卫星基础知识x

卫星基础知识1、dB、dBc、dBi、dBd、dBw、dBm之间的区别1.1、 dBdB是一个表征相对值的值，纯粹的比值，只表示两个量的相对大小关系，没冇单位，当考虑甲的功率相比于乙功率大或小多少个dB吋，按下面计算公式：lOlog（甲功率/乙功率），如果采用两者的电压比计算，要用201og（甲电压/乙电压）。［例1］甲功率比乙功率大一倍，那么101g（甲功率/乙功率）=101g2=3dB。也就是说，甲的功率比乙的功率大3dB反之，如果甲的功率是乙的功率的一半，则甲的功率比乙的功率0小3dBo1.2、 dBi和dBddI3i和dBd是表示犬线功率增益的量，两者都是一个相对值，但参考基准不一样。dBi的参考基准为全方向性天线，dBd的参考基准为偶极了，所以两者略有不同。一般认为，表示同一*个增益，用dBi表示出来比用dBd表示出来要大2.15。［例2］对于一面增益为16dBd的天线，其增益折算成单位为dBi时，则为1&15dBi（一般忽略小数位，为18dBi）o［例3］0dBd=2.15dBio1.3、 dBcdBc也是一个表示功率相对值的单位，LdB的让算方法完全一样。一般来说，dBc是和对于载波（Carrier）功率而言，在许多情况下，用來度量与载波功率的相对值，如用來度量干扰（同频干扰、互调干扰、交调干扰、带外干扰等）以及耦合、杂散等的相对量值。在采用dBc的地方，原则上也可以使用dB替代。1.4、 dBmdBm是一个表示功率绝对值的值（也可以认为是以lmW功率为基准的一个比值），计算公式为：lOlog（功率值/lmw）o［例4］如果功率P为lmw,折算为dBm后为0dBmo［例5］对于40W的功率，按dBm单位进行折算后的值应为：lOlog（40W/lmw）=101og（40000）=101og4+101ogl0000=46dBmo1.5、 dBw与dBm—样，dBw是一个表示功率绝对值的单位（也町以认为是以1W功率为基准的一个比值），计算公式为：101og（功率值/lw）odBw与dBm之间的换算关系为:0dBw=101oglW=lOloglOOOmw=30dBmo［例6］如果功率P为lw,折算为dBw后为OdBwo总之,dB、dBi、dBd、dBc是两个量之间的比值，表示两个量间的相对大小，而dBm、dBw则是表示功率绝对大小的值。在dB,dBm,dBw计算中，要注意基本概念，用一个dBm（或dBw）减另外一个dBm（dBw）时,得到的结果是dB,如：30dBm-OdBm=30dB一般来讲，在o工程中，dBm（或dBw）和dBm（或dBw）之间只有加减，没有乘除。而用得最多的是减法：dBm减dBm实际上是两个功率相除，信号功率和噪声功率相除就是信噪比（SNR）。dBm加dBm实际上是两个功率相乘［5换算公式为：X（dBm）=101g［Y（mW）］举个例了如果一个AP的发射功率为10OmW,那么代入公式，lgl00=2,也就是AP的发射功率为2OdBm。这样说很简单了吧，大家也应该明白了。如果遇到这类问题，换算一下就可以了。想弄清楚这个问题的朋友看到这里就可以不用往下看了。如果想对dBW、dBm、dBmV、dBuV之间的关系有深入的了解，请往下看：射频电平单位dBW、dBm、dBmV、dBuV的换算关系当需要表示系统中的一个功率（或电压）时，可利用电平来表示。系统中某一点的电平是指该点的功率（或电压）对某一基准功率（或电压）的分贝比10lg（P/P0） =20lg（U/10）显然，基准功率（即P二P0）的电平为零。对同一个功率，选用不同基准功率P0（或电压L0）所得电平数值不同，后面要加上不同的单位。若以1W为基准功率，功率为P时，对应的电平为10lg（P/1W），单位记为dBW（分贝瓦）o例如功率为1W时，电平为0dBW；功率为100W时，电平为20dBW；功率为100mW时，对应的电平为101g（100mW/lW）=101g（100/1000）=-lOdbW已知系统中某点的电压,也可用dBW来表示该点的电平。例如某输入端的电压为lOOmV,则其输入功率P=IT2/Z=0.T2/75=1.3X10八—4)W对应的电平为101g(1.3X10"(—4)/1)=—38.75dbW若以lmW为基准功率时，则功率为P时对应的电平为101g(P/lmW),单位记为dBmW(分贝毫瓦)。