专题技术与工程应用
太阳源法测量天线系统 G / T 值方法研究
习
强，钟军涛
（ 中国电子科技集团公司第五十四研究所 ，河北 石家庄 050081）
摘
要
阐述利用太阳源法测量 G / T 值的基本公式，对各项参数进行了分析，总结了测试实用的公式和修正项目，给
出了太阳源法测试 G / T 值的方法和使用条件。结合实际项目给出了测试结果，对测试误差进行了分析。测试结果分析表
明，太阳源法与传统信标方法相比，采用太阳源法的测量误差精度优于 ± 0. 25 dB，因此该方法合理可行，可应用于天线系
统 G / T 值测试。
关键词
G / T 值； 太阳源； 功率谱密度； 修正因子
TM934. 5
文献标识码 A
文章编号 1003 － 3106（2014）08 － 0063 － 04
中图分类号
Measurement of G / T of Antenna System Using Sun Source
XI Qiang，ZHONG Jun-tao
（ The 54th Ｒesearch Institute of CETC，Shijiazhuang Hebei 050081，China）
Abstract
This paper mainly focuses on G / T value measurement by sun source，analyzes several parameters，and summarizes
many practical measurement formulas and correction projects． The application manner and conditions of the sun source method have also
been discussed． The paper concludes the test results of practical projects，and analyzes the test error． Compared with traditional beacon
tower manner，the measurement error is better than ± 0. 25 dB by sun source，Therefore，the sun source method is theoretically correct
and feasible，and can be used in test of antenna G / T。
Key words
0
G / T；sun source；power spectral density；correcting factor
引言
近些年来，随着卫星通信、深空探测和遥控遥测
技术的发展，根据需求不同研制出了各种口径尺寸
的天线，天线系统的增益与接收系统噪声温度之比
G / T 值是卫星地面站天线一项最重要的性能指标 。
G / T 值越大，就意味着该系统接收性能越好。 目前
测量系统的 G / T 值可以采用射电星法、信标塔法、
源，其电磁波长为 1 mm ～ 20 m。因此可以将太阳当
作一个宽频段信号源，只要工作频率处于此频段内
的天线，均可以采用太阳作为辐射源进行天线系统
G / T 值的测量［1 ，2］。
本文给出了利用太阳源测量天线 G / T 值的原
理和方法，结合实际工程项目给出了太阳源法的测
量结果，通过与信标塔法相比较，验证了该方法实际
可行。
对比法和间接法。采用射电星法是一种比较客观的
方法，这种方法一般采用仙后座 A、金牛座 A 和天
1
鹅座 A 等射电星，这些射电星一般只适合较大口径
的天线。但是对于中小口径的天线，由于 G / T 值较
利用太阳测量 S 频段天线的 G / T 值的原理框
图如图 1 所示。
太阳源法测量原理
小，测量结果误差较大，测试结果不可信。而对于通
常采用的信标塔法，虽然技术成熟但是需要满足远
2
场距离 条 件，即 收 发 天 线 之 间 的 距 离 Ｒ ≥ 2D / λ
（ 其中 D 为 天 线 口 径，λ 为 工 作 波 长 ） ，如 S 波 段
12 m 天线最小测试距离为 2. 21 km，而有些卫星地
面站的建设受环境影响，难以满足这一远场条件。
因此为了克服上述两种方法的局限性，需要寻求一
［1］
种新的 G / T 值的测量方法 。
太阳是一个频谱丰富且流量足够大的强辐射
图1
太阳源法测量 G / T 值方法
太阳源法测量天线 G / T 值的基本原理是： 利用
收稿日期：2014-05-06
基金项 目： 国 家 高 技 术 研 究 发 展 计 划（ “863 ”计 划 ） 资 助 项 目
