1、中华人民共和国国家标准 卫星通信地球站无线电设备测量方法 第二部分分系统测量 第一节概述 第二节天线 包括馈源网络 发布 实施 中华人民共和国电子工业部 发布中华人民共和国国家标准 卫星通信地球站无线电设备测量方法 第二部分分系统测量 第一节概述 第二节天线 包括馈源网络 中华人民共和国电子工业部 批准 实施 本标准是 卫星通信地球站无线电设备测量方法 系列标准之一 本标准等效采用国际电工委员会标准 卫星通信地球站无线电设备测量方法第二 部分分系统测量第一节概述第二节天线 包括馈源网络 第一节概述 主题内容与适用范围 第二部分所给出的测量方法 适用于本系列标准 卫星通信地球站无线电设 备测量方
2、法第一部分第一节总则 中图 所示的分系统 目的 第二部分的目的是叙述卫星通信地球站设备中分系统电性能的测量方法 定义 分系统是完成一定功能 例如调制 变频 放大 的电路或器件的组合装置 并且对其电性能 机械性 能都做了规定 能完成类似功能或 可 用类似的方法测 试 的分系统 归在同 一节中 第二节天线 包括馈源网络 主题内容与适用范围 本节标准规定了卫星通信地球站天线电性能的测量方法 还 包括了 某些专门关 于天线的定 义 定义 本节标准所用的一 般术语 的定 义应参照 常 用电信设备 名词术语 但 是 某些术语 中 还没有 包括或 与 本节标准定 义有差异 因此 对于本节标准 必须 用 下面
3、条款 中给出的定 义天线分系统 天线分系统是地球站通信设备的一部分 如图 所示 它由 天线 和 馈源网络组成 天线 由主反射 器 初级辐射 器组成 有时还有副反射 器 馈源网络通 常 包括一 个 或 多个双 工器 通 过波导 馈线 接到跟踪接收 机 以及收发 分路 合路 和倒换 设 备 上 增益参考 天线 增益参考 天线是一 种具有确 定 结构 并能 精确复 制的天线 其 增益与 方 向 性系 数优 于 半波偶极子 天 线 这种 天线 可由计算确 定 并通 过 测量 证实 其 充 分的一 致 性 时 可 用 作 天线 增益 测量的 换算 标准 视轴 方 向 视轴 方 向 是 相应 于天线方 向
4、 性图 特殊 的性能的方 向 对于 跟踪 天线 而言 视轴 方 向 是 跟踪 信 号 为零 的方 向 对于 非 跟踪 天线 视轴 方 向 是 最 大功 率传 输 方 向 轴 比 或 椭圆比 轴 比 或 椭圆比 是 极 化椭圆 的 长 轴 对 短 轴 之 比 双极 化 天线 双极 化 天线是一 种 能 同时发 送 或 接收具有 两 种 独立 极 化 信 号 的天线 若 这 两 种极 化 是 正交 的 就称 为正交 极 化 信 号 注 双极 化 天线 有 两 个 或 两 个以上 端口 天线 有 效 面 积 在 给定方 向上 在 给定方 向上 天线 有 效 面 积 是 接收 天线 匹配终端 上 的
5、有 效功 率 与 从该 方 向 入 射到 天线 上 的 平 面波 的 单位 面 积 功 率 之 比 该平 面波 的 极 化 与 该 天线用 作发射时 所 辐射 电 磁 波 的 极 化 一 致 测量条件 本标准叙述的测量 可以在 不 同 环境 条 件 下 进行 其 限 制 条 件 应由有关 方 面 商 定 例如 风速 雹 冰 雨 雪 太阳 辐射 温度范围 应 当承认重力 风力 和 天线 指 向 角度 等 因 素造 成的天线 几何形状 的机械变 形 会 影响 测量 结 果 特 别 是 影响 增益和 交叉 极 化鉴别率 的测量 结 果 测量 应在 设备 技 术条 件给定的所 有 频 段 上 进行 天
6、线的极化 极 化 效 率 定 义与 一 般考 虑 极 化 效 率 是用 在 方 程 中的一 个 小 于或等于 的系 数 式 中 给定 入 射 方 向 上接收 天线的 有 效 面 积 采用 说明 此 处原指 差 模 跟踪 而 对于 极 值 跟踪 天线 视轴 方 向 仍为最 大功 率传输 方 向极 化 效 率 来自 方 向 入 射 平 面波 的功 率密度 没有 电 阻损耗 时 由接收 天线 传输 给 匹配负载 的功 率 注 天线的 有 效 面 积 或 增益 方 程式 用 条 中给出的方法 来 测量 比较 方 便 采用 随 机 极 化 信 号 源 即 其能量 均 匀 分 布 于 交叉 极 化 之 间
