測試轉發器的無線使用方式

虢亦農 高彤鼎

摘要：測試轉發器從功能上相當于一部衛星轉發器，可以在地面上行站用于傳輸系統的聯調以及各設備的調機、測試、維修。測試轉發器通常的使用是靠電纜與收發系統進行封閉式連接，本文介紹了一種無線的連接方式以及在這種連接方式下的使用。

關鍵詞：測試；轉發器；無線；連接

測試轉發器（TestTranslator），或稱模擬轉發器（SimulatedTransponder），是一種在衛星地面上行站用于傳輸系統的聯調及各設備的調機、測試、維修的專用設備，其作用相當于衛星上的轉發器。測試轉發器可以模擬上下行鏈路的空間損耗，配合其它儀器，還可以模擬噪聲或干擾信號的影響，從而達到不使用真正的衛星轉發器就能估測傳輸系統性能的作用。

通信衛星從結構上可分為天線子系統、電源子系統、跟蹤遙測指令子系統、姿態及軌位控制子系統、通信子系統等五個部分。通信子系統包括多個轉發器，這是通信衛星的核心部分。測試轉發器可以模擬衛星上真實的轉發器，用它來進行系統聯調測試，一是方便操作，具有使用的靈活性；二是測試操作局限在本地，可以避免對衛星上正常的通信業務產生干擾；三是由于聯調測試用時往往較長，使用測試轉發器可以節省不少的衛星轉發器租賃費用。

對于C波段的通信衛星，國際電信聯盟規定了標準的頻道設置方案（不包括后來的增補頻道），其上行頻率范圍在為5925～6425MHz，下行頻率范圍為3700～4200MHz，上下行頻率的差值為2225MHz。所以，衛星上的轉發器其實就是一些差頻轉發設備，以固定的頻率差（2225MHz）完成轉發任務。

與實際的衛星轉發器相似，從結構上看，測試轉發器也是這樣的一個本振頻率為2225MHz的混頻裝置，見圖1。

在地面上行站進行系統聯調或測試時，測試轉發器置于上行發射與下行接收之間，通常使用同軸電纜進行連接。圖2是常規的連接方式，可以看出這是一種封閉型的連接方式。

地面上行發射系統是由從編碼復用器直到發射天線的一整套設備構成的；地面下行接收系統則是由接收天線直到解碼器等設備構成。測試轉發器的輸入來自高功放輸出端的定向耦合器；其輸出則接至接收系統的LNA（或LNB）之前。通過上行切換開關，將發射信號切換至假負載上，通過下行切換開關將測試轉發器的輸出信號切換至LNA（或LNB），上下行鏈路就“自環”起來，可以完成一系列調試測量工作。由于整個系統處于“閉路”狀態，不僅不會影響到衛星上的傳輸業務，即使地面站還有其它傳輸系統，相互之間也不會產生相互影響和干擾。

筆者曾經應一次廣電系統展覽會的要求，設計了一套頗為“另類”的“開路”方式的無線連接系統，如圖3所示。在這個系統中，測試轉發器的作用頗似一個真正的衛星轉發器。

根據設想，筆者用一架1米口徑的拋物面天線作為地面上行發射天線（增益約33dB），用銅皮制作了一個同軸—波導轉換器作為饋源；另用一架1米口徑配有LNB的拋物面天線作為地面接收天線（增益約31dB）。再用銅皮制作了兩只截止頻率分別為7GHz和5GHz的角錐喇叭天線作為測試轉發器的輸入和輸出天線（增益的理論值大約8dB），兩只角錐喇叭天線與測試轉發器之間用同軸電纜相連（電纜很短）。兩只角錐喇叭天線與測試轉發器一起懸掛在展會大廳上方，外部包裝成一個衛星模型。該模型距離地面上的兩架拋物面天線約20米。

為確定該系統能夠正常運轉，需要各個環節都能滿足工作電平的要求。嚴格地說，由于收發天線距離較近，不滿足遠場區的要求，但仍可套用如公式（1）的無線傳輸的功率計算公式來計算，其結果還是具有參考意義的。

Pr=Pt+Gt+Gr-104πdλ21

式中，Pr為接收天線饋源輸出的功率，Pt為發射天線饋源的輸入功率，Gr為接收天線的增益，Gt為發射天線的增益，d為收發天線間的距離，λ為工作波長。

由于距離較近，上行發射不需要功放，直接將上變頻器的輸出連接到地面上行天線的饋源上即可。將上變頻器的輸出調至5dBm，則利用公式（1）可計算出測試轉發器的入口電平：

Pr=5+33+8-104π×200.052=28dBm2

這一電平可以滿足測試轉發器的工作要求。

將測試轉發器的輸出電平調節為60dBm，則利用公式（1）可以算出接收天線LNB入口處的電平：

Pr=60+31+8-104π×200.0752=91.5dBm3

此電平顯然能夠滿足地面接收的電平要求。

整個接收試驗圓滿成功，效果良好。以實物的形式向廣大參觀者形象地展示了衛星傳輸系統的工作狀況。

這次實驗獲得成功后，筆者又在地面站進行了其它幾組實驗，如上行發射系統間的相互干擾、接收機的接收門限，兩個或三個載波同時發射時互調成份的測量，等等。做實驗時是在遠離機房的一間會議室里進行的，嚴格地控制了發射電平并仔細地選擇試驗頻率，避免對地面站的正常傳輸造成影響。

由于測試轉發器是一個500MHz的寬帶轉發器（這一點不同于實際的衛星轉發器），我們還根據這一特點，選擇兩個相距300MHz的頻率，進行了雙向傳輸實驗，也取得了滿意的效果。

與實際的衛星轉發器相比，測試轉發器的指標較為一般，幅頻特性、噪聲指標和多載波時的互調指標也相對不高；在無線連接方式下使用時，由于距離較近，電波傳播不滿足遠場區條件，雜散信號較強；再就是在室內進行測試，反射和多徑傳播會形成干擾。

作者簡介：虢亦農（1962），男，高級工程師，從事產品與環境試驗/電子信息產品檢驗；高彤鼎（1962），男，工程技術應用研究員，從事廣播電視工程/衛星電視傳輸。