例如功率为1W时，电平为30dBm；功率为lmW时，电平为OdBm；功率为luW时，电平为-30dBm；电压为lmV时，对应的功率P=U'2/Z=0.00T2/75=1.3X107—8)W=1.3X10"(—5)mW对应的电平为101g(1.3X10*(—5)mW/ImW)=—48.75dbm若以lmV作为基准电压，则电压为U时对应的电平为201g(U/lmV),单位记为dBmV(分贝毫伏)。例如电压为IV时,对应的电平为60dBmV；电压为luV时,对应的电平为-60dBmV:功率为lmW时，电压U二sqr(P*Z)=sqr(75*l(T(-3))V二274mV对应的电平为201g(274mv/lmv)=48.75dbmv若以luV为基准电压，则电压为U时对应的电平为201g(U/luV)，单位记为dBuV(分贝微伏)。例如电压为lmV时，电平为60dBuV；电压为100mV时，电平为lOOdBuV:功率为lmW时，电压U=274mV=2.74X1(T(-5)uV[52RD.com]对应的电平为201g(2.74X1(T(-5)/1)=108.75dbuV2、垂直极化、水平极化电波在空间传播时，其电场矢量的瞬时取向称为极化。如果电波传播时电场矢量的空间描出轨迹为一直线，它始终在一个平面内传播，则称为线极化波。线极化波又冇水平极化波和垂直极化波Z分。当电场强度方向垂直于地面时，此电波就称为垂直极化波；当电场

水平极化+45°极化45。极化强度方向平行于地面时，此电波就称为水平极化波。电波的极化特性取决丁•发射天馈系统的极化特性。接收天线必须与发射天线具有相同的极化和旋向特性，以实现极化匹配，从而接收全部能量。若部分匹配，则只能接收部分能量。水平极化+45°极化45。极化电波在空间传播时，其电场矢最的瞬时取向称为极化。若电场矢最在空间描出的轨迹为一个圆，即电场矢量是围绕传播方向的轴线不断地旋转，则称为圆极化波。而圆极化波分左旋极化波、右旋极化波。3.1、左旋极化波向波的传播方向观察，场的旋转方向为逆时针。（若向+Z方向传播，则Ey比Ex超前7T/2）

左旋园极化波、右旋极化波左旋园极化波向波的传播方向观察，场的旋转方向为顺时针。（若向+Z方向传播，则Ex比Ey超前右旋园极化波7T/2）右旋园极化波现代卫星电视传输中，还利用垂直极化与水平极化、左旋圆极化和右旋圆极化的相互隔离Z特性传送不同的电视节目，以提高卫星的传输容量。圆极化波和线极化波各有优缺点,圆极化波在穿过用雾层和电离层时，引入的损耗小，也不存在线极化波极化面旋转的问题,而线极化波的最大优点是实现简单。4、自由空间衰耗自由空间电波传播是无线电波最基木、最简单的传播方式。自由空间是一个理想化的概念，实际上电波是不可能在真空中传播的，口由空间为人们硏究电波传播提供了一个简化的计算环境。自山空间传播损耗乙是传播损耗中最基本的损耗，接收天线接收到的信号功率仅仅是发射犬线辐射功率的一小部分，大部分能量都向具它方向扩散了。工作距离越远，球面积越人，接收点截获的功率越小，即传播损耗加人。电波在人气层以外的空间传播时，可以近似看成在自由空间传播。在自由空间传播过程屮，接收信号的功率为：其小只为发射功率G为发射天线增益冷为接收天线增益几自由空间传播损耗曲中的左义为：£,=d为传播距离久为工作波长C为光速f为工作电波频率以分贝为单位表示为：[Lp]=92.44+201gd(km)+201gf(GHz)[Lp]=32.44+201gd(km)+201gf(MHz)式中d为地球站到静止卫星的距离，可以取d二40000km对常见C波段的卫星信号的上行6GIW、利下行4GHz线路传输损耗[Lu]=92.44+201g40000+201g6=200.04(dB)[LD]=92.44+201g40000+201g4=196.52(dB)5、EIRP、G/T5.1、EIRPElRP(EffectiveIsotropicRadiatedPower)有效全向辐射功率EIRP也称为等效全向辐射功率，它的定义是地球站或卫星的天线发送出的功率(P)和该天线增益(G)的乘积，即：EIRP二P*G如果用dB计算，则为EIRP(dBW)=P(dBW)+G(dBW)EIRP表示了发送功率和天线增益的联合效果。