7、 时 极 化 效 率为 计算极 化 效 率 的一 般 表达 式为 式 中 天线用 作发射时 在 给定方 向辐射 的 远区 区 的电 压 轴 比 相同 方 向 的 入 射 平 面波 的电 压 轴 比 两 个极 化椭圆长 轴 之 间 的 角度 差 注 当两 极 化 旋转 方 向相同时 取 正 号 当 旋转 方 向相反时 取 负 号 极 化 效 率 亦 可 用 式 表 示 若 则天线对 入 射波 是 极 化匹配 的 则天线对 入 射波 是 正交 极 化 的 并 称 天线 极 化 和 入 射波极 化正交 交叉 极 化鉴别率 定 义与 一 般考 虑 接收 天线的 交叉 极 化鉴别率 是 天线 从 给定方
8、 向上 按预期 最 大功 率传输 的 极 化 同极 化 所 接收 的 功 率 与 从 同 一方 向由 功 率 相 等 但极 化正交 的 同 一 远区 源所 接收 的功 率 之 比 发射 天线的 交叉 极 化鉴别率为 给定方 向上 按预期 极 化 同极 化 的 发射 功 率 与相同 的方 向上极 化 与 预期 极 化正交 的 发射 功 率 之 比 除 非 另 有 规定 交叉 极 化鉴别率 是 同极 化 波 束 方 向 图的 波 峰 上 产生 的 鉴别率 如 果 是线 极 化 则 交叉 极 化鉴别率 由轴 比 的 平 方给出 若 是 圆 极 化 与 之 间 的 关 系用 式 表 示 注 交叉 极
9、化鉴别率 是对 单 极 化 天线或 双极 化 天线 例如 正交 极 化 天线 的 每 个 端口 定 义 的 线 极 化 天线的测量方法 被 测天线 安 装 在 测 试 场 上 用 位 于 远区 的线 极 化 源天线 照射 两 天线 应 为 标 称 同极 化 并 精确 置于 最 大 增益 位 置 记录 接收 功 率 然后将 源天线 围 绕 它 的 波 束 轴 旋转 到 最小 功 率传输 的 位 置 极 化零 点 记录 接收 功 率 须 检 验转动 角 近 似 再将 源天线 精确 地 旋转 检查 证 明 接收 功 率 与 最 大功 率 没有 明 显 地 差 别 交叉 极 化鉴别率 由 式 给出 如
10、 果 被 测天线的 极 化平 面 是 可 调的 应在 调节 范围 内各 种 位 置 上 重 复 测量 注 源天线的 交叉 极 化鉴别率 应 显著 大于 被 测天线的 交叉 极 化鉴别率 源天线 应 做 得使 其 同极 化 方 向 图的 峰 值 与 交叉 极 化 方 向 图的 零值 一 致 波 束 轴向应与 转动 的机械 轴 一 致 并 精确 地对准 被 测天线的方 向 重 要 的是 从 测 试 场 反射 的信 号 电 平 应 低 于 影响 测量 精 度 的电 平 圆 极 化 天线的测量方法 被 测天线 安 装 在 测 试 场 用 位 于 远区 的线 极 化 源天线 照射 两 天线 按 条精确
11、地设置 在 最 大 增 益 的 位 置 上 源天线 围 绕 它 的 波 束 轴 至少转动 观 测 接收 最 大功 率 和 最小 功 率轴 比 表 示 为 式 可 用 以计算 交叉 极 化鉴别率 条 的 注 也 适用 注 条和 条 不 十 分适用于大 型 地球站天线 交叉 极 化鉴别率 的测量 建议 用卫星源法测 试 见附录 测 量 精 度 见附录 天线的功率增益 定 义与 一 般考 虑 天线的功 率 增益 指 相 对于 各 向同 性的无 耗 源的总 增益 它 是 两 个 正交 极 化 部分 增益 的总的 如 果指 某 一 极 化 的部分 增益 就 应 标 明 这种极 化 例如 右旋 圆 极 化
12、 增益 或 水 平 线 极 化 增益 等 等 接收 天线 增益 的定 义 也 可 从 有 效 面 积 导 出 式 中 工 作波 长 接收 天线的 有 效 面 积 参 见 条 的定 义 即 如 果 天线 在同 一频 率 上 从 同 一 端口 用 作发射 或 接收 只要 天线是 互易 的 上 述定 义 的 发射增益和接 收增益 就 相 等 测量方法 天线功 率 增益 测量的 主 要 方法之一是用 增益参考 天线 进行比较 另 一 种 方法包括 用方 向 图 积 分法 确 定天线的方 向 性系 数 用 独立 测量或 计算确 定天线效 率 这种 方法 仅 适用于测量 低 增益 天线 主 要误 差 源
13、以及 如 何 确 定其量 值 由 附录 和 附录 给出 用 直 接与增益参考 天线 比较 的方法测量 增益 增益 测量的 直 接 比较 法 就 是 比较 增益参考 天线 和 被 测天线 从 相同 距离 的 辐射 源 接收到 的信 号 电 平 为 使 不 同 传 播 路 径 造 成的 误 差 变 为最小 增益参考 天线 与 被 测天线 位 置 须 尽 可 能 靠近 增益参考 天 线通 常 安 装 在 大 型 天线 结构上 使 传输 线 长度 和 指 向 误 差 最小 且 须 认 真细心 以 保 证 大 型 天线的 结构 不 致 显著 地 影响 增益参考 天线 特 性 为 了 避免 不 同增益 引
