廣播電視衛星地球站的系統設備及測試監控探討

摘要：隨著全球廣播電視全面向網絡化、數字化進發，廣播電視節目從制作、播控、發送到接收都將逐漸全面數字化，并可對各環節進行必要的網絡實時監控，從而保證性能可靠性的提高和處理環節的智能化。衛星通信地球站主要構成設備有天線設備、高功率放大設備、低噪聲接收設備、變頻設備和相應的調制解調設備所構成。本文就典型的廣播電視衛星地球站的系統設備及測試監控系統的基本要素進行了探討。

關鍵詞：廣播電視；衛星通信地球站；系統設備

中圖分類號：TN927文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2008)18-2pppp-0c

Radio and Television Satellite Earth Station Equipment and Test the System of Monitoring

LIU Sheng-bing

(Hubei Radio and TV Satellite Earth Station,Hubei,430071,China)

Abstract:As to the overall global radio and television network, and towards digital, radio and television programs from the production, Studio, will be sent to gradually receive full digital, and all sectors of the necessary real-time monitoring network, thus ensuring the reliability of performance enhancing And intelligent handling of thelink.Satellite communications earth station equipment is a major antenna equipment, high-power amplification equipment, low-noise receiver equipment, frequency conversion equipment and the corresponding modem posed by the equipment. In this paper, typical of radio and television satellite earth station equipment and test the system monitoring system the basic elements were discussed.

Key words:Radio and TV;Satellite Communication Earth Station;Systems and Equipment

1 廣播電視衛星通信地球站天線分系統

天線分系統包括天線機械系統、饋源及天線跟蹤三部分。它是地球站的主要設備之一，直接決定著地球站的品質因素G/T值。天線的作用是將地球站的發射功率有效地轉換成電磁波的能量，并發向衛星，同時將分布于空間衛星發出的極微弱的電磁波能量有效地轉換成同頻信號的高頻功率饋送給接收機。它應具有高增益、低旁瓣、強輻射、低噪聲等特點。根據天線收、發互易原理，一副天線既一可用作發射，也可用作接收。事實上地球站都是用一副天線同時完成收發功能的。天線的機械系統包括主反射器、副反射器、底座、驅動齒輪和伺服系統。它的主要作用是完成電磁波的輻射和接收，提高天線增益。天線的饋源系統包括喇叭、極化器、雙工器等。它的主要作用是完成高頻功率與電磁波間的相互轉換，實現發送接收共用一副天線，實現雙極化頻率再用。天線的跟蹤系統包括跟蹤接收機以及相應地自動跟蹤裝置。如前所述，靜止只星每天在上空做“8”字漂移，特別是處于傾斜軌道應用的靜止衛星，每大的“8”字漂移范圍比較大。另一方面，大、中型地球站的天線波束寬度(即天線主波束的半功率點夾角)較窄，一般為0.05度-1.2度，所以大線必須具有良好的自動跟蹤功能。所謂自動跟蹤系統是指該系統處理接收到的衛星信標信號，并驅動天線方位馬達和俯仰馬達，使天線對準衛星。

2 廣播電視衛星通信地球站高功率放大設備

高功率放大設備，顧名思義，是地球站大功率放大，它是在地球站發射部分的最后一級放大，是決定地球站EIRP能力的關鍵部件之一。目前，地球站使用的高功率放大器有兩類，一類是速調管高功率放大器，其工作帶寬可達40MHz，最大額定輸出功率可達3kw，包括輸入級的中功率放大器的增益，其增益可達78dB以上。另一類是行波管高功率放大器，其工作帶寬可達500一6OOMHz，能覆蓋整個衛星通信C頻段的上行頻率，目前已生產出最大額定輸出功率為3kw行波管高功率放大器。對于傳統的調頻方式模擬載波或電視模擬載波來說，由于它們所需的EIRP較高，占用的頻帶較寬，一般一兩個載波就占用一部速調管高

功率放大器。而對于新型的數字業務載波如IDR載波，由于所需的EIRP較小，一般多個載波共用一部行波管高功率放大器。當多個載波共用一部高功率放大器放大時，必須注意由于管子的非線性導致載波間的互調而產生的互調噪聲，這種噪聲隨著管子的工作點接近飽和點而迅速上升。該現象在行波管高功率放大器中尤為突出，對速調管高功率放大器而言，當同時放大多個載波時，同樣也存在著這一問題。為了減小互調噪聲，通常采用的方法是犧牲一些功率，使管子的工作點從飽和點有一些回退。另外，對于行波管放大器也可采用一些均衡器，如線性化器，部分地補償在多載波工作時，為了降低互調噪聲而造成的功率損失。

