第五章 衛(wèi)星接收系統(tǒng)的工程設(shè)計及調(diào)試

第五章衛(wèi)星接收系統(tǒng)的工程設(shè)計與調(diào)試衛(wèi)星鏈路的計算方法數(shù)字衛(wèi)星鏈路的傳輸質(zhì)量鏈路方程：上行鏈路，下行鏈路，總鏈路衛(wèi)星接收站的工程設(shè)計衛(wèi)星接收天線的幾何參數(shù)衛(wèi)星接收機的輸入電平接收系統(tǒng)的噪聲溫度工程設(shè)計實例衛(wèi)星接收站的安裝與調(diào)試5.1衛(wèi)星鏈路的計算方法1、衛(wèi)星鏈路的計算，就是對信號傳輸質(zhì)量與各項技術(shù)參數(shù)之間的關(guān)系進行定量分析。2、在諸多技術(shù)參數(shù)中起著舉足輕重作用的是（1）廣播衛(wèi)星的等效全向輻射功率EIRP（2）衛(wèi)星接收天線的口徑。3、衛(wèi)星鏈路可分為上行鏈路和下行鏈路兩部分，兩個鏈路的性能指標(biāo)串接之后就決定了整個衛(wèi)星鏈路的質(zhì)量，在實際工程問題中，由于上行鏈路的性能一般要優(yōu)于下行鏈路的性能，因此整個衛(wèi)星鏈路的傳輸質(zhì)量在很大程度上由下行鏈路來確定。5．1．2數(shù)字衛(wèi)星鏈路的傳輸質(zhì)量1、在數(shù)字衛(wèi)星鏈路中，由于存在著各種噪聲和干擾的影響，因此在衛(wèi)星接收機的解碼過程中就會出現(xiàn)誤碼，于是誤碼率(誤碼數(shù)與總碼數(shù)之比)就成為了傳輸質(zhì)量的判斷依據(jù)。誤碼率越小，則系統(tǒng)的性能就越好。2、誤碼率是Eb/N0的函數(shù)，數(shù)字衛(wèi)星鏈路的傳輸質(zhì)量是由系統(tǒng)的Eb/N0所決定的。在DVB-S系統(tǒng)中，誤比特率與Eb/N0門限之間的關(guān)系在表5—1中給出，該表是數(shù)字衛(wèi)星鏈路的計算依據(jù)。內(nèi)碼碼率RcRS譯碼后達到BER=10-10~10-11，維特比譯碼后BER=2×10-4所需的Eb/N0（dB）1/24.52/35.03/45.55/66.07/86.45．1．3鏈路方程衛(wèi)星鏈路分為上行鏈路和下行鏈路兩種，由于兩種鏈路的已知參數(shù)是不同的，因此上行鏈路方程和下行鏈路方程的形式略有區(qū)別。一、上行鏈路1、已知參數(shù)已知參數(shù)為：①衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器單載波飽和通量密度ψs，②衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的品質(zhì)因素G／T、③衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的輸入補償B0i。發(fā)射天線的增益，固態(tài)功放的輸出功率5．1．3鏈路方程2、衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器單載波飽和通量密度是指，當(dāng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器中的行波管放大器處于剛剛飽和狀態(tài)時，上行信號電磁波在衛(wèi)星所在地點的功率通量密度，單位為dBw／m2。目前，衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器單載波飽和通量密度的典型值在-70～-80dBw／m2的范圍內(nèi)。5．1．3鏈路方程3、衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的輸入補償B0i衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的輸入補償與傳送節(jié)目的方式有關(guān)。（1）在轉(zhuǎn)發(fā)MCPC方式的數(shù)字衛(wèi)星信號時，由于在轉(zhuǎn)發(fā)器的工作帶寬之內(nèi)只有一個載波，故不存在交調(diào)干擾，為了充分利用功率，轉(zhuǎn)發(fā)器的輸出功率接近飽和狀態(tài)，也就是說，B0i≈0。（2）在轉(zhuǎn)發(fā)SCPC方式的數(shù)字衛(wèi)星信號時，在轉(zhuǎn)發(fā)器的工作帶寬之內(nèi)存在多個載波，此時就會出現(xiàn)交調(diào)干擾，為了減少交調(diào)干擾的影響，轉(zhuǎn)發(fā)器的輸出功率要比飽和時低幾個分貝；另外每一路載波都是轉(zhuǎn)發(fā)器的激勵信號，而轉(zhuǎn)發(fā)器的輸入功率為各個輸入載波的功率之和，因此每一路載波的強度也要比單載波激勵時小一些?？紤]到上述的兩個原因，工作在單路單載波方式SCPC時，衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的輸入補償大約在10dB左右。行波管的非線性