14、起 的 误 差 增益参考 天线 与 被 测天线 应 使 用 同 一 套 电 子接收 设备 为 了 避免 与接收 设备 内 增益 漂移 有关 的 误 差 应 采用一 种 快 速比较 装置 例如 开 关 先将 一部天线 接到接收 设备 上 然后再将另 一部天线 接到接收 设备 上 这种 技 术还 减少 了 辐射 源本 身 变 化 引起 的 误 差 为 了 避免 接收 信 号 电 平 差 别 很 大 时 信 号 检 测 造 成的 非 线性 误 差 希望 从两 部天线 接收到 的信 号 电 平 基 本 相 等 为 此 可以 采用 校 准的定 向 耦 合器 和 或 衰 减 器 当 远区 源 来 的信 号
15、 电 平 低 时 例如卫星 来 的信 号 采用 校 准的定 向 耦 合器 比 衰 减 器 好 而 该 耦 合器 应 端 接 一 个 冷 负载 见 图 另 一 种 方法是 在 低 噪声 放大器 后 面 交 替 地 接 入 和 移 去衰 减 器 并 使 接收 机的 噪声 温度不明 显 下 降 见 图 这 两 种 方法 重 要 的是 保 证 测量 期间低 噪声 放大器 和接收 机 在 整 个 信 号 范围 内 的线性 特 性当 在接收 路 径 中 插 入 开 关时 须 注 意 在 每 一 个 开 关 位 置都 使 阻 抗失 配为最小 因 为 某些 电 子 器件的 增益 会 随 阻 抗失 配 的变 化
16、 而 变 化 还须 细心 确 定 增益参考 天线 和 前 置放大器之 间 的功 率传 递 其中包括 传输 线 和 开 关 中的一 切 阻 抗失 配 与 功 率损耗 同 样 被 测天线规定的 增益参考 点 和 前 置放大器之 间 的功 率传输损耗 也 需 要 确 定 当两 天线的 极 化 和 远区 辐射 源的信 号极 化 有 不 可 避免 的 差异时 应 为 每 对天线 建 立 相应 的 极 化 失 配 关 系 式 当来自 辐射 源的 波 前 大大 偏 离 幅 度 和相 位 都 均匀 的 平 面波条 件 时 为 了 精确 地 确 定 被 测天线的 增 益 每 一部天线都 需 要 一 个 功 率传
17、输 修 正 因子 考 虑 到上面 全 部 因 素 以 后 被 测天线的 远区 增益可由 式 确 定 式 中 在 规定的 增益参考 点 上 测 得 的 被 测天线 相 对于 各 向同 性天线的 增益 相 对于 各 向同 性天线的 增益参考 天线 增益 极 化 效 率 见 条 测 试接收 机 输入 与 被 测天线 输 出的功 率传输比 不 包括图 中的 射 频 可 变 衰 减 器 测 试接收 机 输入 与参考 天线 输 出的功 率传输比 非 均匀 入 射波 前 的 修 正 系 数 指 在 图 中 射 频 可 变 衰 减 器 的功 率传输比 或 者 是图 中 可 变 衰 减 器 与 定 向 耦 合器
18、 一 起 的功 率传输比 检 测器 在相同 电 平 时 被 测天线 接收 的功 率 和增益参考 天线 接收到 的功 率 之 比 注 与 被 测天线 接收到 的信 号有关 的用 下 标 表 示 与增益参考 天线 接收到 的信 号有关 的用 下 标 表 示 利 用调 幅 信 号 测量 增益 的方法 用 直 接 比较 方法 进行 天线 增益 测量 时 采用 波导 联 接增益参考 天线 和 公共 的测 试接收 机 常常 是 不 现 实 的 特 别 是 为 了 校 准 接收到射 频 场 波 前 的 均匀 性 要移动 增益参考 天线 时 更 是 这 样 较 实 际的方法是 使 用 两 个 校 准的 检 测
19、器 分 别 安 装 在 被 测天线 和增益参考 天线的 输 出法 兰盘 上 射 频信 号 源 由 一 低 频 例如 信 号作 幅 度 调制 这种 测量装置示于图 其中 低 通 滤 波 器 是 为 了 减少 射 频信 号 源的 谐 波 成分 引起 的测量 误 差 增益参考 天线 的 安 装 要使得被 测天线能 够探 测 到 入 射 电 磁 场 而 不造 成 相 互 干扰 被 测天线 输 出 端 用一 个精确 校 准的 射 频 可 变 衰 减 器 使 来自 测量 支 路 与参考 支 路的信 号 电 平 精确相 等 使 两 部天线的 增益 能用 低 频 选 频放大器 在相同 输入 电 平 上 进行比
