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頻譜分析儀在衛(wèi)星接收中的應(yīng)用
2015-09-01
頻譜分析儀是在頻率域?qū)π盘?hào)進(jìn)行分析、測(cè)量的儀器。
在對(duì)衛(wèi)星信號(hào)的監(jiān)測(cè)方面尤其便利。
諸如一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器上有多少節(jié)目(載波)，每個(gè)載波占據(jù)的帶寬，信號(hào)的功率電平，有無(wú)反極化干擾，有無(wú)異常干擾，有無(wú)互調(diào)信號(hào)，等等，都可以清晰地顯示出來(lái)。
通過(guò)觀察下行信號(hào)的頻譜，可以方便地調(diào)整接收天線的指向和極化角，從而使天線準(zhǔn)確地對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星，提高接收質(zhì)量。
首先簡(jiǎn)單介紹一下頻譜分析儀的工作原理。
第一本振受掃描斜波發(fā)生器的控制，它是一個(gè)掃頻本振，也就是說(shuō)它的輸出信號(hào)是在一定的頻率范圍內(nèi)是連續(xù)地、線性地變化的。
變化的快慢即掃描速度當(dāng)然也受斜波發(fā)生器的控制。
由于第一本振是掃頻的，輸入的被測(cè)信號(hào)經(jīng)過(guò)第一變頻器之后，每個(gè)頻率點(diǎn)的信號(hào)都被“提取”了一次，經(jīng)過(guò)后面電路的處理，最終使輸入信號(hào)的頻譜得以顯示。
采用掃描式本振的效果，是在被測(cè)的頻率范圍上產(chǎn)生了一個(gè)掃描“窗口”，這個(gè)窗口掃過(guò)了每個(gè)被測(cè)的頻點(diǎn)，將信號(hào)的頻率成份依次展示出來(lái)。
設(shè)定的窗口掃描范圍(即Fend-Fstart)稱為掃描跨度(SPAN)，掃描窗口的寬度也就是可調(diào)帶寬濾波器的帶寬稱為分辨率帶寬(RBW)，窗口掃描一次所需的時(shí)間稱為掃描時(shí)間(SWEEP TIME)。
要想看某個(gè)大頻率范圍內(nèi)的信號(hào)頻譜，可將掃描跨度選得大一些，反之則選小一些。
分辨率帶寬應(yīng)根據(jù)所觀察信號(hào)的帶寬來(lái)確定，特別是在兩個(gè)被測(cè)信號(hào)頻率靠得較近時(shí)，如果分辨率帶寬偏大(分辨率偏低)，則頻譜儀可能無(wú)法分辨這兩個(gè)信號(hào)。
掃描時(shí)間的選擇應(yīng)根據(jù)測(cè)試的內(nèi)容來(lái)定。
比如正在根據(jù)信號(hào)的強(qiáng)弱來(lái)調(diào)整天線，則掃描的速度應(yīng)快一些(縮短掃描時(shí)間)，這樣便于迅速發(fā)現(xiàn)信號(hào)頻譜電平的變化。
在衛(wèi)星信號(hào)接收中，頻譜分析儀的接入方法通常有兩種。
一是接至LNA(低噪聲放大器)之后；二是接至LNB(低噪聲變頻器)之后。
接至LNA之后所看到的是C(或Ku)波段的信號(hào)。
接至LNB之后看到的則是L波段的信號(hào)。
需注意的是，由于LNB是通過(guò)傳輸電纜供電的，頻譜分析儀不能直接接到LNB上，而是需要借助一臺(tái)接收機(jī)來(lái)供電，或是另設(shè)供電電路。
頻譜分析儀在衛(wèi)星地面接收中的基本應(yīng)用如下。
(1)觀察某個(gè)極化上的所有信號(hào)。
這是用來(lái)觀察所接收衛(wèi)星上某個(gè)極化(垂直或水平)上所有的信號(hào)。
此時(shí)的掃描跨度應(yīng)不低于500MHZ，所看到的是一組較窄的譜線。
(2)觀察某個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器上的信號(hào)狀況。
這是指觀察某極化上某個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器的信號(hào)狀況。
如果是SCPC方式，可以看清每個(gè)信號(hào)的細(xì)節(jié)，如功率電平，占有帶寬，甚至可以計(jì)算每個(gè)載波信號(hào)所占轉(zhuǎn)發(fā)器總功率的比例。
(3)精確調(diào)準(zhǔn)天線的指向和極化傾角。
每顆衛(wèi)星都有自己的信標(biāo)信號(hào)，這是一個(gè)單一頻率的幅度穩(wěn)定的正弦波信號(hào)。
借助于頻譜分析儀可以清晰地觀察到接收的信標(biāo)信號(hào)的電平大小，從而調(diào)準(zhǔn)天線的指向和極化傾角。
