 (度)-12.96頻譜儀測衛(wèi)星信標(biāo)信號電平衛(wèi)星信標(biāo)信號極化垂直衛(wèi)星信標(biāo)頻率GHz12.26LNB本振頻率GHz11.3頻譜儀工作頻率GHz0.96信標(biāo)信號電平dBm-67.53-64.53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

22、數(shù)據(jù)速率Kbps： 1024信息速率Kbps： 1024發(fā)送頻率GHz： 1.089接收頻率MHz： 1089擾碼方式： Default-On解擾方式： Default-On激勵電平dBm： -23RSLdBm： -55BUC、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： 1.75工作電流mA： 160參考源MHz： 10參考源MHz： 10輸入信號頻率GHz： 1.089輸入信號頻率GHz： 1.089本振信號頻率GHz： 13.05本振信號頻率GHz： 11.3發(fā)射信號頻率GHz： 14.139輸出信號頻率GHz： 12.389發(fā)射信號極化： 水平

23、輸入信號極化： 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)固定站接收測試數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)速率Kbps接收數(shù)據(jù)速率KbpsEb/N0 （dB）BER頻譜圖號頻譜幅度（dBm）頻譜3dB帶寬（KHz）數(shù)據(jù)速率： 256數(shù)據(jù)速率： 25612.310-9圖1-6-89.62181.25數(shù)據(jù)速率： 1024數(shù)據(jù)速率： 10246.210-9圖1-7-93.72687.50數(shù)據(jù)速率： 2048數(shù)據(jù)速率： 20483.110-5圖1-8-96.871425.00七、思考題 1、在衛(wèi)星通信地面站上，天線和雙工器的作用是什么？答：天線是用來集中能量，提供天線增益并將信號發(fā)射出去

24、，也可以接收信號。雙工器是異頻雙工電臺，中繼臺的主要配件，其作用是將發(fā)射和接收訊號相隔離，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。 2、LNB和BUC代表什么？各有什么作用？答：LNB又叫高頻頭（Low Noise Block）即低噪聲下變頻器，其功能是將由饋源傳送的衛(wèi)星信號經(jīng)過放大和下變頻，把Ku或C波段信號變成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波段信號轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l的射頻信號逆向傳送到C波段、KU波段或KA波段衛(wèi)星。3、地面站天線對準(zhǔn)衛(wèi)星的調(diào)整

25、主要調(diào)整什么？怎樣確定天線對準(zhǔn)了目標(biāo)衛(wèi)星？答：方位角、仰角、極化角由天線所在地的經(jīng)度、緯度以及衛(wèi)星的經(jīng)度可算出天線對準(zhǔn)衛(wèi)星大致的方位角、仰角和極化角。根據(jù)接受信標(biāo)信號的大小進(jìn)行微調(diào)可以確定具體方向。4、為什么要調(diào)整天線極化？怎樣調(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)口相對于地面所形成的傾角。接收天線后部有一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的部件，旋轉(zhuǎn)其可調(diào)整極化角。 5、當(dāng)雙工器發(fā)射端口的寬邊平行于地面時(shí)，發(fā)射和接收的各是什么極化波？答： 發(fā)射垂直極化，接收水平極化。6、衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器發(fā)射和接收參數(shù)的調(diào)整，主要調(diào)整哪些參數(shù)？答: 調(diào)制器：前向糾錯(cuò)編

26、碼，調(diào)制方式，信息速率，發(fā)送頻率，擾碼方式，激勵電平。解調(diào)器：前向糾錯(cuò)編碼，調(diào)制方式，信息速率，接受頻率，解擾方式，RSL。BUC：輸入信號頻率，本振信號頻率，發(fā)射信號極化。LNB：輸入信號頻率，本振信號頻率，輸入信號極化。7、若傳輸條件不變，增加數(shù)據(jù)速率，Eb/N0、誤碼率、接收信號頻譜和圖像信號有何變化？答：1M到2M：Eb/N下降、誤碼率升高、接收信號頻譜展寬和圖像信號失真256K到1M：Eb/N0 下降、誤碼率升高、接收信號頻譜展寬和圖像信號清晰8、怎樣根據(jù)衛(wèi)星下行頻率設(shè)置頻譜分析儀的工作頻率？答： 工作頻率等于下行頻率減去LNB本振頻率。實(shí)驗(yàn)二 地面站品質(zhì)因數(shù)G/T測試一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?