行波管的非線性（續(xù)）飽和點：輸出功率最大的點。線性區(qū)：從低端的熱噪聲極限至1dB壓縮點所限定的區(qū)域。1dB壓縮點：實際的功率轉(zhuǎn)移曲線比外插的直線低1dB的點。非線性效應(yīng)多載波情況下，將產(chǎn)生互調(diào)/交調(diào)干擾。單載波情況下，包絡(luò)起伏將造成相位調(diào)制。輸入補償多載波工作時，對任何載波，飽和點附近的功率輸出小于單載波飽和點的值。為了降低互調(diào)/交調(diào)失真，行波管的工作點必須靠近曲線的線性部分。如圖。輸入補償：任何載波的工作點輸入電平與單載波飽和點輸入電平的dB差。輸出補償：輸出功率相應(yīng)的下降值。輸入補償（續(xù)）輸出補償輸出補償與輸入補償?shù)年P(guān)系不是線性的?？紤]輸出補償值的經(jīng)驗方法如圖所示。在線性區(qū)，輸入補償與輸出補償?shù)膁B變化比例是1：1。所以輸出補償比輸入補償小5dB，即BOo=BOi–5dB。例：BOi=11dB時，BOo=6dB。也有“7/11”經(jīng)驗法則：即BOi=11dB時，BOo=7dB。輸出補償（續(xù)）2．4廣播衛(wèi)星的電參數(shù)

2．4．1等效全向輻射功率（EIRP）

反映了衛(wèi)星的輻射能力，僅與衛(wèi)星本身有關(guān)，與其他參數(shù)無關(guān)。表達式：EIRP=10lgPTWTA-Lt+Gt（單位：dBW）其中：PTWTA：行波管的輸出功率（行波管和一般晶體管類似，只是其工作在微波頻率波段上，輸出功率較大。）Lt：行波管至星載天線的功率損耗。Gt：衛(wèi)星星載天線的增益，是一相對值。C波段EIRP：30～40dBW；Ku波段EIRP：40～60dBW2/3/2023數(shù)字衛(wèi)星廣播142．4廣播衛(wèi)星的電參數(shù)

2．4．2波束圖：將地面各點的EIRP標(biāo)注到地圖上，稱為波束圖。一顆廣播衛(wèi)星的等效全向輻射功率是隨著接收地點而改變的，在工程上為了便于使用，通常將衛(wèi)星的等效全向輻射功率標(biāo)注在地圖上，稱為衛(wèi)星的波束圖或稱為衛(wèi)星的覆蓋區(qū)域。在進行衛(wèi)星線路工程設(shè)計的過程中，波束圖很重要，根據(jù)波束圖能夠確定接收地點的等效全向輻射功率，然后才可以進行以后的工程設(shè)計工作。2/3/2023數(shù)字衛(wèi)星廣播152．4廣播衛(wèi)星的電參數(shù)

2．4．3品質(zhì)因素：（G/T）1、定義：品質(zhì)因素是衡量衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器本身質(zhì)量的一項特性參數(shù)，反映了衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器接收弱信號的能力。2、表達式：G/T=G-10lg（Ta+Tt）（單位：dB/K）其中G：衛(wèi)星星載天線在上行工作頻率（6或14GHz）時的增益（dB）Ta：星載天線的噪聲溫度（K）Tt：衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的等效噪聲溫度（K）數(shù)字衛(wèi)星廣播2．4廣播衛(wèi)星的電參數(shù)

2．4．4功率通量密度：（ψ）1、定義：衛(wèi)星發(fā)射出的電磁波達到地面時的功率通量密度。反映了衛(wèi)星信號到達地面時的強度。2、表達式ψ=EIRP-20lgd-10lg（4π）-△L（單位：dBW/m2）其中d：衛(wèi)星至地面的距離（m）△L：附加損耗又稱大氣衰減（dB）數(shù)字衛(wèi)星廣播2.6.2功率傳輸公式衛(wèi)星鏈路計算的基本出發(fā)點就是弗里斯(Friis)功率傳輸公式。Pr：接收天線輸送給匹配負載的功率Pt：發(fā)射天線的輸入功率PrPt5．1．3鏈路方程4、上行地球站的等效全向輻射功率EIRPE與衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器單載波飽和通量密度的關(guān)系為dU:上行地球站與衛(wèi)星之間的距離，單位為m5、噪聲功率Pn的表達式：k：玻爾茲曼常數(shù)；B：信道帶寬5．1．3鏈路方程6、模擬上行鏈路的載噪比:λ:衛(wèi)星上行信號的波長，單位為m7、數(shù)字衛(wèi)星上行鏈路的Eb/N0表達式：Rb：數(shù)字信號的碼率，單位：bit/s8、C/N與Eb/N05．1．3鏈路方程推導(dǎo)過程5．1．3鏈路方程衛(wèi)星鏈路分為上行鏈路和下行鏈路兩種，由于兩種鏈路的已知參數(shù)是不同的，因此上行鏈路方程和下行鏈路方程的形式略有區(qū)別。二、下行鏈路1、已知參數(shù)已知參數(shù)為：①衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的等效全向輻射功率EIRP，②接收點與衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器間的距離d，③衛(wèi)星接收天線的增益G，④衛(wèi)星接收系統(tǒng)的等效噪聲溫度T。接收鏈路分析主要公式1、下行鏈路自由空間傳播損耗L0,D