ETRP是卫星通信和无线网络屮的一种重要参数。冇效全向辐射功率ETRP为卫星转发器在指定方向上的辐射功率。它为天线增益与功放输出功率z对数和，单位为dBWoETRP的计算公式为EIRP=P-Loss+G式中的P为放大器的输出功率，Loss为功放输出端与天线馈源Z间的馈线损耗，G为卫星天线的发送增益。通过对比同一颗通信卫星的C频段EIRP分布图和Ku频段EIRP分布图可知，C频段转发器的服务区大，通常覆盖儿乎所有的可见陆地，适用于远距离的国际或洲际业务；Ku频段转发器的服务区小，通常只覆盖一个人国或数个小国，只适用于国内业务。C频段转发器的EIRP通常为36到42dBW,G/T通常为-5至IJ+ldB/k，地面天线的口径一般不小于1.8米；Ku频段转发器的ETRP通常为44到56dBW,G/T通常为-2到+8dB/k,地面天线口径冇可能小于1米。另一方面，C频段因为电波传播通常不受气候条件的影响，适川于可靠性较高的业务；Ku频段转发辭则因电波传播可能遭受降雨衰耗的影响，只适用于建网条件较差、天线尺寸和成本受限的业务。下表是亚洲卫星公司四颗卫星的最大EIRP、G/T值亚洲二号亚洲三号亚洲四号亚洲五号ETRPC波段41.6dBw41.8dBw41.8dBw41dBw3波段53.9dBw55dBw55.8dBw53dBwG/TC波段0.6dB/K0.8dB/K1.7dB/KOdB/KKu波段7.7dB/K7.9dB/K9dB/K8dB/K5.2、G/T地面站性能指数G/T值是反映地面站接收系统的一项重耍技术性能指标。其中G为接收天线增益，T为表示接收系统噪声性能的等效噪声温度。G/T值越大，说明地面站接收系统的性能越好。目前，国际上把G/T〉35dB/K的地而站定为A型标准站，把G/TM31.7dB/K的站定为B型标准站，而把G/T〈31.7dB/K的站称为非标准站。6、卫星天线的方位、仰角、极化角要进行卫星接收,关键点是卫星接收天线的定位,它包括:天线的方位角.仰角和馈源的极化角这三大参数。6.1、方位角从地球的北极到南极的等分线称为经线（0-180度），把地球分为东方西方，偏东的经线称为东经，偏西方的经线称为西经。从地球的东到西的等分线称纬线（0-90度），把地球分为南北半球，以赤道为界（赤道的纬度为0）,北半球的纬线称北纬，南半球的纬线称南纬。我国处于北半球的东方，约在东经75-135度，北纬18-55度之间。所有的广播电视卫星都分布在地球赤道上空35786.6公里的高空同步轨道的不同经度上，平时我们惯称多少度的卫星，这个度指的是地球的经线。T星在地球上的投影称为星下点，它是位于赤道上，经度与卫星经度相同的地方。如亚A6号卫星的星下点是位于赤道上的东经134度的位置。我们在寻星时，如果你所在的地方（北半球）的经度大丁•星下点的经度，那么天线的方位介必定时正南（以正南为基准）偏西，反过来，如果你所在的位置的经度小于星下点的经度，那么犬线的方位角是正南偏东。卫星天线的方位角计算公式是：A=arctg{tg（vs—vg）/sin。} （1）公式（1）中的Wg是接收站经度，WS为卫星的经度，e为接收站的纬度。图1是卫星的方位角示意图。方位角的调整方法很简单，首先川指南针找到正南方，犬线方向正对正南方，如果计算的角度A是负值，则天线向正南偏西转动A度，如果A是正值，则天线向正南偏东方向转动A度。即可完成方位角的调整。6.2、仰角仰角是接收站所在地的地平而水平线于天线屮心线所形成的角度，如图2所示。

仰角的计算公式是:COS（Ws-k）cosg-（）J5127H二arcrgJi-「COS（妙s—Wg）oo朗］三仰角的调整最好是用量角器加上一个垂针作成的仰角调整专用工具进行调整方位角和仰角的调整顺序是，先调整好仰角，在调整方位角。6.3、极化角6.3、极化角国内或区域卫星一般都是线极化，线极化分为水平极化（以EII表示）和垂宜极化（以E丄表示）。地面接收天线极化的定义是以卫星接收点的地平面为基准，天线馈源（或极化器）矩形波导口窄边平行于地平面，则电场矢量平行于地平面，定义为水平极化；反之馈源矩形波导口窄边垂直于地平面定义为垂直极化如图3所示。图地面接收天线与卫星辐射电磁波必须满足3极化匹配的条件，即水平一水平,垂直一垂直。