中财网德州市交通局 刘兵:卫星通信基础知识--高功放
来源：百度文库 编辑：中财网 时间：2024/05/12 12:21:49
常规卫星通信多采用静止卫星，卫星被置于赤道上空3800KM处，为了增加容量，载波多采用微波频段，因此从地球站发向卫星的信号达到卫星后会产生较大的衰减，为了使卫星可以接收到可靠的地球站上行信号，在上变频器后设置一个增益达到50~80dB，输出功率约几瓦到几千瓦量级的高功率放大器，使输出功率满足空间损耗要求，为了减少损耗，功率放大器需放置在离天线较近的地方，传输线采用波导。功放包括：（1）TWTA：traveling wave tube amplifier 行波管放大器，工作原理：在不增强高频电场的情况下，通过增加电子流与高频电场相互作用的时间来完成能量交换。（2）SSPA：Solid State Power Amplifier 固态功 率放大器。原理：微波晶体管放大器。（3）调速管功放。 SSPB=SSPA+L波段上变频器SSPA分为：1 室内型：A 模块化sspa B 标准机架式，2 室外型： 放在天线附近，通过串口接到室内遥控。3 天线支臂固定型：体积小，重量轻。 设备维护：冷却系统的正常运行是唯一的预防性措施，应当每3个月至少对设备风扇和散热片进行维护，并保护好维修记录。相关参数：1db压缩点：放大器有一个线性动态范围，在这个范围内，放大器的输出功率随输入功率线性增加。
这种放大器称之为线性放大器，这两个功率之比就是功率增益G。随着输入功率的继续增大，
放大器进入非线性区，其输出功率不再随输入功率的增加而线性增加，也就是说，其输出功率低于小信号增益所预计的值。
通常把增益下降到比线性增益低1dB时的输出功率值定义为输出功率的1dB压缩点，。
三阶截点IIP3：在宽带无线通讯系统的设计过程，设计者们在设计放大器、混频器、变频器时，在诸多的设计指标中有一项三阶交调截取点（IP3），它是表征了线性度或失真性能的参数，在射频或微波多载波通讯系统中，三阶交调截取点IP3（Third-order Intercept Point）是一个衡量线性度或失真的重要指标。交调失真对模拟微波通信来说，会产生邻近信道的串扰，对数字微波通信来说，会降低系统的频谱利用率，并使误码率恶化；因此容量越大的系统，要求IP3越高，IP3越高表示线性度越好和更少的失真。计算三阶交调截取点
[2] 设置射频信号源F1的频率和输出功率；
[3] 设置射频信号源F2的频率和输出功率；
[4] 设置频谱分析仪衰减电平、参考电平、中心频率、范围（SPAN）、分辨率等参数；
[5] 提供符合被测放大器的工作条件（电压，电流）；
[6] 调整射频信号源的输出功率并在频谱分析仪测得F1或F2的输出功率，此为a点的值并记录（比如-10dBm）；
[7] 调整频谱分析仪测得2F1-F2或2F2-F1的输出功率并记录，此为b点的值；
[8] 用（5）和（6）公式计算出OIP3和IIP3
三阶互调干扰 我们知道任何一个线性系统都存在非线性系数。三阶互调是指当两个信号在一个线性系统中，由于非线性因素存在使一个信号的二次谐波与另一个信号的基波产生差拍（混频）后所产生的寄生信号。比如F1的二次谐波是2F1，他与F2产生了寄生信号2F1-F2。由于一个信号是二次谐波（二阶信号），另一个信号是基波信号（一阶信号），他们俩合成为三阶信号, 其中2F1-F2被称为三阶互调信号，它是在调制过程中产生的。又因为是这两个信号的相互调制而产生差拍信号，所以这个新产生的信号称为三阶互调失真信号。产生这个信号的过程称为三阶互调失真。由于F2，F1信号一般比较接近，也造成2F1-F2，2F2-F1会干扰到原来的基带信号F1，F2。这就是三阶互调干扰。但你也可以想，既然会出现三阶，当然也有更高阶的互调，这些信号不也干扰原来的基带信号么？其实因为产生的互调阶数越高信号强度就越弱，所以三阶互调是主要的干扰，考虑的比较多。不管是有源还是无源器件，如放大器、混频器和滤波器等都会产生三次互调产物。这些互调产物会降低许多通信系统的性能.
