广播电视卫星上行传输系统技术指标测试

梁卫东　张小平

1.2.内蒙古新闻出版广电局501台　内蒙古　呼和浩特市　010070

引　言

可分为三部分：基带技术指标测试、射频技术指标测试和天线入网测试。本文主要介绍射频技术指标测试和天线入网测试。

广播电视卫星地球站的主要技术任务是对数字广播电视基带信号经过处理发射给广电专用卫星，最后经卫星转发到所覆盖的区域。广播电视信号经过信源编码、节目复用、中频调制、上行变频、功率放大，最后通过波导送给旋转抛物面天线发向指定卫星。为了确保传输系统的可靠运行，须确保每个环节的播出设备能够按规定的技术指标运行。卫星上行系统的技术指标测试主要

1　卫星上行系统射频指标测试

卫星上行系统主要的射频指标测量包括：系统三阶互调、系统相位噪声、系统调制波形、系统杂散输出、系统频率稳定度、系统功率稳定度、带内平坦度、系统1dB压缩点等指标，下面分别予以介绍。

1.1　系统三阶互调

一般高功率放大器（以下简称高功放）的非线性失真直接影响卫星上行系统的三阶互调指标，国内规定三阶互调指标应小于-34dBc。

通常使用的三阶互调测试方法是：使用一台调制器发送70MHz单载波信号F1，同时使用扫频信号发生仪发射F2单载波，合成后送往上变频器，在高功放输出耦合口处接频谱仪测试，频谱分析仪中2个单载波为输入频率，2个三阶互调产物为2F1-F2和2F2-F1，2F1-F2或2F2-F1与输入单载波信号的电平差就是该系统的三阶互调值。在频谱仪的菜单中找到Peak Search选项，会自动找到输入的单载波信号上，之后使用Delta Marker，转动频谱仪调节旋钮，将光标调整到最大的互调产物上面，会自动显示两者的差值，就是三阶互调值。实际设备测试结果如图1所示。

图1　三阶互调指标测试

使用多载波播出时，往往通过该指标可以估算出地球站高功放的最大线性输出功率，看是否可以满足广电系统安全播出的抗干扰要求。

1.2　系统相位噪声

在调制器上发射单载波信号，送往上变频器，在高功放输出端口测试的载波信号的单边带相位噪声为系统相位噪声。

一般在工作中测试相位噪声的方法是：利用频谱分析仪测试高功放前面板输出口的载波信号，通过调整频谱仪的Res BW及VBW，测试距离单载波中心频率1KHz、10KHz、100KHz的噪声值。测试结果如图2所示。系统相位噪声国内要求为1KHz大于等于-75dBc/Hz；10KHz大于等于-85dBc/Hz；100KHz大于等于-95dBc/Hz。如图2所示。

图2　系统相位噪声测试

1.3　系统调制波形

一般调制器的滚降系数会影响系统调制波形，滚降系数由选用的滤波器决定，调制器的滤波器一般有5%、10%、15%、25%和35%五种。

广电系统通用的调制波形测试方法是：调制器正常输出传输业务的载波信号，使用频谱仪监测高功放输出端口的载波信号，通过调整频谱仪的垂直刻度的每隔刻度值，使其符合测试需要。通常测量低于中心频率-3dB、-30dB时载波的带宽。高功放输出信号30dB带宽的测试结果如图3所示。按照有关要求3dB的带宽不超过符号率对应带宽，30dB的带宽不超过1.35倍符号率对应带宽，1.2倍符号率带宽处的电平波动小于0.4dB。如果系统非线性失真严重，可能影响-3dB带宽。若发射的调制载波达不到-30dB的带宽，对卫星下行信号的载噪比形成影响，可能不能正常解调节目。如图3所示。

图3　系统调制波形测试

1.4　系统杂散输出

调制器发出的单载波信号，经上变频和高功放后，在单载波之外产生的最大无用信号为系统杂散输出。

地球站使用的杂散输出测试方法是：调制输出设置为单载波工作模式，在高功放耦合口利用频谱仪测单载波信号，在C波段5925MHz～6425MHz的500MHz带宽内，产生的最大噪声信号的电平与单载波功率之差为杂散输出。测量结果如图4所示。按照总局规定载波带宽内小于-55dBc，载波带宽外的杂散输出小于-65dBc。载波带宽内超出标准会使传输的节目质量受影响，载波带宽外超出标准可能影响其他节目。

图4　系统杂散输出测试

1.5　系统频率稳定度

调制器改为发射单载波，经上变频和高功放后，测得实际输出频率的最大值减去实际输出频率最小值与设备设置的上行频率之比，就是系统频率稳定度。通常在给定测试周期内测试。

通常使用的频率稳定度测试方法是：调制输出设置为单载波模式，使用频率计测试高功放耦合口输出的单载波信号，一般以24小时为一个测试周期，测得实际输出频率的最大值和实际输出频率最小值，计算两者的差值除以上行设置频率即为系统频率稳定度。按相关要求规定系统频率稳定度为±1×10-7/天。

1.6　系统功率稳定度

系统功率稳定度是衡量上行系统功率随时间变化的重要指标，一般取决于设备的技术性能和运行环境。卫星地球站上行EIRP（等效全向辐射功率）的稳定度规定为±0.5dB，它由高功放功率稳定度和天线增益稳定度共同决定，系统功率稳定度规定标准为±0.3dB。