式中：d—星站距離，m；

λ—工作波長，m。接收鏈路分析主要公式（續(xù)）2、數(shù)字衛(wèi)星下行鏈路的Eb/N0，即下行鏈路方程

接收鏈路分析主要公式（續(xù)）式中：EIRPS—轉(zhuǎn)發(fā)器飽和等效全向輻射功率，dBW；BOo,S—轉(zhuǎn)發(fā)器輸出補償，稱為功率回退，dB；m—轉(zhuǎn)發(fā)器載波數(shù)；△LD—下行鏈路附加損耗，主要由降雨引起。單位：dB；L0—電波的擴散損耗，dB；k—玻爾茲曼常數(shù)，k=1.38×10-23J/K，10lgk=-228.6dBJ/K

接收鏈路分析主要公式（續(xù)）三、總鏈路方程

總鏈路的指標(biāo)由上行鏈路和下行鏈路的指標(biāo)串接而成。在實際工程問題中，由于上行鏈路的載噪比要比下行鏈路的載噪比大很多，因此總鏈路的載噪比主要由下行鏈路的載噪比確定。對于數(shù)字衛(wèi)星鏈路有式中：βU—上行鏈路噪聲因子，dB。通常取βU=0.5dB5.2衛(wèi)星接收站的工程設(shè)計在衛(wèi)星接收站的工程設(shè)計過程中，主要的工作是要根據(jù)衛(wèi)星的等效全向輻射功率相對接收信號質(zhì)量的要求，（1）確定接收天線的直徑；（2）計算衛(wèi)星接收天線的幾何參數(shù)：仰角、方位角、極化角（3）衛(wèi)星接收機的輸入電平（4）整個衛(wèi)星接收系統(tǒng)的等效噪聲溫度。5．2．1衛(wèi)星接收天線的幾何參數(shù)衛(wèi)星接收天線的幾何參數(shù)有天線的仰角EL、方位角AZ和極化角αp，以及接收地點與廣播衛(wèi)星之間的距離d。可以通過公式計算，也可以通過查曲線求得。工程上通常用查曲線的方法。5．2．1衛(wèi)星接收天線的幾何參數(shù)（1）、衛(wèi)星接收天線的仰角EL位置矢量R與地平面的夾角就是接收天線的仰角EL，（113頁，式5-18，或114頁，圖5-2）（2）、衛(wèi)星接收天線的方位角AZ位置矢量R在地平面上的投影與接收點正南方向的夾角，（114頁，式5-19，或114頁，圖5-2）2．6衛(wèi)星廣播中的電波傳播問題2．6．1極化1、極化方式：電磁波通過交變的磁場和電場向前傳輸，其中以電場方向表示極化方向。1）、線極化定義:當(dāng)時間變化時，若電場矢量的方向始終平行于某一直線，這樣的電波就稱為線極化波(線極化)。數(shù)字衛(wèi)星廣播2．6．1極化

應(yīng)用：廣播和通信領(lǐng)域中，大量地使用著線極化波．發(fā)射和接收線極化波的天線就稱為線極化天線。分類：線極化又可以根據(jù)極化方向分為：垂直極化和水平極化兩種方式。通常是以地平面為參考面，垂直于地面的線極化稱為垂直極化，而平行于地面的線極化則稱為水平極化。水平極化普遍應(yīng)用于短波廣播、電視廣播、調(diào)頻廣播等領(lǐng)域，而垂直極化則普遍應(yīng)用于中波廣播、移動通信等領(lǐng)域。2．6衛(wèi)星廣播中的電波傳播問題2．6．1極化1、極化方式：2）、圓極化定義：沿著電波傳播的方向看，圓極化波中電場矢量端點的運動軌跡為一個圓。分類：圓極化波也可以分為左旋圓極化和右旋圓極化兩種方式。順著波的傳播方向看去，若電場矢量順時針旋轉(zhuǎn)，就稱為右旋極化波；若電場矢量逆時針旋轉(zhuǎn)，就稱為左旋極化波。數(shù)字衛(wèi)星廣播2．4廣播衛(wèi)星的電參數(shù)

2．4．7頻率復(fù)用

1、目的充分利用寶貴的頻譜資源2、在兩種線極化波之間存在著所謂的“極化隔離”：具體說就是，水平線極化天線接收水平線極化波，而不接收垂直線極化波；反之，垂直線極化天線接收垂直線極化波，而不接收水平線極化波。這樣在同一頻率范圍之內(nèi)，我們同時使用水平線極化波和垂直線極化波來傳送兩路信號，兩者之間互相不干擾。數(shù)字衛(wèi)星廣播2．4廣播衛(wèi)星的電參數(shù)