假定卫星波束屮心与一卫星同经度，那么与星下点同经度（但纬度不同）的非星下点接收天线能很好地与卫星辐射电磁波匹配，而与星下点不同经度的非星下点接收天线的极化必须旋转一个角度（即极化角，这个极化角也等于星下点的接收天线所在的地平面与非星下点的接收天线所在的地平面之间的交用）才能与卫星电波相匹配。如图4所示星下辛赤道在的地平面之间的交用）才能与卫星电波相匹配。如图4所示星下辛赤道东极化角的产生地面接收天线的极化角P可用下式计算:P=arctgtsin(s~g)/tg0] (3)从公式可以看出极化角是卫星与接收站经度差及接收站纬度的函数。相同经度的接收站，P值为0;札I同纬度的地球站，经度差越人，P绝对越值人，这从肓观上也容易理解。如果波束屮心与星下点的经度不同，以上式计算将存在谋差，但公式(1)可作为接收站极化调整的理论基础依据。如果卫星波束中心为卫星经度不同甚至相差较大，那么只需将公式(3)中的卫星经度Ws换成波朿中心的经度WC就可以了。当然计算结果也只是一个理论值，实际的极化角由具体调整來确定。P二arCtg[sin(vC-vg)/tg0] (4)WC：波束中心的经度。-般实际的极化角在公式3和4两个计算结果之间，更接近公式(3)的计算结果。6・3・1＞极化调整6.3.1极化干扰分析卫星电视系统产生极化不匹配主要原因是接收站天线极化匹配不良(极化角调整不准)。单极化系统，极化不匹配会产牛•极化损耗使接收信号降低。对于双极化系统，多个转发器所使川的卜•行频率可能是有相同的，为此不同的转发器之间的信号是依靠不同的极化进行隔离的，所以极化如不匹配不仅产生极化损耗，还会产生两个极化系统之间的同频正交极化干扰,这种一个极化系统的信号对另一个极化系统信号的干扰体现为噪声的增加，使接收信号载噪比大大降低，严重吋有明显干扰，甚至无法收看。下面来分析一下这种极化干扰的产生原因,以亚洲卫星二号为例，见图5所示。亚洲2号卫星3&3A转发器情况图5从图中可看出，3A转发器和3B转发器所使用的下行频率有部分是相同的。亚洲卫星二号的3B转发器有5个SCPC数字电视载波，每个载波输出功率回退3dB(转发器辐射总功率的0.707倍），下行极化方式是水平极化，用ELRPII表示其地面信号的电场强度（或电平）；3A转发器只有一个MCPC（香港STARTV）数字电视载波，无输出功率回退，下行极化方式是垂直极化，用ETRP丄表示其地面信号的电场强度（或电平）。则得到下式：E1RP丄二E1RPII+3dBEIRP丄/EIRPII=1/0.707=1.414所以有E丄1.414EII假定使用单极化接收天线，准备接收水平极化的“江西卫视”，而馈源未作调整，极化匹配处于标准的水平极化状态，接收地点是南昌，根据计算极化介JPl=—28°o从图6的极化干扰分析中得知，卫星水平极化波耦合到馈源水平极化端口的主极化分量为E||_0=E||cospl，卫星垂直极化波偶合到馈源水平极化端口的反极化分量为E丄_0二E丄cos（90-pl）。忽略所有其它噪声的干扰，则水平极化的载噪比是：（C/N）=201gI（E||cosPl）/[E丄cos（90-P1）]I=20lgIEIIcos（-28）/[1.414EIIcos（90+28）]I=2.5db显然此数值明显低于数字卫星接收机的门限，也就是说上述状态下根本收不到“江西卫视”节目。6.3.2极化角的调整调整极化角Z前,先计算理论值，其值冇三种情况：P〉o,p二o,PVO,对应的极化角调整方向是，当1）二o时，接收站与卫星同经度，其极化为理想的水平（或垂点）极化；当P>o,此吋接收天线的方位角是南偏东，前馈天线馈源顺吋针旋转（站在天线的前），后馈天线逆时针旋转（站在天线的后）；当P<0,此时接收天线的方位角是南偏西，前馈天线馈源逆时针旋转，后馈天线顺时针旋转。在实际的极化角调整屮，可分二步走：a.粗调：先按计算所得的仰角、方位角和极化角调整天线指向及馈源旋转角度，使仰角、方位角最佳并锁定天线指向。b.细调：用频谱仪分析仪、AGC电压或卫星接收机中的信号强度指示条等方法梢确调由于频谱仪价格髙，所以在实际操作中都使用方便简单的AGC电压法和卫星接收机中的信号强度指示条法。6・3・2・KAGC电压调整法AGC（自动增益控制）电压调整法是利用卫星接收机输出的AGC电压來调