上行系统功率稳定度测试方法为：系统按正常工作点配置，调制器发单载波，高功放输出切到假负载或者高功放输出切到俯仰角比正常姿态上仰5到10度的上行天线上，每隔半小时利用功率计记录一次载波电平，连续记录24小时。使用功率计测试高功放耦合口输出的载波信号，一般以1小时或24小时为一个测试周期，测得实际输出功率的最大值和实际输出功率最小值，计算两者的差值除以上行设置功率即为系统功率稳定度。

1.7　系统带内平坦度

系统带内平坦度是上行的载波带宽内，高功率放大器输出调制波的幅度随频率变化的特性。地球站通常使用速调管高功放播出，要对速调管通道进行调谐，使其载波的频率响应符合要求。

工作中使用的带内平坦度测试方法是：将扫频仪输出送到上变频，将扫频仪设置为扫频工作状态，频率设置为播出时的中心频率。使用频谱分析仪测试高功放耦合口输出的扫频信号，通过调整扫频仪的扫描速度设置，同时调整频谱分析仪的Sweep time设置，保证输出频谱便于测试和观察。501台上行载波的系统带内平坦度所测结果如图5所示。按验收规定在SCPC方式应用时为0.5dBpp，在MCPC方式应用时为1dBp-p。不符合要求时，会对卫星接收信号的载噪比有影响。可能的原因是速调管高功放的通道没有调整好。如图5所示。

图5　系统带内平坦度测试

1.8　系统1dB压缩点

1dB压缩点输出功率是指被测设备的增益比线性增益小1dB时，它的输出电平则被称为1dB压缩点电平。

常规的1dB压缩点测试方法是：首先为高功放输入一个射频信号，逐渐加大信号源的电平，用功率计，也可使用频谱仪测试系统输出功率，并算出功率放大器的增益。当高功放的增益比线性状态的增益降低1dB时，高功放的功率即为该系统的1dB压缩点输出电平。501台使用的1000W固态高功放的1dB压缩点输出功率为58.85dBm（794W）。

2　卫星天线入网测试

卫星天线投入运行之前须经过中国卫通公司的天线入网测试，主要测试天线增益，天线方向图的旁瓣特性、极化隔离度等技术指标，确保符合要求。

2.1　天线旁瓣特性

卫星发射天线的旁瓣特性反应了其在偏离主轴方向的电磁波辐射能力。天线方向图的旁瓣比较高时，主要会降低天线的主瓣增益，可能影响邻近轨位的卫星工作。由于使用卫星通信的国家和地区越来越多，导致地球同步轨道上的通信卫星数量在快速增加。卫星轨道间隔由3°向2°变化，这样会使卫星通信系统的干扰日益频繁。有效的解决方法是降低地球站发射天线和卫星星载天线的方向图旁瓣包络。卫星地球站天线的第一旁瓣电平通常要求小于等于-14dB。目前所要求的旁瓣包络为：G=29-25lgθ（1°≤θ≤20°），以上公式中G为发射天线增益，θ为偏离主瓣的角度。入网测试同时要测试卫星发射天线的增益。

2.2　天线交叉极化隔离度

卫星天线极化可以分为线极化、圆极化和椭圆极化。线极化有两种形式，即水平极化和垂直极化形式。当前广电专用卫星的天线主要为线极化，只有中星9号和中星9A使用圆极化。

按照地球站验收标准，线极化时，天线的轴向交叉极化隔离度规定大于等于33dB。圆极化时，天线指向卫星时的椭圆轴比要＜1.06，也就是要求隔离度要大于等于30.7dB。对于上行站而言，此项指标也是地球站卫星入网测试的重要指标之一，极化调整好后，锁定不变，技术指标得到了保证。测量天线交叉极化隔离度时，在卫通公司的配合下，安排无反极化业务的频率上行单载波，利用卫通公司参考天线帮助地球站调试天线的极化角。这样调整的极化角，保证了该天线接收信号时是最优的极化角。

2.3　天线回波损耗与驻波

回波损耗主要反映系统阻抗匹配的程度。天线系统反射系数规定为：在所测量的天线输出端口反射电压与入射电压之比，可以表示为：

该公式的Ur表示反射波电压，Ui表示入射波电压。

回波损耗（用RL代表）表示反射波功率与入射波功率的比值，它与系统反射系数之间的联系表示为：

系统的入射波与反射波重叠，体现为驻波。电压驻波比（VSWR）的定义为驻波曲线最大电压（波峰电压）和最小电压（波谷电压）之比。系统电压驻波比和系统反射系数之间存在如下的联系：

在工程测量中，通常可以直接测出回波耗损，然后换算为电压驻波比，或者测量电压驻波比，算出回波损耗，他们之间存在如下换算：

天线反射系数与驻波不是天线入网测试的必须项目，但对高功放系统正常运行影响很大，第Ⅳ代C波段速调管高功放输出端口的驻波比的要求为1.3，意味着在馈线网络输入端口反射功率与入射功率的绝对差值应大于17dBc。若没有满足该指标，在速调管高功放大功率运行时，会由于反射功率过大导致高功放保护性掉高压，或者波导端口因大反射功率出现烧毁现象。高功放在接入系统运行之前，应对天馈线系统全频段的驻波比特性进行调测，这是系统安全运行的基础之一。

以上对射频技术指标和天线入网指标测试的主要项目进行了总结，给出了行业对该指标的标准值，我站实际测量数据均能满足上述标准值，为将来地球站的验收奠定了一定的基础。