20、较 在 远 源 波 前 传 播 方 向 的 垂 直 平 面 内 将 增益参考 天线 上下和 左 右移动 将低 频 选 频放大器 接到增益 参考 天线的 输 出 端 在 天线 每 次 移动 之 后 记录 下 低 频 选 频放大器的 输 出功 率 其目的是 找 到这 样 的天 线 位 置 使 辐射 源 来 的 入 射波 不 受 地 面 被 测天线或 任 何 其 他障碍物 反射 的 干扰 入 射波 前 的 均匀 性 可由 天线 在 每 个 位 置 上接收到 的功 率 差 值 得 出 如 果不 能 找 到 场 强 均匀 分 布 的 区 域 就 画 出 接收到 的功 率 对天线 坐 标 相应 点 所 连
21、 成的 平 滑曲 线 并 记录 最 大功 率 必须 保 证增益参考 天线 不 被被 测天线的 反射 所 照射 例如 避免靠近被 测天线的 焦 点 位 置 然后转 换 开 关 使记录 器 与 被 测天线 相 连 接 被 测天线的 位 置 应 使 其 主轴 方 向 指 向 源天线 将 衰 减 器 调 至 所 希望 的 值 上 并 记录 读 数 衰 减 器 须 再 调 整 直 到 很 小 最 好 为零 此时 被 测天线的 增益 由 式 给出 该 方 程 与 前 面 的方 程不 同 之 处 在 于 它 的 各 个 量是用分 贝 表 示的式 中 参考 天线 的 增益 衰 减 器 读 数 加 记录 的 差
22、 值 非 均匀 波 前 的 校 准系 数 衰 减 器 校 准 误 差 的 修 正 系 数 两 检 波 器 间 灵敏 度 差异 的 修 正 系 数 用 直 接 校 准信 号 功 率 的方法测量 增益 用 直 接 校 准信 号 功 率 的方法测量 增益时 可以 采用 下 列 两 种 技 术 中的 任 何 一 种 将 一 已知 其等效 全 向辐射 功 率 绝 对 值 的 辐射 源 作发射 在 远场 测量 被 测天线 接收 的信 号 功 率 将 一 已知 其 绝 对功 率 的信 号 源 连 接到 被 测天线 然后 在 远场 测量 由 已 校 准的 增益参考 天线所 接 收 的 绝 对信 号 功 率 图
23、 表 示第一 种 情况 的 典 型 测量设备 配 置 这 两 种增益 测量 技 术 要 求 确 定 辐射 源 与接收 天线之 间 的 传 播 损耗 若 距离 足够 远 使 接收 天线 上 的 入 射波 基 本 上 是一 个 平 面波 前 那么 传 播 损耗 只 是 自 由 空 间 损耗 加 传 播 介质 的 吸 收 损耗 和 或 散 射 损 耗 自 由 空 间 传 播 损耗 大于 相 当 于 两 副 各 向同 性天线之 间 的 损耗 并 由 式 给出 式 中 接收 信 号 的 波 长 辐射 源 与接收 天线 孔 径 之 间 的 距离 单位 与 相同 为 了 避免 辐射 源的功 率 接收 机 增
24、益和 传 播 损耗 的变 化 引起 的 各 种 误 差 测量 时 对测 试 电路 重 复 检查校 准是 必 不 可 少 的 如 果 线路的 两端 是 同时 控 制 则采用 附 加 的测量 和数 据 传输 装置 以及 连续监 视 发射和接收 信 号 功 率 有 助 于 使误 差 减至 最小 另 一 种 配 置方法是 将 一标准信 号发 生 器 连 接到 图 中 低 噪声 放大器 输入端 的定 向 耦 合器 上 并采用频 谱 分 析仪替代 指 示器 来 观 察 两 谱 线的 相 对电 平 采用 上 述 项 方法 时 测出的 被 测天线的 远区 增益可 用 式 确 定 式 中 和 由 条 中给出 在
25、增益参考 点 上 测出的 被 测天线 相 对于 各 向同 性天线的功 率 增益 输入 到接收 机的功 率 即 图 中 波导 开 关 的 输入 功 率 自 由 空 间 的 传 播 损耗 传 播 介质 的 吸 收 散 射 损耗 且 校 准源的功 率 源天线 输入 与 校 准源 输 出的功 率传输比 源天线的 增益 根据 天线 互易 定 理 此 方 程式 也 适用于 上 述 项 方法 注 上面 给出的方 程式 中 假 如源天线 和 被 测天线的 极 化 在 测量所 要 求 的 精 度范围 内 相同 则 极 化 效 率 可以 假 定 为 若不 满足 本 条 件 则对于源天线的 两 个 正交 极 化 要
