光纤传输技术在卫星监测中的应用

肖 鑫，蔡鸿昀，林 辉，周 平

（国家无线电监测中心深圳监测站，深圳 518120）

光纤传输技术在卫星监测中的应用

肖 鑫，蔡鸿昀，林 辉，周 平

（国家无线电监测中心深圳监测站，深圳 518120）

信号传输链路是卫星监测系统的重要组成部分。目前卫星监测系统中信号传输链路普遍采用规则金属波导传输系统，该系统存在铺设工作量大、需要配备附属设备和维护难度大等缺点。本文首先分析了以光纤传输系统作为信号传输链路的优势，并进行了大量相关实际测试后发现，光纤链路用于卫星监测信号传输，不但能使系统构架更为简单，后期维护更加简便，而且有效减小被传输信号的失真度，是未来卫星监测链路发展的重要趋势之一。

光纤传输；卫星监测；规则金属波导

1 引言

在卫星监测整体系统中，信号传输链路是其重要的组成部分之一，它负责将信号从天线塔基传到机房。在信号传输链路中，波导是其主体构成。目前各卫星监测系统中常用的波导为规则金属波导，使用光纤代替规则金属波导是卫星监测发展的重要趋势。

波导是一种在微波或者可见光波段中传输电磁波的装置，是用来定向引导电磁波的结构，用于无线电通信、雷达、导航等无线电领域。微波沿普通的双导线传输时，由于导线的辐射效应和电流的趋肤效应，导致导线的损耗大增，使微波能量无法完全有效地传输，因此，一般不用双导线来传送微波，而需要使用波导传送。目前各卫星监测系统中常用的波导为规则金属波导。

2 规则金属波导在卫星监测中应用

规则金属波导是指各种截面形状的无限长笔直的空心金属管，其截面形状和尺寸、管壁的结构材料及管内介质填充情况沿其管轴方向均不改变[1]。目前，卫星监测通常是对C频段和Ku频段卫星信号进行监测，C频段的标称频段为4/6GHz频段，Ku频段的标称频段为11/14GHz和12/14GHz频段，它们属于微波波段中的厘米波段。规则金属波导是厘米波段最常用的传输线，它包括矩形波导、圆形波导和同轴波导（通常称为同轴线）等。

因为同轴线内导体附近电场较强，大功率应用时容易引起“击穿”，因此，同轴线在远距离大功率传输的应用中受到限制[2]。所以，卫星监测系统中较常采用的规则金属波导为矩形波导、圆形波导等，它们一般内充空气作为波导内媒质。

规则金属波导由于自身的封闭结构，使得其可以避免外界干扰和辐射损耗；又因其无内导体，使得其导体损耗和介质损耗小，功率容量大；而且结构简单，易于制造，机械强度大。因为以上优点，目前卫星监测系统常采用规则金属波导。但是规则金属波导对内媒质要求较高，常用干燥空气作为其内媒质。假如规则金属波导内部潮湿，将会导致其性能直线下降，传输的信号衰减严重。为了避免这一情况的出现，需要增加波导充气机，用以保证干燥空气的注入。由于规则金属波导为长直形，且直径较粗，进行铺设时较为费时费力，若遇复杂地形如弯道，则还需与弯角波导等特殊形状波导连接，以绕过障碍物，后期维护也较为不易。

3 光纤传输技术的优势

光纤传输是以光纤为介质进行的数据、信号传输。在卫星监测系统中，用光纤代替规则金属波导，有以下优势：

⊙ 信号传输的频带宽。频带的宽窄代表着传输容量的大小，载波的频率越高，可以传输信号的频带宽度就越大，则传输速率就越高。

⊙ 损耗低，信号传输的衰减小，传输距离远。光纤传输损耗比其他传输介质的传输损耗要低很多。信号在损耗低的介质中传输，衰减自然小。在接收端要求同等信号质量的前提下，光纤传输的更远。

⊙ 体积小、重量轻、柔性强、稳定性强，适于特殊环境的工作。光纤具有比重小、极强的抗腐蚀性和绝缘性、耐高压、柔韧性好、不导电、不受电磁场干扰等优点。由于光纤传输时损耗几乎不随温度变化而改变，所以不必担心因环境温度变化而造成信号电平的波动。光纤几何形状也可依环境要求调整，这就使得在铺设中避让障碍物变得简单易行。

⊙ 价格低廉，寿命长，维护成本低。光纤的弱导特性是其与圆形波导之间的重要差别之一。弱导特性指很小的折射率差就能构成良好的光纤传输结构，为制造提供了很大的方便[3]。而且光纤价格低，对各种环境的强适应性强、寿命长，维护成本低。

可见，光纤的使用不但在卫星监测系统构架和后期维护的简便性方面有极大的提升，而且对卫星监测得到的信号数据的准确度方面也有改善。

4 光纤传输技术在卫星监测中的应用

卫星监测系统中，采用光纤传输技术的信号传输链路由光端机和光纤组成，两个光端机和一条光纤就构成了一个光纤传输系统，图1为采用光纤传输的卫星监测系统架构图。卫星接收天线接收到的信号，经过低噪声放大器（LNA），再通过光纤传输系统传送到卫星监测设备。

