基于GEO卫星通信中EIRP值的无线电测量及分析方法

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'基于GEO卫星通信中EIRP值的无线电测量及分析方法'
电波科学学报CHINESE JOURNAL OF RADIO SCIENCE基于GEO卫星通信中EIRP值的无线电测量及分析方法李安平刘海洋张小飞(国家无线电监测中心,北京100037)摘 要 卫星通信的应用日趋广泛,在卫星设计及覆盖等问题上如何确定卫星 全向等效辐射功率(EIRP )也成为卫星通信中的一个重要因素.设计并分析 卫星在疫盖范围内的接收场强及功率通量密度的測量方法,并矽保监测数据 的可窕性是无线电监管部门的工作内容之一.丸中遡过对国内头当一市的实地 测量,对测量数据进行优化处理并理论分祈,得到功率通董密度的准确数值, 与卫星部门所颁布的EIRP发布值进行比对弊证其发布的?7RP值的可靠性,根 据不同测试点的接收功率分折砲旨采用不同的接收设备是否能够正常并解码. 关键谊至星信号监測;无线电测量;功率通量密度;接收功率1.引言卫星通信作为各类无线通信中的重要组成部 分。作为无线电管理部门,需要对卫星通信中卫 星轨位是否正常,卫星上行及下行信号发射是否 按照耍求,各转发器是否正常工作,是否给其他 卫星引入干扰等做常规监测。一般,无线电管理 及监测部门,需要对信号的强度(功率)、带宽、 频度率占用度、中心频率及调制等内容进行监测。 卫星通信下行覆盖范嗣广、分区域覆盖等特点就 使得无线电管理部门不仅需要对上述内容进行监 测外,还需要计算、测量并分析在不同区域的F 行信号分布特点。由于静止轨道上的卫星在地球上看是静止 的,因此如果一个地球站是处于这颗星所覆盖的 区域内,它只需要将它的大线对准卫星,就可以 通信。根据已知地球站经度彳、维度?、和卫 用经度比,利用方位角虫和仰角?就可以确定 地球站天线的方位.仰角的计算公式如下:E=tan1 cosft /J 1 -[co昭 cosQ 一 Q )打}(1)式中,厂是静止卫星轨道半径,等于42164.2km; Re零予 6378.155km。极化角是讨论卫星上所发的线极化波方向与 地球站接收的线极化波方向是否重合。卫星上发 的水平极化波是以卫星轴系为基准定义的,它位 于赤道平面上,是地球赤道圆的切线方向;而垂 直极化波则与卫星(或地球)的极轴平行,与赤 道面垂肖。但是地球站天线的水平极化方向是以 地平面为基准定义的。在星下点,地球站天线的 极化方向与卫星发来的电磁波的极化方向完全匹 配;而在地球表面的其他地方,地球站犬线的极 化方向就不会完全匹配,这就引出了所谓的极化 角问题。在务个不同测试地点时,不仅需耍计算 方位俯仰角,还需耍计算极化角,保证接收到的 信号最强,才具有统一的参考价值。2. 理论分析2.1卫星链路分析根据卫星通信原理,卫星上收到的载波加噪 肖电压s“(()+仇(“,被卫星接收机放人,进行 下变频,然后送到砂 进行功率放人后,由卫星收稿日期:2020-09-27联系人:李女 ? E-mail: lianping@srrc.org.cn天线巫新发冋地球。根据理论推导计算,按物理 意义用分贝数写出卞行链路载噪比为:(C / N。)厂 EIRPS -厶—G -10 以kT)dB(2)其中:?/心为卫星巫发载波s:⑴时的?7抄(等 效全向辐射功率);厶凶为下行空间传播损耗;厶胡为最坏下行链路的附加损耗;斤为波尔兹曼常数;厂为接收比球站釆统噪肖沿度(K)。在卫星链路分析中,到达卫星输入端的载 波(或它的功率通绘密度乙)和卫星重 发的载波E/吃,通常是相对丁?转发器加 的实 际I「作点给出的。如输岀功率最大的工作点成 为饱和点。此时,如果加的输入功率再进一步 加增人,则输出功率不在不再增大,而且还会下 降。多数情况下,朋4工作在低于饱和点处,以 避免非线性失真产生交调分量,特别是在同一转 发器放人多个载波信号时。因此在推算理论接收 功率时,需要充分考虑功率的大小。2.2卫星系统测■方法的制定根据卫星轨位的不同,每颗卫星有其自身 的覆盖范围和功率分布特征。2011年1月,按 照某任务的要求,对我国境内的某颗卫星进行 了测试,以验证该卫星在我国境内的发射的功 率分布及信号质量分布。由于需要准确测量不同测试点的下行信 号功率,因此需要对测试系统进行校准; 菜标准7.3米抛物面测试大线,计算出该测试 地点的口面功率和功率通星密度。通过实际测 试系统测童后,读出同一测试地点的功率值, 再根据标准测试系统测鼠出的口面功率和功 率通甘密度,计算出实际测试系统的增益。最 后在不同测试地点,该实际测试系统的增益已 知的情况下,能够计算岀实际测试地点的功 率,并推算出口面功率和功率通址密度。2皿?北京北京:北京:vHJP。需测试地P卅试地图1功率测试方案原理图计算步骤如2P口面?北京v U73= P”伞读敷P 口面?北京P 口面■北京+Gl.2=Pl.2米渎数推岀G】.2P 口面?实际消试堆+ Gl2= P1.2米读数推出P 口面?实际渭试地基于实际任务的要求,并根据E/RP分布 情况,选定了六个测试点,并根据理论分析制 订了详细的测试方案,该方案能够计算岀釆用 不同接收机接收该卫星信号的载波功率、测试 地点的功率通量密度。3. 测试及结果分析3.1 73米标准测试系统7.3米标准测试系统是一套功率频段为C、 Ku双频段、双极化、全方位的自动测试系统, 具有标准增益。该系统能够对覆盖我国境内的 卫星进行通用无线电测量,包括信号中心频 率、信号质绘、信噪比、带宽、调制方式等内 容进行测量。该套系统的各项参数都做定期校 准,包括电缆衰减功率及校准后的校准修正 值。通过校准,本套系统的校准修正值为 0.14dB,电缆衰减值为&4dB。则根据: G?.球=(47+20%g(^^))+(P枚准值 +P电/+40)(3) 可以计算岀标准测试的增益为95.1dBo3.2 1.2米偏馈天线测试系统根据任务需耍及携带方便,采用了 1.2米 偏馈大线进行测埼。该1.2米偏馈大线测试系 统由抛物面天线、馈源、线缆、频谱仪及电视 接分折接收机组成。根据上述测址方案,搭建出如下测试系 统:波内功率为?45.3dBm/3MHz。3.3测试数据处理根据测试需要,搭建了两套测试系统,由 丁?这两套测试系统的增益相#2dB,所以任北 京测试时,其功率为?62.64dBm,统一到同一 测试系统其功率应为?60.64dBm。图3给出了 在六省一市等7个地点的测试的数据频谱图, 从图中可以看出,测试的功率是变化的,这正 好与卫星公司所给出的EIRP分市图吻合(如 图4和图5)。12米腿別试天绑32.78 + 20 X logL !?SivtRef -315?Atteu ? 48*1458血[SivtNow心15 <?/1 1—
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