（2013AA122101） 。
2014 年 无线电工程 第 44 卷 第 8 期
63
专题技术与工程应用
太阳作为信号源，采用 Y 因子法进行测量，首先分
别测量出天线指向太阳和冷空时的噪声功率谱密
度，计算二者之差得到 Y 因子大小，由此计算出天
线的 G / T 值。
射电星法测量 G / T 值的基本公式为：
(
)
8πk（ Y n － 1） K1 K2
G
。
= 10 × lg
T
Sλ2
（1）
K1 = ALOG
（ ln2） ×
K2 =
的功 率 谱 密 度 之 差； k 为 波 尔 兹 曼 常 数，k =
S 为射电星在所测频率的通量密度 （ Wm － 2 Hz － 1 ） ；
K1 为大气吸收衰减因子；K2 为波束修正因子［3 － 5］。
实际测试中，一般要求 G / T 值测试 5° 仰角时的
G / T 值，所以对式（1） 要进行修正，如下式：
( GT )
= 10 × lg
5。
( 8πk（ Y Sλ－ 1） K K ) － D。
n
1
2
2
（2）
式中，D 为天线对冷空与对 5° 仰角时接收机输出的
噪声谱密度之差。
太阳源法的测试方法
2
利用太阳源法测量天线 G / T 值时，按照如下步
［6，
7］
骤进行
：
① 如图 1 所示连接设备和测试仪器；
② 根据天线的经纬度和高程计算出某时刻天
线对准太阳的方位角和俯仰角，其计算方法参见文
Ag
10 × sin（ el）
)。
（3）
式中，Ag = 0. 035 dB（ 在 S 波段） ；el 表示对太阳的仰
角。
2. 2 波束修正
由于太阳的张角约为 0. 533°，在测量中型天线
时要进行修正，修正公式为：
式中，Y n 为天线指向太阳与指向冷空时接收机输出
1. 380 622 × 10 － 23 J / K； λ 为测量频率的波长 （ m） ；
( 10 × Agsin（ el） ) = 10 (
0. 533
( HPNW
)
2
。
0. 533 2
1 － e － ( （ ln2） * ( HPNW ) )
（4）
式中，HPBW 为天线的波束宽度，天线的波束宽度可
以从天线的方向图上测量出来，在要求精度不高时
也可以根据经验公式计算得到：HPBW = 67. 5 × λ /
D ant ，λ 为波长；D ant 为所测天线的口径。 严格地说，
式（4） 在 HPBW ≥ （0. 533 / HPBW） ≤ 1 时才是正确
的，但实际经验证明，此式可用至 （0. 533 / HPBW） ≤
1． 2，此时测量误差为 ± 2. 1% 。
2. 3 太阳的辐射通量
太阳在 S 频段的辐射通量由天文台观测得到
的，但是天文台一般不会给出任意频点的辐射通量
密度的，一般只给出1 415 MHz 和2 695 MHz 处的辐
射通量密度，其他频点的辐射通量密度可以通过式
（5） 求出。在式（5） 中，S1415 和 S2695 为当天观测到的
在1 415 MHz 和2 695 MHz 处太阳辐射通量密度，单
2
位是 W / m / Hz；S f 为测试频率处的辐射通量。 试验
证明，式（5） 的拟合结果是正确的。
献［7］；
S sun = S f = S1415 ×
③ 利用 ACU 驱动天线对准太阳，记下此时频
[ SS ]
2695
log
MHz
( F1415
)
log
( 2695
1415 ) 。
（5）
1415
谱仪测量的系统输出的功率谱密度 Φ1 和天线的仰
3
角 el；
④ 将天线方位角偏开太阳 20°，俯仰角保持不
变，记下此 时 频 谱 仪 测 量 的 系 统 输 出 的 功 率 谱 密
度 Φ2 ；
⑤ 将天线俯仰角设置为 5°，在方位上指向一个
比较空旷的空域，记下此时频谱仪测量的系统输出
的功率谱密度 Φ3 ；
⑥ 计算 Y n = Φ1 － Φ2 ，D = Φ3 － Φ2 ，并根据式
（2） 计算出天线的 G / T 值。
由式（2） 可知，要想求出天线的 G / T 值，需要计
算出大气衰减因子 K1 、波束修正因子 K2 和太阳辐射
［8］
通量，下面分别介绍各参数的计算方法
2. 1
。
大气吸收衰减修正
大气吸收衰减因子可以表示为：
64
2014 Ｒadio Engineering Vo1. 44 No. 8
使用条件
利用太阳法测量天线的 G / T 值虽然精度高，但
是要想得到理想的测试结果，也要严格满足这种方
法的使用条件，否则也会导致测量结果误差过大 。
［9 － 12］
，这些使用条件如下：
根据工程实际测量经验
① 天线的 G / T 值要大于 16 dB；