2．4．7頻率復(fù)用區(qū)域性的衛(wèi)星廣播普遍采用線極化方式，其優(yōu)點是設(shè)備相對簡單，而缺點是接收天線調(diào)整賂微復(fù)雜一些。

兩種圓極化波之間也存在極化隔離，故我們可同時使用右旋圓極化波和左旋回極化波來傳送兩路信號。洲際性的衛(wèi)星廣播普遍采用圓極化方式，其優(yōu)點是接收天線調(diào)整相對簡單，而缺點是設(shè)備復(fù)雜一些。數(shù)字衛(wèi)星廣播（3）、衛(wèi)星接收天線的極化角αp接收點地平面與水平極化波電場平面之間的夾角。（4）查曲線法確定仰角、方位角和極化角給出的3個計算公式都比較復(fù)雜。而在工程設(shè)計過程之中，往往采用查曲線的方法來求出天線的仰角、方位角和極化角，這樣做的好處是計算方便、簡單易行，同時精度也足以滿足工程上的需要。圖5—2為接收天線仰角和方位角的曲線，其中橫坐標(biāo)為接收地點與衛(wèi)星經(jīng)度差的絕對值，而縱坐標(biāo)為接收地點的緯度，由這兩個參數(shù)就可以根據(jù)圖5—2來估算出天線仰角和方位角的數(shù)值，其誤差不超過2.5度。方位角仰角接收地點的緯度接收地點與衛(wèi)星經(jīng)度差的絕對值查表的具體步驟如下：①根據(jù)(5-16)式求出接收地點與衛(wèi)星的經(jīng)度差φ。注意：φ>0，表示衛(wèi)星在接收地點的西南方向上；φ=0，表示衛(wèi)星在接收地點的正南方向上：φ<0，表示衛(wèi)星在接收地點的東南方。②在圖5-2上找到代表接收地點緯度的橫線，并根據(jù)經(jīng)度差的絕對值在該線上標(biāo)出相應(yīng)衛(wèi)星的位置．如亞洲二號在圖5—2中的“1”點，亞太IA在“2”點，泛美四號在“3”點。

③根據(jù)每顆衛(wèi)星在圖中的位置，估計出具體的仰角和方位角數(shù)值，若細心一點的話，估計數(shù)值的誤差小于2.5度。④根據(jù)仰角的數(shù)值．從圖4-12（84頁）中找到對應(yīng)的天線噪聲溫度的數(shù)值。⑤采用類似的方法在圖5-3（114頁）中標(biāo)出衛(wèi)星的位置，然后估計出極化角的具體數(shù)值，估計數(shù)值的誤差不超過1.25度。查表的具體步驟如下（續(xù)）：(5)接收地點與同步衛(wèi)星間的距離d接收地點與同步衛(wèi)星間的距離也是由接收點經(jīng)緯度和衛(wèi)星位置所共同確定的，其計算公式為在地球上任何地點，衛(wèi)星天線到同步衛(wèi)星的距離的取值范圍是計算衛(wèi)星到接收地點間距離的目的是為了求出自由空間中電波的擴散損耗L0。將距離的實際數(shù)據(jù)代入(5—10)式，可以得到擴散損耗的取值范圍:在工程上C波段的電波擴散損耗可以按照196．2dB來計算，而Ku波段的電波擴散損耗可以按照205.8dB來計算，其誤差均不會超過0.67dB。

