11.1.4　接收天线G/T值测量

接收天线品质因数(G/T)的测量主要有射电星法、卫星法、间接法。射电星法是利用射电星测量出Y因子，然后计算出G/T值；卫星法利用卫星下行信号测量出载噪比，然后计算出G/T值；间接法是分别测量出天线增益和系统等效噪声温度，然后计算出G/T值。这里重点介绍射电星法和卫星法。

1)射电星法

射电星法测量G/T值的原理框图见图11-7。首先令被测天线指向选定的射电星，用频谱仪测出射电星噪声功率。然后令被测天线指向冷空，用频谱仪测出冷空噪声功率，二者的差值即为Y因子。

图11-7　射电星法测量天线G/T原理框图

用公式表示如下

式中PMstar为频谱仪上读出的射电星噪声功率值；PMcold为频谱仪上读出的冷空噪声功率值；Y为用分贝表示的功率比值；y为用线性值表示的功率比值；Tsys为折算到被测天线馈源口的系统等效噪声温度；Tstar为折算到被测天线馈源口的射电星噪声温度。

将上述公式整理后有

另外，当天线指向射电星时，在天线馈源口接收的射电星噪声功率为

式中Pstar为天线馈源口接收的射电星噪声功率，单位为W；Φ(f)为频率f处射电星辐射通量密度，单位为W/m2Hz；Ae为被测天线有效接收面积，单位为m2；B为测量带宽。

由于射电星辐射信号的极化是随机的，而接收天线的极化在测量过程中只能固定在一种模式，所以接收功率要除以2。

因为

所以Pstar又可写为

如果用等效噪声温度表示，则Pstar还可写为

式中k为波尔兹曼常数。

则有

代入Y因子后有

考虑各种修正因子后，最终的公式写为

式中K1为大气吸收衰减修正因子；K2为波束修正因子；K3为射电星流量随时间变化的修正因子；K4为射电星流量随频率变化的修正因子。

测量的具体步骤如下：

(1)按照图11-7连接仪表；

(2)天线对准射电星，记下功率值PMstar；

(3)天线对准冷空，记下功率值PMcold；

(4)计算Y因子；

(5)根据给定的频率，计算波长λ；

(6)根据选定的射电星，查表计算Φ(f)、K1、K2、K3、K4；

(7)计算出被测天线的G/Tsys。

2)卫星法

用卫星法测量G/T值的原理框图见图11-8。下面介绍测量原理。

图11-8　卫星法测量天线G/T原理框图

首先卫星向地面发射一个频率为f的单载波，并且EIRPs已知，星地距离r已知。则有

式中C为载波功率；n0为噪声功率谱密度。

上式用分贝表示为

式中的“228.6”是用分贝表示的波尔兹曼常数。考虑地理增益后，则G/T值的测量原理公式可写为

用频谱仪直接测量的信号功率中包含有噪声功率，则载噪比可写为：

式中P为载波加噪声功率；N为噪声功率。

上述公式与［C/n0］的关系为

式中　“2.5”为噪声幅度误差修正因子；RBW为频谱仪的分辨带宽；“1.2”为噪声带宽修正因子。

如果载波的功率C比噪声功率N高20 dB，则噪声功率的影响可忽略不计。

测量的具体步骤如下：

(1)按照图11-8连接仪表；

(2)天线对准卫星，用频谱仪测量载波加噪声功率［C+N］；

(3)天线偏离卫星，用频谱仪测量噪声功率［N］；

(4)根据测量值计算［C/n0］；

(5)根据频率f和距离r计算LfD、As；

(6)计算出被测天线的G/Tsys。