② 天线波束宽度满足波束修正的限制条件 ；
③ 保证天线对准太阳，可通过天线所处大地坐
标和天文星历数据获得某一时刻太阳相对地球表面
某一坐标点的相对位置； 也可通过肉眼观察天线馈
源在天线面上的投影来确保天线对准太阳 ；
④ 确保天线轴角编码器经过精确校对 ；
⑤ 能得到天文台当天观测到的太阳辐射的通
量密度；
专题技术与工程应用
⑥ 太阳的仰角最少在 10° 以上，最好大于 30°；
⑦ 接收机要有足够大的动态，确保接收机在天
线对准太阳时不饱和；
⑧ 被测系统和仪器要预热 2 h 以上；
⑨ 注意天气对测量结果的影响，理想的测量条
件是晴天、无云、无风或微风。
4
的平 静 期，太 阳 辐 射 通 量 密 度 日 变 化 量 约 为 1 ×
10 － 21 W / m2 / Hz，在测量时必须使用天文台 观 测 到
的最新数据，比如 2009 年 7 月 3 日的辐射通量密度
－21
W / m2 / Hz，在
为 在 1 415 MHz 处 为 5. 5 × 10
工程测试实例
测试结果
为了验证太阳源法测量天线系统 G / T 值的可
2009 年 7 月，在测试12 m S 频段天线时，根据
行性，
太阳轨道预报，并通过互联网查询了附近太阳通量
密度测试站的测试数据，在仰角为 29. 4° 和 32° 时通
过测量计算出了天线的 G / T 值。 太阳源法计算结
果如表 1 所示。
4. 1
表1
素有太阳辐射的通量密度、大气衰减、波束宽度和
Y 因子的精度。
太阳辐射的通量密度每天都是变化的，在太阳
2 695 MHz处为 7. 4 × 10 － 2 1 W / m2 / Hz。 其测量精度
按 ± 5% 计算，此项引起的误差为 ± 0. 2 dB。
大气衰减在 10° 仰角时修正量约为 0. 2 dB，仰
角大于 30° 时修正量小于 0. 08 dB，其所带来的误差
可以忽略。
在 12 m 天线测试中，波束宽度修正因子约为
0. 7 dB，波束宽度按误差 ± 5% 计算，此项引起的误
差约为 ± 0. 07 dB； 用太阳测量 G / T 值 Y 因子一般
太阳源法测 12 m 天线 G / T 值
大于 17 dB（ 真值为 50） ，此项误差可以忽略。
极化
各参数值
左旋
右旋
从以上分析得知： 其最大的误差来自太阳的辐
频率 f / MHz
2 250
2 250
射通量密度。太阳法测天线的 G / T 值，其精度优于
波束宽度 HPBW / （ °）
0. 75
0. 75
仰角 el / （ °）
29. 4
32
对太阳噪声谱密度 Φ1 / （ dBm / Hz）
－ 75. 9
－ 77. 52
对冷空噪声谱密度 Φ2 / / （ dBm / Hz）
－ 95. 13 － 96. 61
简述了利用太阳源法测量 S 频段天线系统 G / T
5°仰角噪声谱密度 Φ3 / （ dBm / Hz）
－ 94. 28 － 95. 83
值的原理和方法步骤，给出了此方法的使用条件和
± 0. 25 dB。
5
结束语
太阳辐射通量 S sun / （10 － 22 W / m2 / Hz）
68
68
注意事项。结合工程实例，以 S 频段天线系统 G / T
G / T / （ dB / K）
23. 71
23. 64
值的测试为例，对太阳源法测量 G / T 值的方法进行
同时，用信标塔法做了对比测试，测试结果如表
2 所示。
表2
信标法与太阳法测量天线 G / T 值对比
了验证，给出了测试结果。 通过与传统信标塔法的
测量结果进行对比，测试结果表明，用太阳源法测量
S 频段天线的 G / T 值可以获得较高的测量精度，其
极化
结果真实可信测量方法简单可行。因此可在 S 频段
各参数值
左旋
右旋
频率 f / MHz
2 250
2 250
信标法 G / T 值测量值 / （ dB / K）
23. 80
23. 50
参考文献
太阳法 G / T 值测量值 / （ dB / K）
23. 71
23. 64
［1］ 秦顺友，许德森． 卫星通信地面站天线工程测量技术
从表 2 可以看出，用太阳源法测量 S 频段天线
的 G / T 值与信标塔法的测试结果优于 0. 2 dB，可以
得到可信的结果。
4. 2 测试结果分析
根据 误 差 传 递 公 式，G / T 值 的 相 对 误 差 可 表
示为：
ΔK2 ΔY
ΔK1
Y
Δ（ G / T）
ΔS
=
+
=
=
=
。
G/T
S
K1
K2
Y
Y －1
（6）
从式（6） 可以看出，影响 G / T 值测量误差的因
中小型天线 G / T 值的实际工程测量中推广应用。
?