(5)接收地點與同步衛(wèi)星間的距離d（續(xù)）階段小結(jié)1、衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器單載波飽和通量密度2、衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的輸入補償B0i3、上行鏈路和下行鏈路涉及的的參數(shù)4、如何確定仰角，方位角（計算，查圖）5、接收地點與同步衛(wèi)星間的距離5.2.5工程設(shè)計實例任務(wù)：以亞洲3S衛(wèi)星C波段轉(zhuǎn)發(fā)器為例，進行上行和下行系統(tǒng)的鏈路計算。已知條件：發(fā)射端和接收端地點選擇濟南，設(shè)備參數(shù)：發(fā)射天線口徑為9米，固態(tài)功率放大器功率為200W，接收天線口徑為2.4米、2米、1.5米。亞洲3S衛(wèi)星參數(shù)：（以濟南為例）轉(zhuǎn)發(fā)器帶寬：36MHz工作頻段：上行5845－6425MHz下行3625－4200MHz軌道位置：105.5E上/下行極化方式：線性雙極化飽和功率通量密度：ψS=－89.3dBW/m2（上行鏈路）衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器有效全向輻射功率：EIRPs=40.6dBW（下行鏈路）5.2.5工程設(shè)計實例濟南地理位置：經(jīng)度117E，緯度36.65N(=36.65)，與衛(wèi)星的經(jīng)度差：=接收地點的經(jīng)度-衛(wèi)星的經(jīng)度=117—105.5=11.5。天線仰角：45.78度，（113頁，式5-18，或114頁，圖5-2）方位角：18.82度（即南偏西18.82度，若為負數(shù)則衛(wèi)星在接收地點的東南方），（114頁，式5-19，或114頁，圖5-2）衛(wèi)星到地球站距離：du為37498Km。（115頁，式5-21）5.2.5工程設(shè)計實例上行系統(tǒng)鏈路計算：已知（1）衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器飽和通量密度ψS：-89.3dBW/m2（2）衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的輸入補償BOi:6dB（3）衛(wèi)星發(fā)射天線的增益G:53.1dB（或者已知固態(tài)功放的發(fā)射功率）任務(wù)：固態(tài)功放需要多大的發(fā)射功率，或者確定上行站需要多大直徑的天線。上行地球站的等效全向輻射功率EIRPE與衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器單載波飽和通量密度的關(guān)系為：5.2.5工程設(shè)計實例上行系統(tǒng)鏈路計算：考慮到在多載波情況下保持良好的線性，轉(zhuǎn)發(fā)器的輸入功率回退6dB左右：EIRPE=-89.3+162.48-6=67.18dBW由于租用的帶寬為BMHz，則分配到一個SCPC載波EIRP值為：EIRPES=EIRPE-10lg（36/B）,B為每路SCPC的帶寬如何確定B?5.2.5工程設(shè)計實例上行系統(tǒng)鏈路計算：租用轉(zhuǎn)發(fā)器帶寬B一路標(biāo)清數(shù)字視頻壓縮后按照標(biāo)準(zhǔn)為:5Mbps一套立體聲電視伴音壓縮后標(biāo)準(zhǔn)為:0.256Mbps六套立體聲廣播壓縮后標(biāo)準(zhǔn)為：6×0.256=1.536Mbps；低速串行數(shù)據(jù)：0.0384Mbps；總信息速率:5+0.256+1.536+0.0384=6.8304Mbps.開銷為信息率的10%,則數(shù)據(jù)率為:6.8304×(1+0.1)=7.513Mbps傳輸速率Rb:取FEC=3/4,RS糾錯編碼為(204，188),則:Rb=7.513×4/3×204/188=10.87Mbps字符率(QPSK調(diào)制):10.87÷2=5.435Mbaud，取5.4Mbaud。占用帶寬(滾降系數(shù)為0.4):5.4×1.4=7.56MHz加保護帶后租用帶寬:7.56+0.16=7.72MHz，取7.7MHz5.2.5工程設(shè)計實例上行系統(tǒng)鏈路計算：EIRPES=EIRPE-10lg（36/B）=67.18-10lg（36/7.7）=67.18-6.7=60.48dBW上行站使用9米發(fā)射天線，增益為53.1dB@6.2GHz。天線發(fā)射端口功率P=EIRPES–G=60.48–53.1=7.38dBW考慮到功放到天線的饋線損耗約為2dB因此上行站固態(tài)功放的輸出功率應(yīng)為9.38dBW，即8.67W。5.2.5工程設(shè)計實例下行系統(tǒng)鏈路計算：（1）衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器等效全向輻射功率EIRP（2）衛(wèi)星接收天線的直徑、口面效率（3）衛(wèi)星接收天線的品質(zhì)因數(shù)G/T（4）下行鏈路的損耗任務(wù)：確定下行鏈路的Eb/N0，與DVB-S系統(tǒng)的誤碼性能要求對照，確定能否正確接收衛(wèi)星信號。5.2.5工程設(shè)計實例下行系統(tǒng)鏈路計算：由于租用的帶寬為7.7MHz，則分配到一個SCPC載波的EIRP值為：40.6—10lg（36/7.7）=33.9dBW?？紤]到在多載波情況下保持良好的線性，轉(zhuǎn)發(fā)器的輸出功率還應(yīng)回退4dB左右，從而一個SCPC載波的EIRP值為：EIRPS7.7=33.9—4=29.9dBW。5.2.5工程設(shè)計實例下行系統(tǒng)鏈路計算：天線和接收系統(tǒng)的噪聲溫度估算為80K。k為波茲曼常數(shù)1.38×10-23焦耳/K，下行鏈路總的損耗196dB（1）2.4米接收天線：天線直徑D=2.4m，口面效率65%G2.4=10lg[(πD/λ)2·η]=10lg[(2.4π/0.075)2·0.65]=38dB(G/T)2.4=38–10lg80=19dB/K(Eb/N0)2.4=EIRPS7.7–Ld+(G/T)2.4–10lgk–10lgRb=29.9–196+19–(-228.6)－70.3=11.2dB(門限5.5dB)5.2.5工程設(shè)計實例下行系統(tǒng)鏈路計算：（2）2米接收天線：天線直徑D=2m，G2=10lg[(πD/λ)2·η]=10lg[(2π/0.075)2·0.65]=36.6dB(G/T)2=36.6–10lg80=17.6dB/K(Eb/N0)2=29.9–196+17.6–(-228.6)－70.3=9.8dB(門限5.5dB)5.2.5工程設(shè)計實例下行系統(tǒng)鏈路計算：（3）1.5米接收天線：天線直徑D=1.5mG1.5=10lg[(πD/λ)2·η]=10lg[(1.5π/0.075)2·0.65]=34.1dB(G/T)1.5=34.1–10lg80=15.1dB/K(Eb/N0)1.5=29.9–196+15.1–(-228.6)－70.3=7.3dB(門限5.5dB)5．3衛(wèi)星接收站的安裝與調(diào)試5.3.1天線位置的選擇5.3.2天線的防雷5.3.3天線的安裝與調(diào)試5.3.4系統(tǒng)的日常維護5．3．1天線位置的選擇為了減輕地面微波中繼線的干擾，可以采用的措施有：（1）將天線放置在地面上，利用周圍現(xiàn)有的建筑物對微波干擾進行遮擋。理論分析和實際測量均表明，合理地利用建筑物的遮擋，可以將干擾信衰減20dB左右，一般來說這樣的衰減量是足夠的了。（2）天線放置在樓頂上、電梯間或水箱間等樓頂建筑物對微波干擾進行遮擋。（3）在微波干擾的方向設(shè)金屬屏蔽網(wǎng)。（4）在山區(qū)內(nèi)，適當(dāng)?shù)剡x擇在盆地或谷地安裝天線。在平原地區(qū)，在干擾十分嚴重的清況之下，可以考慮在地面上挖一個大坑，將天線放置在坑內(nèi)。5．3．1天線位置的選擇在天線位置選擇過程之中，除了要考慮微波干擾的問題之外、還要考慮在天線的主瓣方向上是否存在遮擋。對于衛(wèi)星接收天線來說，要求在距天線波束中心(即天線方向圖主瓣的中心線)5度的范圍以內(nèi)，不能有任何建筑物。4．1．2主要參數(shù)

