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三部分分系统组合测量第二节接收系统品质因数测量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三部分分系统组合测量第二节接收系统品质因数测量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同采用国际电工委员会标准分分系统组合测量第二节卫星通信地球站无线电设备测量方法第三部接收系统品质因数的测量主题内容与适用范围本标准规定了地球站接收系统品质因数的测量方法一种方法是利用地球站处功率谱流量密度已知的星体并考虑到各参数造成的误差还给出了一种间接测量方法定义品质因数地球站接收系统的品质因数为接收天线增益与系统噪声温度之比归算到天线分系统输出法兰盘处值通常可由下式表示天线功率增益系统噪声温度值也可归算到接收系统其他地方例如低噪声放大器输入端这时增益和噪声温度都应折算到低噪声放大器输 入端但值保持不变接收系统噪声温度还包括测试点后面各部分产生的噪声温度的贡献注测量品质因数时发射机应以最大额定功率工作如果发射机工作使接收系统值 下降那么该下降值在结果中应有所表示射电星射电星是一种微波宇宙噪声功率源有四颗射电星的特性是已知的其精度足以用来测量这四颗星是仙后座天鹅座 参考件中介绍了这颗星的特性值金牛座和猎户座附录注月亮和太阳也可作为射电源测量值标准大气本系列标准第一部分第一节总则确定的标准大气条件为温度相对湿度中华人民共和国电子工业部批准实施 大气压力一般考虑当卫星传输到地面的流量密度给定时品质因数参数因此必须以最高的精度来确定接收系统的是决定解调器输入端载噪比的地球站关键值确定品质因数的主要方法有两种即直接法和间接法第一种方法是用射电星直接测量值第二种方法是分别测量接收天线增益和系统噪声温度对于大型天线一般推荐直接测量法因为它能提供最高精度下文将详述当天线可控制性有限或者所处的位置用任何规定角度都不能很好地看到已知射电星时就必须采用间接测量法通常在下列条件下测量值仰角为到最大工作角度间的任意角频率为接收频带的中心频率以及接近频带边缘的频率规定的极化晴天微风用校准的射电星测量品质因数值作为因子的函数解析式众所周知射电星发射微波噪声功率当地球站接收天线指向一射电星时天线接收到的噪声功率增加了下值式中天线指向射电星时噪声功率的增值测量频率上射电源的功率谱流量密度接收天线的有效面积接收机噪声带宽规定频率上天线的接收增益工作波长上式中出现系数是因为接收系统的极化方式是给定的而射电星的极化通常是随机的当射电星是点源其辐射波通过无衰减大气时该方程才有效实际上这两项条件都不成立因此方程改成下列形式必须式中大气衰减的修正系数与射电源角扩展有关的修正系数为天线指向宇宙源时的总噪声功率而假设为天线以相同仰角指向背景天空时的噪声功率那么就有式中包括天空噪声温度在内的接收系统噪声温度根据上述方程品质因数可以表示成 式中玻耳兹曼常数因子为天线指向宇宙源时接收到的噪声功率和天线以相同仰角指向背景天空时接收到的噪声功率之比所有其他参数的定义都与前述方程中相同这种方法与分别测量 的值来确定 值的方法相比较有一个主要优点就是比值的确定能用一次相对测量而不是用两次绝对测量所以求出的 值更精确和大气衰减的修正系数是天线仰角接收频率天线的海拔高度大气温度和密率以及湿度的函值可从图所示的曲线中求出这些曲线表示标准大气条件下天线位于海数方程中所用的平面上频率为最常用频率时随仰角的变化其他因素没有考虑因为他们对测量值的精度影响不大这些因素有宇宙背景辐射传播损耗的波动以及地球站海拔高度的影响修正系数是考虑到射电星体实际上不能当作点源来处理并且天线从非点源星体接收到的噪声功率取决于天线的波束宽度由下式给出式中射电源的亮度分布归一化天线方向性图以球面度为单位的立体角微分微分立体角矢径的球面坐标方向以球面度为单位的射电源的立体视角修正系数取决于天线波束宽度和射电星图给出了三种射电星的修正系数与天线半功率波束宽度的关系曲线附录中给出了这些曲线的解析式方程 中的功率谱流量密度不仅取决于选定的射电星而且还取决于测量值的频率附录中给出了每一个射电星各个频率的射电星的选择值测量值时射电星的选择主要取决于从天线所处位置能看见射电星的持续时间通常星体在天空中按圆形轨道移动如果星体的极距它是赤纬的余角低于地球站的纬度而且星体和地球站在同一半球北半球或南半球那么整个轨道就位于地平线上面最小仰角在下中天处由下式给出式中和如图所示对于其他星体只有一部分轨道在地平线以上因此这些星体将升起和降落这样计算出地平面以上的角度才有用任何星体的最大仰角都在上中天处出理它们有下列三种情况当星体和地球站位于同一半球内且时就有当星体和地球站位于同一半球内且时就有当星体和地球站不在同一半球内且时就有在上中天和下中天处位移主要是方位的在东大距和西大距处位移主要是俯仰的由于跟踪较容易因此在这些位置上进行测量最精确 知道得最精确的星体有仙后座和天鹅座指向方法为了使因子的测量精度最高就应使对射电源辐射信号的响应最大即要使天线的射波束与星体的亮度中心对准得最佳指向精度取决于天线可控性最佳指向精度由带有手动装置的程序跟踪装置保证如果地球站没有程序跟踪装置可用手动控制方法来跟踪星体使从星体接收到的功率最大测量方法图表示测量声包括中频噪声都已考虑测量前应检查接收机线性使它与希望的测量精度一致条叙述的方法跟踪射电星努力使接收功率保持最大在这种情况下记录器测出的功率电可写成下式值的一种简单设备配置其中因子是在中频测出的因此接收机的全部噪用平式中接收机和低噪声放大器的总增益天线指向宇宙源时接收机输入端的总噪声功率这种情况下中频为可变衰减器的衰减量然后将天线偏离射电星一角距并以相同仰角指向背景天空在这种新情况下为使记录器保持参考电平需要改变中频可变衰减器的衰减量若 为新衰减量则有式中仅当接收机和低噪声放大器为线性时才与前值相同天线以相同仰角指向背景天空时接收机输入端的噪声功率使记录器保持在参考电平由上式可以求出因子上所需的中频衰减器的新衰减当接收设备非线性显著时建议在低噪声放大器后面插入一个仔细校准的射频衰减器求出子在这种情况下只需低噪声放大器是线性的其配置示于图声没有考虑在内因此必须进行修正应