26、 进行 二 次 测量 而增益 则 由 两 次 测量的 和 给出 因 为其中 下 标 和 指 源的 两 个 正交 极 化 图 中所示标准信 号发 生 器 是一部 射 频信 号发 生 器 根据 输入 到接收 机的功 率 即 波导 开 关 输入端 的 功 率来 校 准 指 示器 如 果 用 射 电星 代替 图 中的信标源 标准信 号发 生 器 可 为 一 校 准的 噪声 源 用 射 电星测量 增益 使 用一 颗 功 率 谱流 量 密度 已知 的 射 电星测量 增益时 可 采用 两 种 方法 即间 接 法 和 直 接 法 天线 增 益可以在 不 断 开 地球站设备的 情况 下 用 间 接 的方法 导
27、出 见 本系列标准第 三 部分第二节 接 收 系统 品 质 因数 测量 首 先 测定 值 然后再 根据 本标准第 条 的方法测定 噪声 温度 这 两 种 测量 结 果 相 乘 就 得 出天线 增益 用 直 接 方法测量天线 增益时 可 采用 下 述方法 增益 与射 电星 引 入 的 噪声 温度 的 关 系 式 射 电星 在 微 波 频 段 内 发射 噪声 功 率 当 地球站的天线 指 向 该 星 时 天线 在 窄带 中 接收 的 噪声 功 率 的 增 值 如 式 表 示 式 中 假 定 与 指 向 星 体 的方 向 偏 离 不 大的方 向上 背景 噪声 的 影响不 变 时 天线 指 向射 电星
28、 与 天 线 指 向 偏 离 星 体 几度 相 比较 接收 的 噪声 功 率 增 值 射 电星 产生 的 入 射 功 率 谱流 量 密度 接收 天线的 有 效 面 积 接收 机 噪声 带宽 假 定 与 测量 增益时 所用频 率 相 比较 很 小 在 测量频 率 上 的天线 增益 相应 的 波 长 和 是频 率 的 函 数 但在有 限 带宽 范围 内 的 可 认为不 变 在 方 程式 中出 现 因子 是 因 为 接收 天线系统 仅 响 应 一 个极 化 而射 电星的 极 化 假 定是 随 机的 若 射 电星的 极 化不 是 随 机的 而 天线是采用标 称 的线 极 化 噪声 功 率值 须 从 天
29、线的 两 个 正交 极 化 测 量的 平 均 值 得 出 方 程式 适用于通 过 无 耗 大 气 辐射 的 点 源 射 电星 一 般 情况 由 于 这 两 个条 件都 不 能 得 到 满足 因此 方 程式 须 修 正为 如 下 形式 式 中 大 气 衰 减 的 修 正 因子 射 电源 角 扩展 的 修 正 因子 若 是 射 电星 在接收 系统测量 增益参考 点 上 引 入 的 噪声 温度 的 增 值 以 绝 对 温度 表 示则 可 写 成 式 中 玻耳兹曼 常数 天线分系统的 增益 则 由下 式 给出 方 程式 表 明 用 射 电星方法测量 只要 测定天线 指 向射 电星 体 时 的 噪声 温
30、度 增 值 就 能 求 出 增益 噪声 温度 增 值 是 由 测量 确 定的 而 式 中的所 有 其 他 参数 都是 已知 的 在 式 中 功 率 谱 采用 说明 推荐 优 先 采用 射 电星法测量天线 增益流 量 密度 的 值 取 决 于所 选 的 射 电星 和 测量 增益 的频 率 有关 修 正 因子 和 的 计算以及 功 率 谱 流 量 密度 的 取 值 见 本系列标准第 三 部分第二节 接收 系统 品 质 因数 测量 射 电星的 选 择 和 指 向 技 术 的 选 择 关 于 射 电星 和 指 向 技 术 的 选 择 见 本系列标准第 三 部分第二节 接收 系统 品 质 因数 测量 测
31、量 增益 的 典 型 设备 配 置 图 示出用 直 接 方法 精确 测量天线 增益 的设备 由 三 个主 要 部件组成 波导 开 关 部件 射 频 头 部件 中频 检 测部件 部件 包 含 致 冷 标准 负载 例如 液态四氟 化 碳 容 器 致 冷 参考 负载 例如 液态氮 容 器 控 制 波导 开 关 它 将 接收 机 输入端 或 者 接到 被 测天线 上 或 者 接到致 冷 标准 负载 上 精 密 校 准的 可 变 波导 衰 减 器 和可 变 波导 衰 减 器 这些 衰 减 器通 常在 室 温 或 近 于 室 温 近 似 的 条 件 下 工 作 电 子射 频 开 关 将 接收 机 输入 点