二、方向圖與方向函數(shù)2/3/2023數(shù)字衛(wèi)星廣播622、坐標(biāo)系內(nèi)衛(wèi)星天線的方向圖：主瓣:包含最大接受方向旁瓣：其余的瓣后瓣：與主瓣方向相差180度4．1．2主要參數(shù)

二、方向圖與方向函數(shù)2/3/2023數(shù)字衛(wèi)星廣播633、幾個參數(shù)（1）半功率角：衡量主瓣的參數(shù)，記為HP。定義為天線的相對增益比最大值下降3dB的點對應(yīng)的角。即：只要方向偏離主瓣中心到達半功率角數(shù)值的一半，天線的實際增益就要下降3dB以上。所以：天線主瓣的中心應(yīng)該對準(zhǔn)接收的衛(wèi)星。5．3．2天線的防雷天線的防雷工作應(yīng)該按照國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》(CBJ57—83)來實施。若衛(wèi)星接收天線附近已經(jīng)有合格的避雷針的話，同時衛(wèi)星天線又處于該避雷針的有效防護區(qū)域之內(nèi)，則無需給衛(wèi)星接收天線加裝避雷針，但此時要求衛(wèi)星底座的接地電阻要小于4歐姆。避雷針的有效防護區(qū)域的形狀類似于一把雨傘，見圖5—11，其中避雷針的高度為H.避雷針一定要位于衛(wèi)星接收天線的背面，否則它也會對天線產(chǎn)生遮擋5．3．2天線的防雷若衛(wèi)星接收天線處于空曠地帶或處于已有避雷針的有效防護區(qū)域之外，這種情況下就應(yīng)該在天線的背面安裝合乎防雷規(guī)范的避雷針，或直接在天線主反射面單獨焊接一個長度約為2．5m、直徑約0.02m的避雷針，材料應(yīng)該選擇鍍鋅的圓鋼，頂部成針狀。

5．3．3天線的安裝與調(diào)試天線的安裝與調(diào)試包括：（1）物理連接①正確地安裝好饋源，防止偏焦，偏焦包括縱向偏焦和橫向偏焦；②調(diào)整好天線的極化方式。③調(diào)整好天線的指向。在實際中，一般可將天線的安裝與調(diào)試分為粗調(diào)和細調(diào)兩部分來進行。

4．1．3饋源

2/3/2023數(shù)字衛(wèi)星廣播一、喇叭天線與波導(dǎo)1、喇叭天線就是波導(dǎo)的開口面逐漸擴大形成的。2、波導(dǎo)是矩形或圓形的金屬管，傳播的電磁波稱為導(dǎo)行波。矩形波導(dǎo)的主模為TE10波，為橫電波。圓形波導(dǎo)的主模為TE11波，為橫電波。3、標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)內(nèi)壁的寬邊和窄邊長度為2：1。4、矩形波導(dǎo)是線極化的，電場的極化方向為波導(dǎo)的窄邊方向。對調(diào)整饋源很重要。圓形波導(dǎo)基本也是線極化。5、波導(dǎo)相當(dāng)于高通濾波器。4．1．3饋源

