频谱分析仪在卫星地球站运用中的注意事项

2011-05-21魏立

卫星与网络 2011年4期

文魏立

（吉林省广播电视卫星地球站，长春 130119）

频谱分析仪是把信号能量作为频率的函数显示出来的测量仪器，用示波器作为显示器描绘出信号幅度与频率间的函数关系图形。在射频技术领域中，该仪器发挥着举足轻重的作用。

在卫星地球站，频谱分析仪也发挥着举足轻重的作用。作为测试仪器，它可以进行多种射频功能的测试，如测量功率放大器的带宽、幅频特性、带内外杂散、噪声频谱、测量某信号的载波噪声比（C/N）、测量相位噪声、测量放大器三阶互调等技术指标。除了以上的测试功能外，它也是地球站最重要的监视工具之一，利用它可监视本站发射的频谱有无异常，接收卫星转发的本站频谱并与同转发器的兄弟台站的频谱比较，以及对干扰情况进行查找等。

下面结合本人在维护设备中关于频谱分析仪的若干经验，谈一下频谱分析仪在地球站中的使用方法与注意事项，供大家交流。

1 频谱分析仪应用于频谱监视

分辨率带宽的设置。频谱分析仪的频率分辨率指的是能明确分离出两个输入信号的能力。当频谱分析仪被用作频谱的监视时，对频率分辨率参数的设置有以下几点需注意：

（1）视频分辨率带宽（VBW）的选取。视频滤波器是在检波之后的低通滤波器，用以平均噪声起伏。视频分辨率的选取不可使用平均值（AVG ON）方式，视频平均可用另外一种方式，即用窄的视频滤波器使显示的频谱迹线平滑，因为实时的频谱图形处于动态，虽可利用视频分辨率以平均值的方式平均噪声，但它是采集的多条频谱轨迹相叠加的结果，平均次数越多，瞬间频谱的突变越难以马上显现，这样不利于地球站值班人员及时发现有干扰情况的发生；

（2）射频分辨率带宽（RBW）的选取。通常射频分辨率带宽表示频谱分析仪的中频滤波器的3dB带宽或6dB带宽。在实际监测中，我们经常会遇到幅度不等而又靠得比较近的异常的干扰信号。在这种情况下，幅度较小的信号往往被幅度大的信号的裙边所淹没。那么，如何才能保证小信号不被大信号淹没呢？首先，仪器的中频滤波器必须做得足够窄，现在大部分频谱分析仪的中频滤波器已经可以做到1Hz带宽，完全可以达到要求；其次，仪器要有很好的选择性，即中频滤波器应尽可能陡一些，形状因素（中频滤波器60dB带宽和3dB带宽之比）越小，其选择性越好。我们在用频谱分析仪对信号进行分析观察时，影响到频率分辨率的主要是以上两个因素。分析仪所用中频滤波器的形状因素是无法改变的，但我们所选用的分辨率带宽是可调的，RBW越小，分辨小信号的能力越强因而我们在使用中可以通过调整分辨率带宽来达到目的。

扫描时间的设置。同样基于实现实时监测频谱变化，频谱的轨迹扫描时间不宜过长。而较窄的滤波器所需的响应时间较长，这就要求我们对射频分辨率带宽和视频分辨率带宽进行兼顾考虑，合理设置后可达到适合的扫描时间，而不能单一追求某一分辨率带宽产生的效应。一般地，仪器可自动地选择最快可允许的扫描时间，即自动联锁扫描时间。

一般地，卫星接收下来的L段频谱信号，是通过功率分配器（简称功分器）从高频头引来，而给LNB供电的直流电压（通常由卫星接收机供给）因功分器的直通功能会倒入频谱仪，虽然没超过频谱仪输入电平的最大允许范围，但也容易导致频谱仪的输入衰减器和输入混频器毁坏。所以最好选用功分器阻隔直流的端口输出给频谱分析仪使用。

将频谱分析仪放在控制室作为卫星接收监测设备时，需将设备室内的L段信号通过功分器引接进来，若此线长度较长，则宜用低损耗传输线，而不宜使用有线电视系统通用的同轴电缆。后者频率范围上限低于L段信号频率范围（有线电视系统物理发泡聚乙烯绝缘同轴电缆的频率范围为5～1000MHz），加上引线过长会引入噪声，从而影响监视频谱的质量。