由于信標(biāo)信號(hào)往往只安排在某一個(gè)極化上，所以，先在這個(gè)極化方向上進(jìn)行接收，仔細(xì)地調(diào)整天線，從頻譜儀上找到信標(biāo)信號(hào)最大點(diǎn)，這時(shí)的天線可認(rèn)為已經(jīng)相當(dāng)精確地對(duì)準(zhǔn)了衛(wèi)星。
再在與之正交的極化方向上觀察接收到的信標(biāo)信號(hào)，仔細(xì)地轉(zhuǎn)動(dòng)饋源喇叭，使信標(biāo)信號(hào)達(dá)到最小，這就說(shuō)明極化傾角也已調(diào)整好。
(4)觀察高頻頭(LNB)本振的準(zhǔn)確度。
高頻頭在使用一段時(shí)間之后，本振頻率會(huì)發(fā)生偏移，嚴(yán)重時(shí)可偏移幾兆赫，這對(duì)數(shù)字信號(hào)的接收會(huì)產(chǎn)生一定影響。
使用頻譜儀可以直觀準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)這一問(wèn)題。
比如，某C波段衛(wèi)星的信標(biāo)為3699MHZ，高頻頭的本振為5150MHZ，則變頻后的信標(biāo)應(yīng)位于為5150-3699＝1451MHZ。
在頻譜儀上使用標(biāo)記對(duì)準(zhǔn)這一信標(biāo)，看標(biāo)記的頻率是多少，該標(biāo)記頻率與正常頻率的差值就可認(rèn)為是高頻頭本振的偏移量。
(5)分析LNA和LNB的性能。
用頻譜儀還可以觀察分析LNA和LNB的一些性能，如頻響、互調(diào)等。
在頻譜儀上常常發(fā)現(xiàn)不同轉(zhuǎn)發(fā)器下行信號(hào)的幅度相差較大，通常情況下這并非星上轉(zhuǎn)發(fā)器的原因，而是LNA或LNB的幅頻特性不好。
另外常見(jiàn)的現(xiàn)象是由于放大電路的線性不好而產(chǎn)生的互調(diào)產(chǎn)物。
頻譜儀上顯示的是某個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器的下行信號(hào)，但在最高端出現(xiàn)了一個(gè)異常包絡(luò)，且維持了較長(zhǎng)時(shí)間，在更換了LNB之后，這個(gè)包絡(luò)就消失了，由此斷定，該包絡(luò)是LNB中產(chǎn)生的互調(diào)產(chǎn)物。
在對(duì)衛(wèi)星信號(hào)的監(jiān)測(cè)方面尤其便利。
諸如一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器上有多少節(jié)目(載波)，每個(gè)載波占據(jù)的帶寬，信號(hào)的功率電平，有無(wú)反極化干擾，有無(wú)異常干擾，有無(wú)互調(diào)信號(hào)，等等，都可以清晰地顯示出來(lái)。
通過(guò)觀察下行信號(hào)的頻譜，可以方便地調(diào)整接收天線的指向和極化角，從而使天線準(zhǔn)確地對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星，提高接收質(zhì)量。
首先簡(jiǎn)單介紹一下頻譜分析儀的工作原理。
第一本振受掃描斜波發(fā)生器的控制，它是一個(gè)掃頻本振，也就是說(shuō)它的輸出信號(hào)是在一定的頻率范圍內(nèi)是連續(xù)地、線性地變化的。
變化的快慢即掃描速度當(dāng)然也受斜波發(fā)生器的控制。
由于第一本振是掃頻的，輸入的被測(cè)信號(hào)經(jīng)過(guò)第一變頻器之后，每個(gè)頻率點(diǎn)的信號(hào)都被“提取”了一次，經(jīng)過(guò)后面電路的處理，最終使輸入信號(hào)的頻譜得以顯示。
采用掃描式本振的效果，是在被測(cè)的頻率范圍上產(chǎn)生了一個(gè)掃描“窗口”，這個(gè)窗口掃過(guò)了每個(gè)被測(cè)的頻點(diǎn)，將信號(hào)的頻率成份依次展示出來(lái)。
設(shè)定的窗口掃描范圍(即Fend-Fstart)稱為掃描跨度(SPAN)，掃描窗口的寬度也就是可調(diào)帶寬濾波器的帶寬稱為分辨率帶寬(RBW)，窗口掃描一次所需的時(shí)間稱為掃描時(shí)間(SWEEP TIME)。
要想看某個(gè)大頻率范圍內(nèi)的信號(hào)頻譜，可將掃描跨度選得大一些，反之則選小一些。
分辨率帶寬應(yīng)根據(jù)所觀察信號(hào)的帶寬來(lái)確定，特別是在兩個(gè)被測(cè)信號(hào)頻率靠得較近時(shí)，如果分辨率帶寬偏大(分辨率偏低)，則頻譜儀可能無(wú)法分辨這兩個(gè)信號(hào)。