2/3/2023數(shù)字衛(wèi)星廣播696、圓形波導(dǎo)是衛(wèi)星天線饋源的核心組成部分。圓形波導(dǎo)(圓波導(dǎo))可以發(fā)射電磁波，同時也可以接收電磁波。由于圓波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)是完全對稱的，因此它既可以接收(發(fā)射)圓極化波，也可以接收(發(fā)射)線極化波。7、圓形波導(dǎo)的不足

圓形波導(dǎo)的開口面又稱為波導(dǎo)輻射器，它可以輻射或接收電磁被，因此是一種最簡單的口面天線形式。波導(dǎo)的開口面是一種弱方向性的天線，它存在著兩個明顯的不足之處：①由于波導(dǎo)開口面的面積有限，因此其增益比較低。②由于波導(dǎo)內(nèi)的波阻抗與自由空間的波阻抗不匹配，因此在口面上存在著比較強的反射波，這樣就會影響天線的口面效率。由于上述的原因，開口波導(dǎo)很少直接作為饋源使用。一、波導(dǎo)與喇叭天線4．1．3饋源

2/3/2023數(shù)字衛(wèi)星廣播708、解決的辦法將波導(dǎo)的開口面逐漸地擴大，就形成了所謂的喇叭天線。喇叭天線的口面面積較大，因此與開口波導(dǎo)相比，喇叭天線的增益較高；另外在喇叭天線中，波阻抗是逐漸地由波導(dǎo)的波阻抗過渡到自由空間的波阻抗，阻抗匹配狀況有了很大的改進，因此口面上的反射系數(shù)比較小。衛(wèi)星接收或發(fā)射天線廣泛使用喇叭天線作為饋源，喇叭天線的核心部分是一個直徑為0.6λ至1.1λ的圓波導(dǎo)。一、波導(dǎo)與喇叭天線4．1．3饋源

2/3/2023數(shù)字衛(wèi)星廣播719、圓喇叭的結(jié)構(gòu)

圓喇叭的結(jié)構(gòu)如圖4-16所示。因喇叭內(nèi)傳播的電波模式為TE11被，與圓波導(dǎo)中的主模是一樣的。一、波導(dǎo)與喇叭天線二、前饋饋源1、前饋饋源多采用90度波紋喇叭，既可以接受線極化波，也可以接受圓極化波。由圓波導(dǎo)、波紋、圓矩變換段和法蘭盤組成。2、圓波導(dǎo)：是饋源的核心部分,饋源的相位中心在波導(dǎo)口面的內(nèi)側(cè)，距離口面很近，安裝饋源時應(yīng)該將相位中心調(diào)整到反射而的焦點f處，這樣才能保證饋源的縱向安裝誤差為零。4、90度波紋喇叭：為了提高饋源的效率、減小口面的反射、改善饋源的方向圖，在圓波導(dǎo)的外部安裝一個或多個波紋，構(gòu)成90度波紋喇叭。4．1．3饋源

二、前饋饋源5、90度波紋的作用：在波紋內(nèi)激勵的TE10波和TE11波疊加，使得波紋口面的場分布均勻；改善了饋源和自由空間波阻抗匹配狀況；在正負50度范圍內(nèi)保證饋源的方向函數(shù)基本不變。前饋式衛(wèi)星接收天線大多采用它作90度波紋喇叭。6、法蘭盤、圓矩變換作為衛(wèi)星接收天線，饋源是通過法蘭盤與高頻頭連接在一起的，由于高頻頭的輸入端為矩形波導(dǎo)，因此在饋源內(nèi)部必須要設(shè)有一個圓矩變換段，將圓形波導(dǎo)逐步地過渡到矩形波導(dǎo)。4．1．3饋源

