浅析卫星通信地球站电磁环境测试系统组成及测试方法

周雄林，庞文镇，周凌宇

（1.92665部队，慈利 427200；2.南京熊猫汉达科技有限公司，南京 210001；3.96862部队，洛阳 471003）

1 系统组成

电磁环境测试系统由硬件和软件组成。硬件是指频谱仪、天线、同轴电缆等硬件设施；软件是指频谱分析、场强测试、信号分析、驻波比测试等功能单元，以及最终呈现的电磁环境测试报告。

硬件设备连接关系如图1所示，由于测试目标频段需涵盖卫星通信UHF、C、Ku、Ka等多个频段，跨度较大，1副测试天线难以满足要求，需多副天线分频段实现。不同天线的接口不同，需采用连接器进行转换。天馈系统接收到的微弱信号，利用低损耗同轴电缆，经低噪声放大器，传送至频谱仪。当周围有明显大功率干扰时，为防止大功率信号损伤器件，需加装衰减器。频谱仪分析处理完毕后，通过数据线将数据导入电脑软件中，频谱仪软件可实现对频谱仪的访问和控制，对获得的数据和图片进行校准、对比、编辑形成电磁环境测试报告。电脑中安装转台控制软件，通过控制线与全转台三角架连接，可以控制定向天线的方位角和转动速度。

图1 电磁环境测试系统设备连接关系图

2 指标分析

系统整体灵敏度（天线接收口面处）指标应优于相关标准中给出的卫星地球站接收机输入端允许干扰信号电平值（将馈线忽略，也描述为接受天线输出端允许干扰电平）。其中[1]：

（1）对来自雷达系统的干扰信号，规定落入同步卫星地球站接收机输入端的干扰信号峰值电平应比正常接收信号电平低10dB。

（2）来自中波（300k-3MHz）、调频广播（88-108MHz）和1～5频道电视广播的发射干扰，在卫星通信系统地球站的电场强度应不大于125dB（μV/m）。

（3）来自短波广播的发射干扰，在卫星通信系统地球站的电场强度应不大于105dB（μV/m）。

（4）来自移动通信系统的谐波发射干扰，落入同步气象卫星地球站接收机输入端的干扰信号电平应比正常接收信号低25dB。

（5）来自频段为1GHz-18GHz的工业、科学和医疗设备的辐射干扰，落入地球站接收机输入端的干扰信号电平应比正常按收信号电平低30dB。

频谱仪显示的空间信号强度（dBm）和电场强度dB（μV/m）转换公式为：E' =P+A+F

式中，E'为空间电场强度，dB（μV/m）；P为频谱仪分析读数，dBm；A为天线系数，dB（1/m）；F为折算系数，dB，频谱仪输入阻抗50欧姆时，取107dB；阻抗75欧姆时，取109dB。

其他频段的干扰值可利用以下公式计算[2]：

式中，P为从一个干扰源来的干扰可以超过允许值的时间百分数，由于各干扰途径不一定会同时出现，所以p=p0/n；p0为从所有干扰源来的干扰可以超过允许值的时间百分数；n为预期的干扰途径数目，假定这些干扰途径是互不相关的；k为波尔兹曼常数1.38×10-23，J/K；Te为在接收天线输出端接收系统的等效热噪声温度，K；B为参考带宽（被干扰系统的带宽，在该带宽内可以对干扰功率进行平均），Hz；NL为链路噪声贡献，dB；对于卫星固定链路：NL=1，对于地面链路：NL=0；MS为链路性能余量；W为来自发射干扰的干扰同在参考带宽内由于引入功率相等的额外热噪声而引起的干扰相比的等效因数，dB。当发射干扰比热噪声引起的恶化大时，该因素为正数。

3 测试方法

测试之前，应检查仪器仪表能够正常工作，由于测试环境的不确定，蓄电池及电力电源应提前考虑。正式测试工作可分上午、下午、晚上3个时段进行测试，每个时段测试时长3小时左右，排除时间过短、设备不稳定、馈线损耗等原因影响。

具体操作步骤为：

（1）根据经纬度到达预定位置，选取相对开阔处展开工作。观察并拍摄周边环境，确定预选点位远离高压线、变压器[3]，掌握周围可疑的强辐射源。当分辨不清时应先连接衰减器，以免损伤设备。

（2）按照系统组成的设备连接关系开始组装设备，天线架设高度大于1.5米，且设备良好接地。

（3）接通电源并开启个台设备，预热至少10分钟，使测试设备工作在正常状态。

（4）使用指北针对所在点位的磁北方向进行测量并记录，结合当地磁偏角数据，将天线指向方位角为0°处。

（5）将天线俯仰角、方位角置为0°，开始顺时针低速均匀旋转，搜索可能出现的干扰信号，记录频谱图及干扰最大值。

（6）测试一段时间后，调整计划方向，继续进行测试。

（7）可根据待用卫星的俯仰角，重新设置天线，再次测试。

如果待测卫星地球站的用频、对星较为明确，可以简化测试步骤，针对具体情况开展测试工作。测试完毕后，根据记录结果，结合各设备、馈线的增益及衰减值，计算最终干扰电平值[4]。将计算结果与指标要求进行对比，形成最终测试结论，写入电磁环境测试报告。

4 结束语

电磁环境测试对地球站选址，乃至卫星通信系统的运行起着至关重要的作用，建设主管部门对测试工作给予了高度重视，经费投入逐步加大，无论是新选站址还是原址扩展使用频段，都必须先进行电磁环境测试。电磁环境不仅在地球站建设初期进行测试，更应在地球站运行期间常态检测，及时发现信号盗用、频率干扰等问题，确保系统可靠运行。