图1 采用光纤传输的卫星监测系统架构图

光端机的主要作用是进行电信号和光信号之间转换，由光纤将光信号在两个光端机之间进行传输。在光纤传输过程中，信息由光波携带，而光波就是载波，把信息加载到光波上的过程就是调制，调制与解调工作一般由光端机完成。

光纤作为传输介质，是光纤传输系统的重要组成部分，按传播模式不同光纤可以分为单模光纤和多模光纤。根据卫星监测系统的实际需求，一般采用单模光纤，用以实现长距离、快速、高性能的信号传输。色散是衡量光纤优劣的重要参数之一，对于单模光纤，色散是由于传输的光信号中的不同频率成分，由于速度的不同而使得传播时间不同，造成光信号中的不同频率成分的光到达光端机有先有后，形成时间的展宽，从而产生波形畸变的一种现象。在1 310nm波长处，单模光纤的总色散为零[4]，满足了卫星监测系统的实际需求。在ITU-T G652建议书中描述了这种常规单模光纤，并确定了其主要参数。

5 实际测试

在实际卫星监测工作环境下，对规则金属波导传输系统和光纤传输系统进行对比测试（如图2）。卫星接收天线接收到信号，经过低噪声放大器（LNA），由功分器将输入信号分成两路相同的输出信号，这两路信号分别通过光纤传输系统和规则金属波导传输系统传输到卫星监测系统。

图2 对比测试链路示意图

在卫星监测中，信号的EIRP为需要监测的最重要参数之一。EIRP显示信号的区域覆盖情况，而相关卫星信号的覆盖情况给边境协调等国际事务提供重要的依据。在卫星监测设备中，分别测量计算这两路信号的EIRP值，并对得到的结果进行对比。通过对三颗卫星的4个信标信号进行测量计算，对比光纤传输系统和规则金属波导传输系统作为信号传输单元时这4个信号的EIRP值，如表1。将表1中的数据绘制成图3的折线图。

表1 通过两个传输系统收得信号的EIRP值（dBW）比较

图3 比较结果示意图

由表1和图3所示，以光纤传输系统作为信号传输链路，传输所得的信号质量更好一些，链路损耗和失真小，测得的信标EIRP值更接近于标称值。这说明在卫星监测上使用光纤传输，对测得到的信号数据的准确度有一定改善。

6 结束语

在卫星监测系统中，信号传输链路担负着将信号从天线塔基传到机房的工作，目前，各卫星监测系统中常用的信号传输链路多以规则金属波导传输系统为主。本文分析了规则金属波导传输系统的不足，以及光纤传输系统作为信号传输链路的优势，并且通过实测数据进行验证，说明了光纤传输用于卫星信号监测系统，不但能使系统构架更为简单，后期维护更简便，而且有效减小被传输信号的失真度，对无线电监测工作的改进有着积极的意义。

[1] 廖承恩．微波技术基础[M]．西安：西安电子科技大学出版社，1994.

[2] 陈抗生．电磁场与电磁波[M]．北京：高等教育出版社，2003.

[3] 安毓英，刘继芳，李庆辉．光电子技术[M]．北京：电子工业出版社，2004.

[4] ITU-T. Recommendation G.652, 2009, Characteristics of a single-mode optical fibre and cable[S]. [S.L.]: ITU, 2009.

Application of Optical Fiber Transmission Technology in Satellite Monitoring

Xiao Xin, Cai Hongyun, Lin Hui, Zhou Ping
(The State Radio Monitoring Center Shenzhen Station,Shenzhen, 518120)

Signal transmission link is an important part of the satellite monitoring system. Currently, the signal transmission link of satellite monitoring system commonly used the rule metal waveguide transmission system, which has some shortcomings. For example, people need spend a lot of time and energy in laying, metal waveguide needs ancillary equipments and it is also difficult to maintain. This paper analyzes the advantages of the optical fiber transmission system used as the signal transmission link, then carried out a number of relevant practical tests. It has found that the optical fiber link used in satellite monitoring signal transmission, not only making the system architecture much simpler and maintenance easier, but also effectively reducing the distortion of the signal to be transmitted. The optical fiber link is one of important trends in the development of the future satellite monitoring link.

optical fiber transmission; satellite monitoring; rule metal waveguide

10.3969/j.issn.1672-7274.2014.08.014

TN014

A

：1672-7274（2014）08-0052-03

肖 鑫，硕士研究生，国家无线电监测中心深圳监测站助理工程师，主要从事无线电监测以及卫星干扰源上行站定位工作，主要研究方向为卫星通信新技术研究，盲信号分析等。

周 平，硕士研究生，国家无线电监测中心深圳监测站助理工程师，主要从事无线电监测以及卫星干扰源上行站定位工作，主要研究方向为天线与微波技术，信号分析等。

林 辉，硕士研究生，国家无线电监测中心深圳监测站助理工程师，主要从事无线电监测以及卫星干扰源上行站定位工作，主要研究方向为卫星监测新技术研究，信号分析等。

蔡鸿昀，本科，国家无线电监测中心深圳监测站助理工程师，主要从事无线电监测、卫星干扰源上行站定位以及卫星监测设备维护工作，主要研究方向为卫星监测新技术研究，天线技术研究等。