4．1．3饋源從波導(dǎo)的正前方觀察，圓波導(dǎo)中心有一條短的豎線，它是高頻頭輸入端內(nèi)的探針。它的方向就是天線的極化方向。阻抗變換器：圓波導(dǎo)和矩形波導(dǎo)的幾何形狀不同，它們的波阻抗也不同，為了減少反射，保證波阻抗匹配，在圓矩變換段內(nèi)設(shè)有阻抗變換器，它是由兩段長度為λ／4的過渡段組成。根據(jù)傳輸線理論，長度為λ／4的波導(dǎo)或饋線本身就構(gòu)成了阻抗變換器。采用圓矩變換之后，改變了波導(dǎo)的形狀，保證了阻抗匹配，同時還有利與極化方向的穩(wěn)定。二、前饋饋源五、雙極化饋源1、為什么用雙極化饋源為了能夠使用一副天線來同時接收衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)的水平極化波和垂直極化波，就必須使用雙極化饋源。雙極化饋源上有兩個相互垂直的法蘭盤，分別連接兩個高額頭來接收水平極化波和垂直極化波。目前在衛(wèi)星接收系統(tǒng)中，普遍采用了雙極化饋源。4．1．3饋源五、雙極化饋源2、目前常見的雙極化饋源的結(jié)構(gòu)有兩種類型：一種饋源的兩個法蘭盤位于一個平面上，見圖4—23，另一種饋源的兩個法蘭盤位于相互垂直的平面上，見圖4—24。由于圓形波導(dǎo)的對稱性，它可以同時接收水平極化波和垂直極化波，一個法蘭盤仍然位于圓波導(dǎo)的后面，同時在波導(dǎo)壁的一側(cè)開一個矩形的口，電磁波的能量可以這兒輸出到另一個法蘭盤。4．1．3饋源五、雙極化饋源由于后饋饋源的長度是比較長，因此后饋式雙極化饋源中，增設(shè)的法蘭盤就直接安裝在圓波導(dǎo)的側(cè)面，法蘭盤的寬邊與圓波導(dǎo)的軸線平行，這樣兩個法蘭盤就位于兩個相互垂直的平面上。前饋饋源的長度受到了一定的限制，所以增設(shè)的法蘭盤往往與波導(dǎo)后方的法蘭盤安裝在一個平面之上。4．1．3饋源六、一體化饋源1、所謂“一體化饋源”就是將饋源與高頻頭組合在一起。目前作為集體接收系統(tǒng)比較流行的是雙極化雙輸出一體化饋源。見圖4—25。2、一般結(jié)構(gòu)這種一體化饋源內(nèi)部有兩個獨立的高頻頭，分別對應(yīng)著水平極化和垂直極化，輸出端有兩個F型接頭，分別輸出水平極化頻道的第一中頻信號和垂直極化頻道的第一中頻信號，使用起來十分方便。。4．1．3饋源4．2高頻頭

1、高頻頭通常記為LNB，功能是（1）低噪聲放大，（2）下變頻，（3）中頻放大。2、衛(wèi)星廣播的一個主要特點就是信號微弱，為了盡可能地減少噪聲的影響，在衛(wèi)星接收系統(tǒng)中是將高頻頭直接與饋源相連接，若將高頻頭與饋源組合在一起就稱為一體化饋源。3、由于電纜對于微波信號的衰減是很大的，因此無論在C波段還是在Ku波段，都需要把衛(wèi)星的下行信號頻率降低至衛(wèi)星接收系統(tǒng)中的第一中頻。4．2．1高頻頭框圖高頻頭由輸入法蘭盤、矩形波導(dǎo)、耦合裝置、低噪聲放大器(LNA)、本振、混頻、中放和電源穩(wěn)壓幾部分組成。950～1750MHz5150MHz

1、高頻頭輸入端為一個矩形波導(dǎo)，為了便于與饋源連接，在波導(dǎo)口面處有法蘭盤，而法蘭盤都是按照標(biāo)準(zhǔn)的尺寸制造的。與饋源一樣，C波段高頻頭的法蘭盤型號為CPR229G,其外形是個矩形；而Ku波段高頻頭的法蘭盤的外形則是一個正方形，兩種法蘭盤的形狀和具體尺寸如圖4—18所示。2、高頻頭的輸出端是一個陰性的F型接頭第一中頻電纜通過此接頭與高頻頭連接在一起.陰性的F型接頭的直徑為10mm，其上的螺紋有英制和公制兩種類型，目前高頻頭使用的多為英制F型接頭。3、高頻頭中的低噪聲放大器與矩形波段之間設(shè)有一個耦合裝置，這個耦合裝置將波導(dǎo)內(nèi)傳播的電磁波能量轉(zhuǎn)換成為電流．然后送入放大器進行放大。4、耦合裝置有電耦合和磁耦合兩種方式電耦合方式是在矩形波導(dǎo)內(nèi)放置一個金屬探針，各探針與矩形波導(dǎo)的窄邊平行，它代表了高頻頭的極化方向，探針在電場的激勵之下產(chǎn)生電流；磁耦合方式是在矩形波導(dǎo)內(nèi)放置一個小金屬環(huán)，環(huán)的法線方向與波導(dǎo)內(nèi)的電場垂直，小環(huán)在磁場的激勵之下產(chǎn)生感應(yīng)電流。5、低噪聲放大器通常由四級放大或五級放大組成點，前兩級放大電路按照低噪聲要求設(shè)計，工作電流比較小，而后兩級(后三級)則按照高增益要求設(shè)計，工作電流比較大。6、放大器的輸入阻抗為50Ω，同時為了保證工作穩(wěn)定，各級放大電路均設(shè)有阻抗匹配電路，故各級的輸入阻抗和輸出阻抗都是50Ω。整個高額頭的增益主要由低噪聲放大器決定。7、混頻器產(chǎn)生第一中頻信號：混頻器中的射頻信號頻率fRF與本振信號頻率fOS之差就是第一中頻信號:

fi=|fRF-

fOS|8、高本振與低本振：高本振：當(dāng)本振頻率高于射頻信號頻率時，稱為高本振；低本振：而當(dāng)本振頻率低于信號頻率時，就稱為低本振。目前，因為本振頻率不容易做得很高，Ku波段的高頻頭多采用低本振，而C波段的高額頭多采用高本振