27、掌握天線方向圖的測試原理和方法 2掌握地面站接收系統(tǒng)噪聲溫度的測試原理和方法 3掌握地面站品質(zhì)因數(shù)G/T的測試原理和方法二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1調(diào)整便攜式、固定式地面站天線對準(zhǔn)目標(biāo)衛(wèi)星 2測量天線接收方位方向圖、俯仰方向圖 3利用天線方向圖計(jì)算主瓣電平、副瓣電平、3dB波束寬度和10dB波束寬度 4計(jì)算天線接收增益G 5測量地面站接收系統(tǒng)噪聲溫度T 6計(jì)算地面站品質(zhì)因數(shù)G/T 三、實(shí)驗(yàn)原理衛(wèi)星通信地面站品質(zhì)因數(shù)（G/T）是衡量地面站接收系統(tǒng)性能的重要指標(biāo)，是衛(wèi)星通信線路設(shè)計(jì)的重要依據(jù)之一，也是地面站系統(tǒng)進(jìn)入國際衛(wèi)星通信網(wǎng)的強(qiáng)制性驗(yàn)證測試項(xiàng)目之一。（G/T）定義為天線接收增益G與地面站接收系統(tǒng)噪聲溫度T

28、之比，用分貝表示為： （2-1）本實(shí)驗(yàn)采用間接法測量地面站品質(zhì)因數(shù)（G/T），測量分兩步進(jìn)行。第一步測量天線接收增益GR，第二步測量地面站接收系統(tǒng)噪聲溫度TSYS，據(jù)GR和TSYS，求出G/T值。31天線接收增益GR的測量天線接收增益GR采用波束寬度法確定：其基本思路是通過測量天線接收方向圖的3dB波束寬度、10 dB波束寬度、天線表面精度和饋源插入損耗，從而計(jì)算出天線接收增益。 1天線接收方向圖測量原理 天線接收方向圖可用衛(wèi)星信標(biāo)法和輔助站法測量。衛(wèi)星信標(biāo)法只能測量天線接收方向圖，不能測發(fā)射方向圖，且測試頻率受衛(wèi)星信標(biāo)頻率的限制，方向圖的測量范圍受衛(wèi)星發(fā)射功率和頻譜儀靈敏度的限制。輔助站法既

29、可測量天線接收方向圖，也可測量天線發(fā)射方向圖。其測量原理圖如圖2-1所示：圖2-1 輔助站法測量天線接收方向圖的原理框圖圖中：便攜式衛(wèi)星通信地面站為待測站， 固定式衛(wèi)星通信地面站為輔助站。待測站天線的接收方向圖是在輔助站的幫助下完成的。其基本方法是：待測站天線和輔助站天線同時(shí)對準(zhǔn)目標(biāo)衛(wèi)星，且天線極化都與衛(wèi)星極化匹配。由輔助站天線發(fā)送一未調(diào)制單載波信號到衛(wèi)星，待測站天線從衛(wèi)星上接收這一單載波信號，然后分別轉(zhuǎn)動待測站天線的方位或俯仰，隨著待測天線偏離波束中心，天線的增益隨天線方位或俯仰偏離波束中心而變化，利用頻譜儀的跡線功能記錄信號電平的變化，即為待測天線的接收方位和俯仰方向圖。 本實(shí)驗(yàn)用信標(biāo)法測

30、量天線接收方向圖（固定站不發(fā)信號）。2天線接收方向圖的主瓣、副瓣和3dB波束寬度、10dB波束寬度天線方向圖的示意圖如圖2-2所示：圖2-2 天線方向圖示意圖方向圖中有許多波瓣，輻射強(qiáng)度最大的波瓣稱為主瓣，主瓣旁的第一個(gè)波瓣叫做第一旁瓣。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，方向性越好，作用距離越遠(yuǎn)，抗干擾能力越強(qiáng)。 3方位方向圖方位角的修正在方位方向圖測量中，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，而天線方位角顯示器上顯示的角度是水平面

31、內(nèi)的方位角，這兩個(gè)角度是不一樣的，其差值隨著仰角的變化而變化，所以，在測量方位方向圖時(shí)，要進(jìn)行方位角修正。方位角的修正公式為： （2-2）式中：EL天線對準(zhǔn)衛(wèi)星時(shí)的仰角（0）； AZ天線未修正的方位角，即要求天線轉(zhuǎn)動的角度（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 = 頻譜儀頻標(biāo)3dB波束寬度處的寬度秒數(shù)×天線轉(zhuǎn)動速度 (度) 10dBBW = 頻譜儀頻標(biāo)10dB波束寬度處的寬度秒數(shù)×天線轉(zhuǎn)動速度 (度) 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。 （2-3）式中：G 為待測天線的增益 （dB

32、i）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 為天線饋源網(wǎng)絡(luò)的損耗 ( dB)； 接收支路Loss=0.35dB， (實(shí)驗(yàn)測得)。 f 為下行頻率 (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：32 地面站接收系統(tǒng)噪聲溫度T的測量地面站接收系統(tǒng)噪聲溫度T采用Y因子法測量，其測試原理圖如圖2-3所示：圖2-3 Y因子法測量地面站接收系統(tǒng)噪聲溫度原

