广播电视卫星地球站的系统设备及测试监控探讨

摘要：随着全球广播电视全面向网络化、数字化进发，广播电视节目从制作、播控、发送到接收都将逐渐全面数字化，并可对各环节进行必要的网络实时监控，从而保证性能可靠性的提高和处理环节的智能化。卫星通信地球站主要构成设备有天线设备、高功率放大设备、低噪声接收设备、变频设备和相应的调制解调设备所构成。本文就典型的广播电视卫星地球站的系统设备及测试监控系统的基本要素进行了探讨。

关键词：广播电视；卫星通信地球站；系统设备

中图分类号：TN927文献标识码：A文章编号：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 广播电视卫星通信地球站天线分系统

天线分系统包括天线机械系统、馈源及天线跟踪三部分。它是地球站的主要设备之一，直接决定着地球站的品质因素G/T值。天线的作用是将地球站的发射功率有效地转换成电磁波的能量，并发向卫星，同时将分布于空间卫星发出的极微弱的电磁波能量有效地转换成同频信号的高频功率馈送给接收机。它应具有高增益、低旁瓣、强辐射、低噪声等特点。根据天线收、发互易原理，一副天线既一可用作发射，也可用作接收。事实上地球站都是用一副天线同时完成收发功能的。天线的机械系统包括主反射器、副反射器、底座、驱动齿轮和伺服系统。它的主要作用是完成电磁波的辐射和接收，提高天线增益。天线的馈源系统包括喇叭、极化器、双工器等。它的主要作用是完成高频功率与电磁波间的相互转换，实现发送接收共用一副天线，实现双极化频率再用。天线的跟踪系统包括跟踪接收机以及相应地自动跟踪装置。如前所述，静止只星每天在上空做“8”字漂移，特别是处于倾斜轨道应用的静止卫星，每大的“8”字漂移范围比较大。另一方面，大、中型地球站的天线波束宽度(即天线主波束的半功率点夹角)较窄，一般为0.05度-1.2度，所以大线必须具有良好的自动跟踪功能。所谓自动跟踪系统是指该系统处理接收到的卫星信标信号，并驱动天线方位马达和俯仰马达，使天线对准卫星。

2 广播电视卫星通信地球站高功率放大设备

高功率放大设备，顾名思义，是地球站大功率放大，它是在地球站发射部分的最后一级放大，是决定地球站EIRP能力的关键部件之一。目前，地球站使用的高功率放大器有两类，一类是速调管高功率放大器，其工作带宽可达40MHz，最大额定输出功率可达3kw，包括输入级的中功率放大器的增益，其增益可达78dB以上。另一类是行波管高功率放大器，其工作带宽可达500一6OOMHz，能覆盖整个卫星通信C频段的上行频率，目前已生产出最大额定输出功率为3kw行波管高功率放大器。对于传统的调频方式模拟载波或电视模拟载波来说，由于它们所需的EIRP较高，占用的频带较宽，一般一两个载波就占用一部速调管高

功率放大器。而对于新型的数字业务载波如IDR载波，由于所需的EIRP较小，一般多个载波共用一部行波管高功率放大器。当多个载波共用一部高功率放大器放大时，必须注意由于管子的非线性导致载波间的互调而产生的互调噪声，这种噪声随着管子的工作点接近饱和点而迅速上升。该现象在行波管高功率放大器中尤为突出，对速调管高功率放大器而言，当同时放大多个载波时，同样也存在着这一问题。为了减小互调噪声，通常采用的方法是牺牲一些功率，使管子的工作点从饱和点有一些回退。另外，对于行波管放大器也可采用一些均衡器，如线性化器，部分地补偿在多载波工作时，为了降低互调噪声而造成的功率损失。

为了提高通信可靠性，大多数地球站的高功率放大系统都采用l+l备用或n+1备用。

3 广播电视卫星通信地球站低噪声接收设备

低噪声接收设备又称低噪声放大器，是地球站接收分系统的第一级放大器。考虑到卫星发出的信号经36000knl的长距离传输，空间损耗很大，从天线接收下来的弱小信号必须先经过放大才能解调，并考虑到由第一级放大器引入的噪声必须很小，才能保证接收的信号具有一定的信噪比。因此要求低噪声放大器应当具有较低的噪声温度、足够的带宽、较大的放大倍数等特点。