掃描時(shí)間的選擇應(yīng)根據(jù)測(cè)試的內(nèi)容來(lái)定。
比如正在根據(jù)信號(hào)的強(qiáng)弱來(lái)調(diào)整天線，則掃描的速度應(yīng)快一些(縮短掃描時(shí)間)，這樣便于迅速發(fā)現(xiàn)信號(hào)頻譜電平的變化。
在衛(wèi)星信號(hào)接收中，頻譜分析儀的接入方法通常有兩種。
一是接至LNA(低噪聲放大器)之后；二是接至LNB(低噪聲變頻器)之后。
接至LNA之后所看到的是C(或Ku)波段的信號(hào)。
接至LNB之后看到的則是L波段的信號(hào)。
需注意的是，由于LNB是通過(guò)傳輸電纜供電的，頻譜分析儀不能直接接到LNB上，而是需要借助一臺(tái)接收機(jī)來(lái)供電，或是另設(shè)供電電路。
頻譜分析儀在衛(wèi)星地面接收中的基本應(yīng)用如下。
(1)觀察某個(gè)極化上的所有信號(hào)。
這是用來(lái)觀察所接收衛(wèi)星上某個(gè)極化(垂直或水平)上所有的信號(hào)。
此時(shí)的掃描跨度應(yīng)不低于500MHZ，所看到的是一組較窄的譜線。
(2)觀察某個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器上的信號(hào)狀況。
這是指觀察某極化上某個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器的信號(hào)狀況。
如果是SCPC方式，可以看清每個(gè)信號(hào)的細(xì)節(jié)，如功率電平，占有帶寬，甚至可以計(jì)算每個(gè)載波信號(hào)所占轉(zhuǎn)發(fā)器總功率的比例。
(3)精確調(diào)準(zhǔn)天線的指向和極化傾角。
每顆衛(wèi)星都有自己的信標(biāo)信號(hào)，這是一個(gè)單一頻率的幅度穩(wěn)定的正弦波信號(hào)。
借助于頻譜分析儀可以清晰地觀察到接收的信標(biāo)信號(hào)的電平大小，從而調(diào)準(zhǔn)天線的指向和極化傾角。
由于信標(biāo)信號(hào)往往只安排在某一個(gè)極化上，所以，先在這個(gè)極化方向上進(jìn)行接收，仔細(xì)地調(diào)整天線，從頻譜儀上找到信標(biāo)信號(hào)最大點(diǎn)，這時(shí)的天線可認(rèn)為已經(jīng)相當(dāng)精確地對(duì)準(zhǔn)了衛(wèi)星。
再在與之正交的極化方向上觀察接收到的信標(biāo)信號(hào)，仔細(xì)地轉(zhuǎn)動(dòng)饋源喇叭，使信標(biāo)信號(hào)達(dá)到最小，這就說(shuō)明極化傾角也已調(diào)整好。
(4)觀察高頻頭(LNB)本振的準(zhǔn)確度。
高頻頭在使用一段時(shí)間之后，本振頻率會(huì)發(fā)生偏移，嚴(yán)重時(shí)可偏移幾兆赫，這對(duì)數(shù)字信號(hào)的接收會(huì)產(chǎn)生一定影響。
使用頻譜儀可以直觀準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)這一問(wèn)題。
比如，某C波段衛(wèi)星的信標(biāo)為3699MHZ，高頻頭的本振為5150MHZ，則變頻后的信標(biāo)應(yīng)位于為5150-3699＝1451MHZ。
在頻譜儀上使用標(biāo)記對(duì)準(zhǔn)這一信標(biāo)，看標(biāo)記的頻率是多少，該標(biāo)記頻率與正常頻率的差值就可認(rèn)為是高頻頭本振的偏移量。
(5)分析LNA和LNB的性能。
用頻譜儀還可以觀察分析LNA和LNB的一些性能，如頻響、互調(diào)等。
在頻譜儀上常常發(fā)現(xiàn)不同轉(zhuǎn)發(fā)器下行信號(hào)的幅度相差較大，通常情況下這并非星上轉(zhuǎn)發(fā)器的原因，而是LNA或LNB的幅頻特性不好。
另外常見(jiàn)的現(xiàn)象是由于放大電路的線性不好而產(chǎn)生的互調(diào)產(chǎn)物。
頻譜儀上顯示的是某個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器的下行信號(hào)，但在最高端出現(xiàn)了一個(gè)異常包絡(luò)，且維持了較長(zhǎng)時(shí)間，在更換了LNB之后，這個(gè)包絡(luò)就消失了，由此斷定，該包絡(luò)是LNB中產(chǎn)生的互調(diào)產(chǎn)物。
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