32、 以 左 右 的频 率 在致 冷 参考 负载 和致 冷 标准 负载 或 者 天线分系统的 输 出法 兰盘 之 间 交 替 转 接 部件 包 含 低 噪声 放大器 以 测量频 率为 中 心 频 率 的 窄带 滤 波 器 由射 频 到 中频的频 率 变 换 器 部件 包 含 中频放大器 两 个同 步 门 电路 整流 器 和 两 个 低 通 滤 波 器 和 比较 器网络 零指 示器 任选 的 记录 器 为 了 精确 测量 重 要 的是 致 冷 参考 负载 与致 冷 标准 负载 的 温度 保 持 不 变 为 此致 冷 液体 是 在与 当 地 气 压 相 对 应 的 沸 点 上应 用的 典 型 的 同种
33、 冷 却剂 在 的 压 力 上 的 沸 点 温度 如 下 液 太 氦 液态氮 液态四氟 化 碳 沸 点 温度 是测量 时 液体 的 纯 度 以及 本地大 气 压 力 的 函 数 在 测量 期间 致 冷 参考 负载 的 温度 和 衰 减 器 的 物理 温度 需 保 持 不 变 但它 们 的 数 值 并 不 参与计算 另 一方 面 必须确 定 精确 的 温 度 差 其中 是 衰 减 器 的 温度 和 是 致 冷 标准 负载 的 温度 因 为 这个 温度 差 出 现 在增益 表达 式 中 见 方 程式 这个 温度 差 通 常 是通 过 分 别 测量 每 个 温度值 的方法 确 定的 例如图 中用 热
34、 敏 电 桥 来 测量 采用的是 铂 敏 感元 件 热 敏 电 桥 还可以 用 来 测量 和 值 并 检查 在 测量 过 程 中 它 们 是 否 保 持 不 变 测 试 电路的工 作 原 理 如 下 所述 在 点 的 温度 由 式 给出式 中 由 衰 减 器 引 入 的 损耗 衰 减 器 的 物理 温度 致 冷 参考 负载 的 温度 调 整 引 入损耗 可 使 点 温度 在 和 值 之 间 的 温度范围 内 变 化 在 点 的 噪声 温度 要 根据 波导 开 关 的 位 置 而 定 或是 由 天线 输入 噪声 功 率 或 者 由致 冷 标准 负载 确 定 而 且 在这 两 种 情 况 下 都
35、由 衰 减 器 的 温度 和 衰 减 器 引 入 的 损耗 确 定 当 电 子 开 关 以 左 右 的频 率交 替 地 接在 端口 或 端口 时 在接收 机 射 频 头 端口 上 的 噪声 功 率就 在 正比 于 噪声 温度 与 的电 平 之 间 交 替 变 化 图 示出 在 端口 相应 的 噪声 信 号波 形 这种 噪声 经 低 噪声 放大器 放大 经 过以增益 测量频 率为 中 心 频 率 的 带 通 滤 波 器 滤 波 最 后 由 混 频器 变 换到 中频 射 频 带 通 滤 波 器 的 主 要 用 途 是 为 了 减少 混 频器 的 镜像 干扰 噪声 带宽 通 常 是 由 中频 放大器
36、 的 带宽决 定的 变频 后 噪声 信 号 被 送 到 中频 检 测部件 上 如图 所示 中频 噪声 信 号 被 加 到 两 个 整流 器 上 和 它 们 由与 电 子 开 关 同 步 的 矩 形 波 信 号 交 替 地通 断 该 矩 形 波 信 号 是 由 同 步 设备 产生 的 选 通 整流 器的 输 出 端 出 现 两 个 独立 的 噪声 信 号波 形 图 示出 整流 器 输 出 端 的 噪声 波 形 图 示出 整流 器 输 出 端 的 噪声 波 形 在 两 个 低 通 滤 波 器 和 的 输 出 端 出 现 分 别正比 于 噪声 温度 和 的 两 个 直 流 电 压 它 们 被 加 到
37、 比较 器网络 上 而 比较 器网络的 输 出中 包 含 正比温度 差 的信 号 测量 过 程 要 求 调 整 精 密 衰 减 器 直 到 噪声 温度 和 的 值 相 等 以 保 证增益 测量的 精 度 与接 收 机的线性 及 其 指 示器的线性无 关 因 为 这 两 者 仅 用于 指 示 零状 态 测量方法 本 条 中所采用的 符 号 定 义 如 下 见 图 是 致 冷 标准 负载 的 温度 是 衰 减 器 的 物理 温度 是 参考 负载 的 温度 是 当 天线 指 向 背景 天 空 时 的 噪声 温度 是 当 天线 指 向射 电星 时 噪声 温度 的 增 值 是 指 点 的 温度 是 指
