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频谱分析仪在卫星接收中的应用

2009-06-30 浏览次数:2180

频谱分析仪在卫星接收中的应用

详细介绍

频谱分析仪在卫星接收中的应用频谱分析仪是在频率域对信号进行分析、测量的仪器。在对卫星信号的监测方面尤其便利。诸如一个转发器上有多少节目(载波),每个载波占据的带宽,信号的功率电平,有无反极化干扰,有无异常干扰,有无互调信号,等等,都可以清晰地显示出来。通过观察下行信号的频谱,可以方便地调整接收天线的指向和极化角,从而使天线准确地对准卫星,提高接收质量。


  首先简单介绍一下频谱分析仪的工作原理。一台频谱分析仪的大致构成如图1所示。


  *本振受扫描斜波发生器的控制,它是一个扫频本振,也就是说它的输出信号是在一定的频率范围内是连续地、线性地变化的。变化的快慢即扫描速度当然也受斜波发生器的控制。由于*本振是扫频的,输入的被测信号经过*变频器之后,每个频率点的信号都被“提取”了一次,经过后面电路的处理,zui终使输入信号的频谱得以显示。


  采用扫描式本振的效果,是在被测的频率范围上产生了一个扫描“窗口”,这个窗口扫过了每个被测的频点,将信号的频率成份依次展示出来。如图2所示。


  设定的窗口扫描范围(即fend-fstart)称为扫描跨度(SPAN),扫描窗口的宽度也就是可调带宽滤波器的带宽称为分辨率带宽(RBW),窗口扫描一次所需的时间称为扫描时间(SWEEP TIME)。要想看某个大频率范围内的信号频谱,可将扫描跨度选得大一些,反之则选小一些。分辨率带宽应根据所观察信号的带宽来确定,特别是在两个被测信号频率靠得较近时,如果分辨率带宽偏大(分辨率偏低),则频谱分析仪可能无法分辨这两个信号,如图3所示。扫描时间的选择应根据测试的内容来定。比如正在根据信号的强弱来调整天线,则扫描的速度应快一些(缩短扫描时间),这样便于迅速发现信号频谱电平的变化。


  在卫星信号接收中,频谱分析仪的接入方法通常有两种。一是接至LNA(低噪声放大器)之后;二是接至LNB(低噪声变频器)之后。接至LNA之后所看到的是C(或Ku)波段的信号,如图4所示。接至LNB之后看到的则是L波段的信号。需注意的是,由于LNB是通过传输电缆供电的,频谱分析仪不能直接接到LNB上,而是需要借助一台接收机来供电(如图5所示),或是另设供电电路(如图6所示)。


  频谱分析仪在卫星地面接收中的基本应用如下。


  (1)观察某个极化上的所有信号。这是用来观察所接收卫星上某个极化(垂直或水平)上所有的信号。此时的扫描跨度应不低于500MHZ,所看到的是一组较窄的谱线。如图7所示。


  (2)观察某个转发器上的信号状况。这是指观察某极化上某个转发器的信号状况。如果是SCPC方式,可以看清每个信号的细节,如功率电平,占有带宽,甚至可以计算每个载波信号所占转发器总功率的比例。如图8所示。


  (3)调准天线的指向和极化倾角。每颗卫星都有自己的信标信号,这是一个单一频率的幅度稳定的正弦波信号。借助于频谱分析仪可以清晰地观察到接收的信标信号的电平大小,从而调准天线的指向和极化倾角。由于信标信号往往只安排在某一个极化上,所以,先在这个极化方向上进行接收,仔细地调整天线,从频谱仪上找到信标信号zui大点,如图9所示,这时的天线可认为已经相当地对准了卫星。再在与之正交的极化方向上观察接收到的信标信号,仔细地转动馈源喇叭,使信标信号达到zui小,如图10所示,这就说明极化倾角也已调整好。


  (4)观察高频头(LNB)本振的准确度。高频头在使用一段时间之后,本振频率会发生偏移,严重时可偏移几兆赫,这对数字信号的接收会产生一定影响。使用频谱仪可以直观准确地发现这一问题。比如,某C波段卫星的信标为3699MHZ,高频头的本振为5150MHZ,则变频后的信标应位于为5150-3699=1451MHZ。在频谱分析仪上使用标记对准这一信标,看标记的频率是多少,该标记频率与正常频率的差值就可认为是高频头本振的偏移量。


  (5)分析LNA和LNB的性能。用频谱仪还可以观察分析LNA和LNB的一些性能,如频响、互调等。在频谱仪上常常发现不同转发器下行信号的幅度相差较大,通常情况下这并非星上转发器的原因,而是LNA或LNB的幅频特性不好。另外常见的现象是由于放大电路的线性不好而产生的互调产物。如图11所示,频谱仪上显示的是某个转发器的下行信号,但在zui出现了一个异常包络,且维持了较长时间,在更换了LNB之后,这个包络就消失了,由此断定,该包络是LNB中产生的互调产物。

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