他所表明的是确切含义是，一个线性系统所包含的非线性系数的大小。这个指标对于大动态放大器是一个非常重要的技术指标。测试这项指标使用的测试仪器主要是频谱分析仪。对于不同指标要求的三阶互调失真，需使用不同性能的频谱分析仪，对三阶互调失真要求越高，对频谱分析仪的要求就越高。一般在60-70dB的三阶互调失真，用Agilent的8591就可以了。 发信机的杂散辐射是指用标准信号调制时在除载频和由于正常调制和切换瞬态引起的边带以及邻道以外离散频率上的辐射。杂散辐射按其来源不同可分为：传导型杂散辐射：指天线连接器处或电源引线引起的任何杂散辐射。辐射型杂散辐射：指由于机柜和设备的结构而引起的任何杂散辐射。
移动台收信机的杂散辐射主要是由于天线连接器（传导性杂散辐射）或是由于设备机箱（辐射型杂散辐射或机箱辐射）而引起的。对它的测量包括在对收信机杂散辐射的测量中。基站的杂散辐射主要有三个来源：天线连接器的传导杂散辐射，机箱及设备结构引起的辐射型杂散辐射和传导型杂散进入电源线引起的杂散辐射。对它的测量类似于对基站发信机杂散辐射的测量。
这种放大器称之为线性放大器，这两个功率之比就是功率增益G。随着输入功率的继续增大，
放大器进入非线性区，其输出功率不再随输入功率的增加而线性增加，也就是说，其输出功率低于小信号增益所预计的值。
通常把增益下降到比线性增益低1dB时的输出功率值定义为输出功率的1dB压缩点，。
三阶截点IIP3：在宽带无线通讯系统的设计过程，设计者们在设计放大器、混频器、变频器时，在诸多的设计指标中有一项三阶交调截取点（IP3），它是表征了线性度或失真性能的参数，在射频或微波多载波通讯系统中，三阶交调截取点IP3（Third-order Intercept Point）是一个衡量线性度或失真的重要指标。交调失真对模拟微波通信来说，会产生邻近信道的串扰，对数字微波通信来说，会降低系统的频谱利用率，并使误码率恶化；因此容量越大的系统，要求IP3越高，IP3越高表示线性度越好和更少的失真。计算三阶交调截取点
IP3通常用两个输入音频测试，这里所指的音频与我们在低频电子线路的音频有区别，实际上是两个靠的比较近的射频或微波频率，由式（1）表示：
当两个或多个正弦频率正好落在放大器的带宽内并通过一个非线性放大时，其输出信号将包括各种频率分量。三阶交调分量2F1-F2，2F2-F1是非线性中三次方项产生的，由于落在带宽内，是我们主要关注的非线性产物，见图1。
图2反映了基频（一阶交调）与三阶交调增益曲线，当输入功率逐渐增加到IIP3时，基频与三阶交调增益曲线相交，对应的输出功率为OIP3。IIP3与OIP3分别被定义为输入三阶交调载取点（Input Third-order Intercept Point）和输出三阶交调载取点（Output Third-order Intercept Point）。
3．测量方法与设备
要精确的测量IP3需要谨慎遵守几个步骤，图4为测试框图，每部分的考虑和作用将影响测量精度，应尽量减少信号源和频谱分析仪产生的交调分量。附加在射频信号源与合成器之间的隔离器可以改善并隔离射频信号源之间的交调或混合，低通滤波器可以减少射频信号源的谐波成分。附加在被测放大器与频谱分析之间的隔离器可以改善与频谱分析仪的阻抗匹配，低通滤波器可以减少由被测放大器产生的谐波分量。
输出到频谱分析仪的信号功率不能太高，避免由频谱分析仪产生的非线性失真，对此要求射频信号源的输出功率要小，由图2可以看出，三阶交调输出功率（图中的b点）比一阶交调输出功率（图中的a点）要小很多倍，那么对测量的频谱分析仪的要求需要有高的动态范围。
综合以上的考虑后，需要谨慎遵守以下测量步骤：
[1] 按照图4测试框连接好设备；[2] 设置射频信号源F1的频率和输出功率；
[3] 设置射频信号源F2的频率和输出功率；
[4] 设置频谱分析仪衰减电平、参考电平、中心频率、范围（SPAN）、分辨率等参数；
[5] 提供符合被测放大器的工作条件（电压，电流）；
[6] 调整射频信号源的输出功率并在频谱分析仪测得F1或F2的输出功率，此为a点的值并记录（比如-10dBm）；
[7] 调整频谱分析仪测得2F1-F2或2F2-F1的输出功率并记录，此为b点的值；
[8] 用（5）和（6）公式计算出OIP3和IIP3
三阶互调干扰 我们知道任何一个线性系统都存在非线性系数。三阶互调是指当两个信号在一个线性系统中，由于非线性因素存在使一个信号的二次谐波与另一个信号的基波产生差拍（混频）后所产生的寄生信号。比如F1的二次谐波是2F1，他与F2产生了寄生信号2F1-F2。由于一个信号是二次谐波（二阶信号），另一个信号是基波信号（一阶信号），他们俩合成为三阶信号, 其中2F1-F2被称为三阶互调信号，它是在调制过程中产生的。又因为是这两个信号的相互调制而产生差拍信号，所以这个新产生的信号称为三阶互调失真信号。产生这个信号的过程称为三阶互调失真。由于F2，F1信号一般比较接近，也造成2F1-F2，2F2-F1会干扰到原来的基带信号F1，F2。这就是三阶互调干扰。但你也可以想，既然会出现三阶，当然也有更高阶的互调，这些信号不也干扰原来的基带信号么？其实因为产生的互调阶数越高信号强度就越弱，所以三阶互调是主要的干扰，考虑的比较多。不管是有源还是无源器件，如放大器、混频器和滤波器等都会产生三次互调产物。这些互调产物会降低许多通信系统的性能.
他所表明的是确切含义是，一个线性系统所包含的非线性系数的大小。这个指标对于大动态放大器是一个非常重要的技术指标。测试这项指标使用的测试仪器主要是频谱分析仪。对于不同指标要求的三阶互调失真，需使用不同性能的频谱分析仪，对三阶互调失真要求越高，对频谱分析仪的要求就越高。一般在60-70dB的三阶互调失真，用Agilent的8591就可以了。 发信机的杂散辐射是指用标准信号调制时在除载频和由于正常调制和切换瞬态引起的边带以及邻道以外离散频率上的辐射。杂散辐射按其来源不同可分为：传导型杂散辐射：指天线连接器处或电源引线引起的任何杂散辐射。辐射型杂散辐射：指由于机柜和设备的结构而引起的任何杂散辐射。
移动台收信机的杂散辐射主要是由于天线连接器（传导性杂散辐射）或是由于设备机箱（辐射型杂散辐射或机箱辐射）而引起的。对它的测量包括在对收信机杂散辐射的测量中。基站的杂散辐射主要有三个来源：天线连接器的传导杂散辐射，机箱及设备结构引起的辐射型杂散辐射和传导型杂散进入电源线引起的杂散辐射。对它的测量类似于对基站发信机杂散辐射的测量。