38、点 的 温度 是 步骤 中 程 序 或 的 衰 减 器 的 衰 减 输入 与 输 出的功 率比 是 步骤 中 衰 减 器 的 衰 减 输入 与 输 出的功 率比 是 步骤 中 衰 减 器 的 衰 减 输入 与 输 出的功 率比 在下 列测量方法中 假 定 第一 步 程 序 用 波导 开 关 将 衰 减 器 接到 标准 负载 上 衰 减 器 最 初 调 到 已知 的 最小 衰 减 上 然后 调 节 衰 减 器 直 到 接 着 天线 指 向射 电星 且用 波导 开 关 将 衰 减 器 连 接到 天线 上 增 加衰 减 器 的 衰 减 而 不 调节 衰 减 器 试 图 再 次 得 到 的 状 态 如
39、 果 达 到条 件 则 在 直 接 进入 第二 步 之 前 就 记 下 衰 减 器 的 衰 减 量 若 这个条 件 不满足 则 在 进行 第二 步 以 前 就 必须 采用 下面 的 程 序 程 序 衰 减 器 经 波导 开 关 再 接到 标准 负载 上 并 重 新 置于 已知 的 最小 衰 减 上 然后 增 大一 个 小 的量 例如 重 调 衰 减 器 直 到 然后 天线 仍指 向射 电星 通 过波导 开 关 连 接到 衰 减 器 上 再 从 已知 最小值 开 始 增 大 衰 减 器 的 衰 减 量 直 到 再 次 实 现 如 果仍不 能 达 到这种 状 态 重 复 程 序 的 整 个过 程
40、但 每 次 应 使 衰 减 器 调节 到 稍 大于 前次 试 验 的 数 值 直 到 满足 的 条 件 此时 记录 衰 减 器 的 衰 减 重 要 的是 衰 减 器 的 衰 减 应 当 是能 实 现 条 件的 最小值 当 第一 步 程 序 或 已 经 完成 且 得 到 衰 减 时 则 第二 步 用 波导 开 关 把 可 变 衰 减 器 连 接到 天线 并 使 天线 指 向射 电星 将 衰 减 器 调 到 一 个 新 的 衰 减 上 使 在这些条 件 下 第 三步 用 波导 开 关 把 可 变 衰 减 器 连 接到 天线 上 并 使 天线 以与 第二 步 相同 的 仰 角指 向 背景 天 空 将
41、 衰 减 器 调 至 第 三 个 值 上 使 在这种 情况 下 利 用方 程式 和 可 从 下 式 求 出 噪声 温度 的 增 值 因此 天线 增益 由下 式 给出 开 关 型 辐射计 测量法 条 所述方法 必须 配 以 程 控 跟踪 才 显 示出其 优 越 性 本 条 规定一 种 用 开 关 型 辐射计 的 等 待 法测量 增益 其测量设备 配 置如图 所示 图中 点 作 为 天线分系统的测量 归算 点 为 安 装测量设 备方 便 在 图中 之 间 有 一 段 波导和波导 开 关 在计算 天线分系统 增益时 要 扣 除 之 间 的 插 入损耗 由 式 已知 用 射 电星方法测量 增益 只要
42、测出 噪声 温度 增 值 就 可算 出 开 关 型 辐射计 工 作在 线性 范围 时 式 中 分 别为 定标系统中 常 温 标准 负载 和 冷 标准 负载 的 温度 分 别为 接收 机 接收 时 记录 仪读 数 分 别为 天线对准 背景 天 空 和射 电星 时 记录 仪读 数 噪声 温度 增 值 的测量方法是 第一 把 天线 指 向 预 置 在计算 的 射 电星 运 行 轨道 的 某 一 位 置 上 将 图 中 波导 开 关接 通天线 与接收 机 等 待 射 电星 进入 并 离开 天线 主波 束 轴向 在 记录 仪 上 得 一 漂移 采用 说明 本 条 是 为 适 应 我 国目 前 实 际 情
43、况 而增 加 的曲 线 如图 所示 第二 将 波导 开 关接 通定标系统 和接收 机 进行 定标 见 图 中 曲 线 第 三 为 了 减少随 机 误 差以 提高 测量 精 度 重 复 第一 第二 两 步 进行 多 次 测量 第 四 将 测 量 值 和 已知 值 代 入 式 求 得 值 结 果 表 示法 在 设备 技 术条 件中规定的 增益参考 点 所测 得 的天线 增益 应 用分 贝 表 示 它 是 相 对于规定频 率 和极 化 的 各 向同 性源的分 贝 数 测量的 环境 条 件 亦 须 表 明 天线噪声温度 天线的 噪声 温度 也 是 评价 卫星通信地球站天线性能的 指 标之一 可 用 辐
44、射计 法或 因子 法测量 辐射计 法 由 测量 漂移 曲 线 见 图 就 能方 便 地 算 出天线分系统的 噪声 温度 式 中 各 符 号与 式 相同 值 的 归算 点 在 天线分系统 输 出法 兰盘 处 天线 噪声 温度 要 归算到初级辐射 器的 输 出 端口 因此 要 进行 折 算 假 设馈源 损耗为 值 又 可 写 为 式 的 物理意 义 是 由 测 得 的 值 扣 除 因 馈源 损耗 而 产生 的 噪声 温度 便得 天线 噪声 温度 因子 法 接收 系统 噪声 温度 的测量 可与 值 同时 进行 也 可以 单独进行 测量 但 是 要 从 值 测量 中 求 得 值 还必须 先 对 接收