由于地球站系统噪声温度基本上是天线噪声温度与低噪声放大器的噪声温度之和，因此低噪声放大器的噪声温度的大小直接决定着地球站系统噪声温度的大小，与地球站的G/T值有着密切的关系。早期的低噪声放大器工作在由液态氦致冷的封闭空间的致冷参量放大器，给运行维护带来了极大的不便，后来随着微波器件的改进，出现了工作在常温状态卜的参量放大器，它使得维护工作变得简单。随着半导体器件的发展，又出现了种新型低噪声放大器—砷化嫁场效应管放大器，目前己进入实用阶段。典型的低噪声放大器的放大倍数为60dB，带宽为500MHZ或575MHZ，4GHz噪声温度在35一55K之间，11GHz时噪声温度在150K左右。为确保地球站接收系统可靠运行，大多数

地球站的低噪声接收机都采用1+1备用或2+1备用。

4 广播电视卫星通信地球站上、下变频器

卫星通信使用的频率为4/6GHz或11/14GHz，在地球站被称之为射频。如果在射频频率上直接对信号调制、解调，利用目前的工艺和技术水平是很难做到的，因为所要求的占用频带宽度与射频频率相差1000倍左右。为了解决这一问题，采取的办法是先在一个合适的频率上进行调制解调，然后再进行频率搬移。这一合适的中间频率被称为中频，一般为70MHz正负18MHZ或140MH正负36MHz。上、下变频器就是用来在射频与中频之间进行频谱搬移。另外，利用上、下变频器进行频谱搬移，还可以容易将己调信号放在所分配的射频频率位置上，从而使得调制器、解调器规格统一。对上、下变频器的主要要求是无失真地进行频谱搬移。

5 广播电视卫星通信地球站调制解调器

来自地面的模拟或数字信号需经过某种方式调制才能发向空间进行传输，以提高信号传输信噪比及抗千扰能力。目前使用的调制解调器有两大类：一类是调频调制解调器，在发端信号对载波的频率进行连续的调制，收端用鉴频器将信号解调，该方式多用于模拟信号的调制解调。另一类是调相调制解调器，一般是数字信号对载波的相位进行调制，在收端用鉴相器对载波相位进行检测将信号取出。对于不同类型的调制解调器，其技术指标要求也各不相同，但都应满足一定的信噪比或误码率的质量指标要求。

6 广播电视卫星通信地球站的性能指标和测试监控

衡量一个地球站的指标有两类:第一类指标主要标志着地球站的性能和系统硕士论文广播电视性星地球站系统设计传输能力。如地球站的品质因数G/T值，天线收、发增益，天线旁瓣特性等。第二类指标与地球站发射或接收信号的质量相关，如频率响应、时延、互调、信噪比、误码率等。

地球站测试是检验地球站性能，保证地球站正常稳定工作的一个靛要手段。地球站测试一般可分为三类:单机测试、分系统测试、卫星链路开通测试。这三类测试是相互关联的，并且是递进的。比如构成分系统的设备首先要满足单机指标，在此基础上才一能建立起分系统，类似地，当某一地球站想要与另一个地球站建立新的业务连接时，首先这个地球站内的各个分系统都需要满足分系统指标，方可进行与另一个站的开通测试。地球站测试涉及到的仪表种类也较为广泛，从频率生二看来，从射频到基带。常用的有功率计、频谱分析仪、射频网络分析仪、微波网络分析仪、计数器、中频噪声测试仪、信号发生器等。在基带方面，如果是数字业务需要配备误码分析仪，如果是模拟业务需要配备信号发生器、选频电平表，如果是电视业务则需要电视波形信号发生器、电视波形示波器、音频信号发生器、音频信号分析仪等。

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收稿日期：2008-04-06

作者简介：刘圣兵（1974-），男，湖北荆门人，武汉大学毕业，现为湖北广播电视卫星地球站电视工程工程师。