33、理框圖測試方法如下：1測量LNB接天線對冷空（不對衛(wèi)星）時(shí)的噪聲功率或噪聲功率譜密度a1 (dBm/Hz)。2測量LNB接匹配負(fù)載時(shí)的噪聲功率或噪聲功率譜密度a2 (dBm/Hz)。3計(jì)算Y因子 Y = a2 - a1 (2-4)4計(jì)算接收系統(tǒng)噪聲溫度 TSYS(K)= (2-5)式中：TSYS(K)地面站接收系統(tǒng)噪聲溫度（K）T0(K) 熱負(fù)載噪聲溫度，T0(K)=273+t0 =273+27=300 (K)t0：測試時(shí)的環(huán)境溫度（），當(dāng)溫度計(jì)讀數(shù)為：t0=27時(shí)，T0=300KTLNB(K) LNB的噪聲溫度，LNB的噪聲溫度為：，式中：NF為LNB噪聲系數(shù)，由LNB參數(shù)表獲得，當(dāng)NF =

34、 0.8dB時(shí)： = 60.68 (K)5求天線饋線噪聲溫度 TAK(K)= TSYS(K)-TLNB (K) (2-6) 6求饋線噪聲溫度 (2-7)式中：Lf饋線損耗，單位為dB。 Lf = 0.35dB，實(shí)驗(yàn)測得。7求天線噪聲溫度 (2-8)8求地面站品質(zhì)因數(shù)G/TG/T (dB/K) = G -10log(Tsys) (2-9)四、實(shí)驗(yàn)儀器及實(shí)驗(yàn)原理框圖1天線接收增益、天線方向圖的測量儀器和原理如圖2-1所示：2地面站接收系統(tǒng)噪聲溫度的測量儀器和原理如圖2-3所示：五、實(shí)驗(yàn)步驟1測量天線接收增益G1）按圖2-1連接測量系統(tǒng)，并使系統(tǒng)工作正常。2）利用衛(wèi)星信標(biāo)，調(diào)整便攜站天線對準(zhǔn)目標(biāo)衛(wèi)星

35、，并使天線極化與衛(wèi)星極化相匹配。3）根據(jù)衛(wèi)星下行頻率和LNB本振頻率，設(shè)置頻譜儀工作頻率和工作狀態(tài)，測量天線接收方向圖。（1）固定待測天線仰角不動，測量天線接收方位方向圖驅(qū)動待測天線方位從波束中心逆時(shí)針轉(zhuǎn)動-200。再驅(qū)動待測天線從左向右順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，通過待測天線波束中心后到達(dá)+200位置停止。頻譜儀實(shí)時(shí)記錄待測天線方位方向圖，將方位方向圖編號存入頻譜儀。（2）固定待測天線方位不動，測量天線接收俯仰方向圖先將待測天線方位回到波束中心，使天線重新對準(zhǔn)衛(wèi)星。驅(qū)動待測天線俯仰從波束中心向下轉(zhuǎn)動-200。再驅(qū)動待測天線從下向上轉(zhuǎn)動，通過待測天線波束中心后到達(dá)+200位置停止。頻譜儀實(shí)時(shí)記錄待測天線的

36、俯仰方向圖，將俯仰方向圖編號存入頻譜儀。（3）利用頻譜儀碼刻功能，用手工方法對所測方位方向圖和俯仰方向圖進(jìn)行處理，分別獲得待測天線接收方位方向圖和俯仰方向圖的主瓣電平、副瓣電平圖、3dB波束寬度（s）、l0dB波束寬度（s）。并將所測方向圖從頻譜儀輸入到計(jì)算機(jī)，再取出來貼到實(shí)驗(yàn)報(bào)告。4）計(jì)算3dB波束寬度（度）、l0dB波束寬度（度）和天線接收增益，并將計(jì)算結(jié)果記于表2-1：2測量地面站接收系統(tǒng)噪聲溫度T1）按圖2-3連接測量系統(tǒng)，并使系統(tǒng)工作正常2) 根據(jù)衛(wèi)星下行頻率和LNB本振頻率設(shè)置頻譜儀工作頻率。3) 測試LNB接天線對準(zhǔn)冷空時(shí)的接收噪聲功率譜密度（1）轉(zhuǎn)動波導(dǎo)開關(guān)，使B接A，調(diào)整天線