45、机分系统 噪声 温度 进行 测量 接收 系统 噪声 温度 的测量设备 配 置 见 图 当 波导 开 关接 通 热 或 常 温 标准 负载 时 接收 的 噪声 功 率 与波导 开 关接 通天线分系统 时接收 的 噪声 功 率 之 比 定 义 为 在 天线 各 种 仰 角 测 得 值 便 可由 式 求 出 值 式 中 值 还 是一 个 未 知 数 因此 测量之 前 或 在 测 试 之中 要先 测出 值 用 冷 热 标准 负载 并 仍 用 因子 法测量 值 当 波导 开 关接 通 热 或 常 温 标准 负载 和 冷 标准 负载 时 所 接收 的 噪声 功 率 之 比 定 义 为 即 由 式 可 得
46、因此 由 式 求 得 值 再 用 式 求 得 值 然后 用 式 求 出 值 最 后 用 式 便 可 求 采用 说明 中 此条 内 容 在考 虑 中 现根据 我 国的 实 际 情况 和 需 要 予 以充实出 值 有 了 值 便 可由 值 算 出 值 天线分系统电压驻波比 或回波损耗 天线分系统的电 压 驻 波 比 或 回 波 损耗 以及由 于 各 种 失 配造 成的 损耗 的测量 见 本系列标准第一部 分第二节 射 频 范围 内 的测量 如 果 天线 端 接 的 阻 抗 不 同 于测量电 压 驻 波 比 时 的 阻 抗 那么 就 有 失 配阻 抗 造 成的 不 确 定性 除 非 天线 和 终端阻
47、 抗 两 者 的 复数 值 是 已知 的 该 失 配值 如 下 式 中 天线 及 其 终端阻 抗 即 传输 线 和接收 机 共 同构 成的 复数反射 系 数 的 幅 值 如 果 复数反射 系 数 的 幅 值 已知 而 不 知 其 相 位 接收 的功 率 电 平 是 不 确 定的 因 为 其 值 取 决 于 反射 系 数 的 相 对 相 位 且 在下 式 给出的 最 大 值 和 最小值 之 间 变 化 图 天线分系统 天线 天线分系统 馈源网络 跟踪接收 机 馈线 发射 合路 和倒换 设备 接收 分路 和倒换 设备图 与增益参考 天线 直 接 比较 的 增益 测量设备 配 置 采用 校 准的定
48、向 耦 合器 和 校 准的 可 变中频 衰 减 器 天线 增益参考 天线 冷 负载 见 图 开 关 校 准的定 向 耦 合器 低 噪声 放大器 测 试 用 低 噪声 放大器 本机 振荡 器 混 频器 中频放大器 校 准的 可 变中频 衰 减 器 检 波 器 指 示器 注 测 试 用 低 噪声 放大器 可以 是备 份 低 噪声 放大器 常在 备用设备中 当 远距离 源信 号 强 度 弱 时 建议 用 冷 负载 图 与增益参考 天线 直 接 比较 的 增益 测量设备 配 置 采用 校 准 射 频 衰 减 器 天线 增益参考 天线 低 噪声 放大器 开 关 校 准的 射 频 可 变 衰 减 器 开
49、关 本机 振荡 器 混 频器 放大器 检 波 器 指 示器图 采用调 幅 信 号 直 接 比较 法的 增益 测量设备 配 置 源天线 被 测天线 同轴 馈线 功 率 计 低 通 滤 波 器 射 频 射 频信 号发 生 器 调 幅 器 低 频信 号发 生 器 增益参考 天线 与 馈线 匹配 的 校 准 检 波 器 低 频 选 放 记录 器 位 置 参考 信 号 垂 直 定 位 器 与 馈线 匹配 的 精 密 射 频 衰 减 器 与 馈线 匹配 的 校 准 检 波 器 匹配 装置 天线 到 馈线 图 直 接 校 准信 号 功 率 的 增益 测量设备 配 置 功 率 计 信标源 定 向 耦 合器 远
50、距离 增益参考 天线 被 测天线 开 关 射 频 衰 减 器 标准信 号发 生 器 见 正 文 低 噪声 放大器 功 率 计 本机 振荡 器 混 频器 接收 机 中频 衰 减 器 检 波 器 记录 器 指 示器 大 气 吸 收 注 此 信标源 可 用 射 电星 替代图 用 射 电星 直 接 法的 增益 测量设备 配 置 被 测天线 天线分系统 输 出法 兰盘 波导 开 关 精 密 波导 衰 减 器 电 子 开 关 波导 衰 减 器 致 冷 参考 负载 铂丝 温度传 感 器 温度 电 桥 铂丝 温度传 感 器 致 冷 标准 负载 波导 负载 低 噪声 放大器 带 通 滤 波 器 本机 振荡 器