另外，谈一下地球站监视用频谱仪的选取。若用地球站的测试级仪表如HP8563E作为频谱监视用，则是大材小用，也不适于长时间加电运行。 TEKTRONIX公司的简易监视频谱仪1705A，虽可作为监视设备用，但因其视频分辨率带宽不能做得不合适，监视的频谱清晰度差，频谱的毛刺掩盖着频谱的变化，不易被识别。国内安徽蚌埠四十一所生产的依爱AV4061系列，其性价比较高，作为监视用，频谱清晰、而且易操作。如图1所示。它带有VGA接口，能方便转换成视频信号进行录像存贮，也可将频谱仪放在设备室，直接将频谱仪的显示通过VGA延长线接到控制室的控制桌显示器上进行监视，这样也避免了上面所谈到的，将仪器放在控制室时因L段线过长影响频谱的质量问题。另外，该仪器附有USB接口，可将当前频谱拷贝输出。

2 频谱分析仪应用于干扰排查

在地球站的设备运行中，虽说卫星天线为定向天线，但空间的干扰也是不可避免，有些干扰信号混合在卫星下行信号中，通过卫星接收天线进入，瞬间大功率的信号使得卫星地球站的接收系统饱和，由于功率掠夺的原因致使实际接收的卫星电视信号载噪比降低，下行监视节目的图像因载噪比低于接收机门限而出现图像黑屏。多个地球站也曾发生过虚警干扰问题，导致地球站的抗干扰自动功率控制系统出现误升功率现象，严重干扰了同转发器节目的正常播出，对卫星转发器也造成了不安全因素。

利用频谱分析仪的最大保持和最小保持功能，解决了不能实时捕捉虚警干扰的问题，可通过存贮记忆的干扰频率和电平，捕捉瞬态的干扰信号进行分析查找。

具体方法为：将频谱分析仪设置为被干扰频谱的大致频率范围，将天线接收的信号通过LNA引接到室内单元，可利用频谱仪的频谱最大保持功能（若天线接收的信号通过LNB引接到室内单元，频谱发生了倒置，可利用频谱仪的频谱最小保持功能），频谱仪将对连续接收扫描数据每次扫描刷新时，比较并保留所选迹线每一点的最大值（或最小值）进行显示。如某次测得的干扰频谱如图2所示。从频谱图可以看出，干扰频率位于950MHz～1GHz之间，是一组频率，其电平平均值比正常频谱高8dB，其来源很可能是飞机在地球站上空飞行时，其测量飞行高度的雷达设备在经过地球站发射频率为4150～4200MHz的测试扫频信号。

图二：干扰信号的频谱

3 频谱分析仪应用于大天线的调整

借助频谱仪我们可进行大的卫星天线对星调整。小天线因其波瓣宽，对星的调整较容易些，而大天线虽可利用其操作控制单元调整，但因其波瓣窄，对角度的变化特别敏感，方位和俯仰不易同时找到主瓣，对星调整相对困难。我们可借助频谱仪，通过画方向图的方法寻找天线对星的主瓣，实践证明，这是一种极科学有效的方法。

方法为：将频谱仪频率设置为所要对准卫星的下行信标频率上，扫宽为0Hz。适当调整其视频带宽及扫描时间，先顺时针转动天线的方位角度，从方位的方向图中可见峰值的趋势走向。之后再逆时针转动天线的方位角度，记录较大3个峰值时天线的方位角度显示值（从天线的控制单元显示屏上读取），并从频谱上读出3个峰值时的电平值。

同理，再对天线俯仰角度进行如上的调整，从方向图中可见峰值的趋势走向，记录较大3个峰值时天线的俯仰角度显示值（从天线的控制单元显示屏上读取）和频谱上读出3个峰值时的电平值。

从测试的方位或俯仰方向图中，我们可以看到：最高峰的瓣与其相邻的两个次峰瓣间的相对电平差大于14dB，则最高峰一定为主瓣，天线此刻的方位或俯仰位置最佳。如3图所示。

所以，在画方位或俯仰方向图的过程中，从频谱仪显示的峰值时刻，通过天控单元显示的方位或俯仰的数值可以找到最佳对星位置。这种方法与根据信标接收机电平的大小来调整天线的方位和俯仰更加合理有效。