為了提高通信可靠性，大多數地球站的高功率放大系統都采用l+l備用或n+1備用。

3 廣播電視衛星通信地球站低噪聲接收設備

低噪聲接收設備又稱低噪聲放大器，是地球站接收分系統的第一級放大器?？紤]到衛星發出的信號經36000knl的長距離傳輸，空間損耗很大，從天線接收下來的弱小信號必須先經過放大才能解調，并考慮到由第一級放大器引入的噪聲必須很小，才能保證接收的信號具有一定的信噪比。因此要求低噪聲放大器應當具有較低的噪聲溫度、足夠的帶寬、較大的放大倍數等特點。

由于地球站系統噪聲溫度基本上是天線噪聲溫度與低噪聲放大器的噪聲溫度之和，因此低噪聲放大器的噪聲溫度的大小直接決定著地球站系統噪聲溫度的大小，與地球站的G/T值有著密切的關系。早期的低噪聲放大器工作在由液態氦致冷的封閉空間的致冷參量放大器，給運行維護帶來了極大的不便，后來隨著微波器件的改進，出現了工作在常溫狀態卜的參量放大器，它使得維護工作變得簡單。隨著半導體器件的發展，又出現了種新型低噪聲放大器—砷化嫁場效應管放大器，目前己進入實用階段。典型的低噪聲放大器的放大倍數為60dB，帶寬為500MHZ或575MHZ，4GHz噪聲溫度在35一55K之間，11GHz時噪聲溫度在150K左右。為確保地球站接收系統可靠運行，大多數

地球站的低噪聲接收機都采用1+1備用或2+1備用。

4 廣播電視衛星通信地球站上、下變頻器

衛星通信使用的頻率為4/6GHz或11/14GHz，在地球站被稱之為射頻。如果在射頻頻率上直接對信號調制、解調，利用目前的工藝和技術水平是很難做到的，因為所要求的占用頻帶寬度與射頻頻率相差1000倍左右。為了解決這一問題，采取的辦法是先在一個合適的頻率上進行調制解調，然后再進行頻率搬移。這一合適的中間頻率被稱為中頻，一般為70MHz正負18MHZ或140MH正負36MHz。上、下變頻器就是用來在射頻與中頻之間進行頻譜搬移。另外，利用上、下變頻器進行頻譜搬移，還可以容易將己調信號放在所分配的射頻頻率位置上，從而使得調制器、解調器規格統一。對上、下變頻器的主要要求是無失真地進行頻譜搬移。

5 廣播電視衛星通信地球站調制解調器

來自地面的模擬或數字信號需經過某種方式調制才能發向空間進行傳輸，以提高信號傳輸信噪比及抗千擾能力。目前使用的調制解調器有兩大類：一類是調頻調制解調器，在發端信號對載波的頻率進行連續的調制，收端用鑒頻器將信號解調，該方式多用于模擬信號的調制解調。另一類是調相調制解調器，一般是數字信號對載波的相位進行調制，在收端用鑒相器對載波相位進行檢測將信號取出。對于不同類型的調制解調器，其技術指標要求也各不相同，但都應滿足一定的信噪比或誤碼率的質量指標要求。

6 廣播電視衛星通信地球站的性能指標和測試監控

衡量一個地球站的指標有兩類:第一類指標主要標志著地球站的性能和系統碩士論文廣播電視性星地球站系統設計傳輸能力。如地球站的品質因數G/T值，天線收、發增益，天線旁瓣特性等。第二類指標與地球站發射或接收信號的質量相關，如頻率響應、時延、互調、信噪比、誤碼率等。

地球站測試是檢驗地球站性能，保證地球站正常穩定工作的一個靛要手段。地球站測試一般可分為三類:單機測試、分系統測試、衛星鏈路開通測試。這三類測試是相互關聯的，并且是遞進的。比如構成分系統的設備首先要滿足單機指標，在此基礎上才一能建立起分系統，類似地，當某一地球站想要與另一個地球站建立新的業務連接時，首先這個地球站內的各個分系統都需要滿足分系統指標，方可進行與另一個站的開通測試。地球站測試涉及到的儀表種類也較為廣泛，從頻率生二看來，從射頻到基帶。常用的有功率計、頻譜分析儀、射頻網絡分析儀、微波網絡分析儀、計數器、中頻噪聲測試儀、信號發生器等。在基帶方面，如果是數字業務需要配備誤碼分析儀，如果是模擬業務需要配備信號發生器、選頻電平表，如果是電視業務則需要電視波形信號發生器、電視波形示波器、音頻信號發生器、音頻信號分析儀等。

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收稿日期：2008-04-06

作者簡介：劉圣兵（1974-），男，湖北荊門人，武漢大學畢業，現為湖北廣播電視衛星地球站電視工程工程師。