37、仰角為200，調(diào)整天線方位使天線對準(zhǔn)冷空（頻譜儀只顯示噪聲而無信號時(shí)，可認(rèn)為天線已對準(zhǔn)冷空）。（2）讀取天線對準(zhǔn)冷空時(shí)的頻譜儀示數(shù)a1（dBm/Hz）。（3）用同樣方法測量天線仰角分別為400、600時(shí)，天線對準(zhǔn)冷空的接收噪聲功率譜密度。4）測試LNB接標(biāo)準(zhǔn)匹配負(fù)載時(shí)的接收噪聲功率譜密度（1）轉(zhuǎn)動波導(dǎo)開關(guān)，使B接C，LNB接標(biāo)準(zhǔn)匹配負(fù)載。（2）讀取LNB接標(biāo)準(zhǔn)匹配負(fù)載時(shí)的頻譜儀示數(shù)a2 (dBm/Hz )。5）計(jì)算Y因子， 6）計(jì)算接收系統(tǒng)噪聲溫度TSYS(k)， 7）計(jì)算天線饋線噪聲溫度TAK(K)， TAK（K）= TSYS（K）- TLNB（K）8）計(jì)算饋線噪聲溫度TK（K）， 9）計(jì)算

38、天線噪聲溫度TA(k)， 3計(jì)算地面站品質(zhì)因數(shù)G/T， G/T(dB/K) = G-10log(Tsys) 六、實(shí)驗(yàn)圖形、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)1天線接收增益的測試圖形如圖2-4、2-5所示，測試數(shù)據(jù)見表2-1，其中： 圖2-4（1）、（2）、（3）、（4）為天線接收方位方向圖。 圖2-5（1）、（2）、（3）、（4）為天線接收俯仰方向圖。（1）主瓣電平圖，（2）副瓣電平圖，（3）3dB波束寬度圖，（4）10dB波束寬度圖。2地面站接收系統(tǒng)噪聲溫度測試圖形如圖2-6、2-7、2-8、2-9所示，測試數(shù)據(jù)見表2-1：其中： 圖2-6 仰角200時(shí)，LNB接天線對冷空時(shí)的噪聲功率譜密度圖圖2-7 仰角400時(shí)，

39、LNB接天線對冷空時(shí)的噪聲功率譜密度圖圖2-8 仰角600時(shí)，LNB接天線對冷空時(shí)的噪聲功率譜密度圖圖2-9 LNB接標(biāo)準(zhǔn)匹配負(fù)載時(shí)的噪聲功率譜密度圖3G/T值的測量數(shù)據(jù)見表2-1。圖2-4 （1） 方位 主瓣電平圖圖2-4 （2） 方位 副瓣電平圖圖2-4 （3） 方位 3dB波束寬度圖圖2-4 （4） 方位 10dB波束寬度圖圖2-5 （1） 俯仰 主瓣電平圖 圖2-5 （2） 俯仰 副瓣電平圖圖2-5 （3） 俯仰 3dB波束寬度圖圖2-5 （4） 俯仰 10dB波束寬度圖圖2-6 仰角200 時(shí)，LNB接天線對冷空的噪聲功率譜密度圖圖2-7 仰角400時(shí)，LNB接天線對冷空的噪聲功率譜

40、密度圖圖2-8 仰角600 時(shí)，LNB接天線對冷空的噪聲功率譜密度圖圖2-9 LNB接標(biāo)準(zhǔn)匹配負(fù)載時(shí)的噪聲功率譜密度圖表2-1 地面站品質(zhì)因數(shù)（G/T）測量數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備Agilent E4447A頻譜分析儀Ku頻段 0.9米便攜站、Ku頻段 1.2米固定站天線對準(zhǔn)的衛(wèi)星衛(wèi)星名稱：鑫諾一號 衛(wèi)星位置：110.50E天線所在地經(jīng)緯度經(jīng)度：118.780 緯度： 32.040天線對星角度（波束中心）方位角AZ = 195.30 仰角EL = 52.10 極化角P = -12.960頻譜儀測波束中心衛(wèi)星信標(biāo)信號電平衛(wèi)星信標(biāo)極化方式： 垂直衛(wèi)星信標(biāo)信號頻率GHz： 12.26LNB

41、本振頻率GHz： 11.3頻譜儀工作頻率GHz： 0.96頻譜儀接收電平dBm： -67.53仰角轉(zhuǎn)動范圍（不修正）仰角 EL = 52.10 仰角轉(zhuǎn)動范圍： EL±200 = 400方位轉(zhuǎn)動范圍（未修正）方位角AZ = 195.30 方位角轉(zhuǎn)動范圍：AZ±200 = 400方位轉(zhuǎn)動范圍（修正后） 當(dāng)AZ=400、EL=52.10時(shí)， AZ= 24.260實(shí)測天線方向圖圖（1）圖（2）圖（3）圖（4）天線轉(zhuǎn)速3dB10dBG主瓣電平(dBm)副瓣電平(dB)3dB寬度(sec)10dB寬度(sec)轉(zhuǎn)動角度/轉(zhuǎn)動時(shí)間度/(sec)波束帶寬(度)波束帶寬(度)天線增益(dBi