［M］． 北京：人民邮电出版社，
2006：88 － 133．
［2］ 林昌禄． 天线测量技术［M］． 成都：成都电讯工程学院
1987：267 － 301
出版社，
［3］ 袁惠仁． 天线参数的射电天文测量［M］． 北京：电子工
1987：238 － 240．
业出版社，
［4］ GＲIFFITHS H D，LIBEＲT M． Assessment of a Technique
for Measurement of Antenna G / T Using Solar Noise
［C］ ∥ IEE Colloquium on Novel Antenna Measurement
Techniques，
1994：1 － 6．
2014 年 无线电工程 第 44 卷 第 8 期
65
专题技术与工程应用
［5］ 毛乃宏，俱新德． 天线测量手册［M］． 北京：国防工业
［10］ 王迎节，杨社年，聂
2011，
37（4） ：31 － 33．
法分析［J］． 无线电通信技术，
1987：254 － 268．
出版社，
［6］ 沈民谊，蔡镇远． 卫星通信天线、馈源、跟踪系统［M］．
［11］ 陈奇波． 在 G / T 值测量中选择射电星的三原则［J］． 无
1997，
23（1） ：10 － 14．
线电通信技术，
1993：120 － 157．
北京：人民邮电出版社，
［7］ 殷
琪． 卫星通信系统测试［M］． 北京：人民邮电出版
［12］ 李
作者简介
值及误 差 分 析［J］． 无 线 电 工 程，2009，39 （ 11 ） ： 46
习
－ 48．
钟军涛
［9］ 银秋华，周建寨． 反射面天线增益的快速估算［J］． 无
文，马中松． G / T 值测试三原则及 G / T 值测量方
2011（6） ：33 － 36．
法［J］． 国外电子测量技术，
1997：62 － 77．
社，
［8］ 王小强，秦顺友． 利用仙后座 A 测量 16 m 天线 G / T
磊，等． 天线跟踪和控制测量方
强
男，（1981—） ，工程师。主要研究方向：航天测控。
男，（1981—） ，工程师，硕士研究生。主要研究方向：
微波技术应用、雷达技术等。
2013，
39（4） ：50 － 52．
线电通信技术，
櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶
（ 上接第 50 页）
4
结束语
提出了一类基于短路枝节加载双模谐振器和终
端短路的谐振器的全微带结构的三阶全范数横向滤
波器。该滤波器具有小型化、选择性高和易于加工
等优点。通过输入输出端口之间的直接耦合以及横
向滤波器本身所特有的固有传输零点，该类型的三
阶横向带通滤波器在通带两侧有 3 个传输零点，提
高了滤波器的通带选择性，同时滤除掉不需要的谐
波信号。实测结果和仿真结果基本吻合，验证了文
中所提出的设计方法，实现了全微带结构的三阶全
范数横向滤波器。
?
参考文献
［1］ AMAＲI S，ＲOSENBEＲG U． A Universal Building Block
for Advanced Modular Design of Microwave Filters［J］．
IEEE Microwave Wireless Compon Lett． ，2003，13 （12） ：
541 － 543．
［2］ 张鲁红，杨雪霞，马哲旺． SIＲ 实现的新型毫米波 UWB
2013，
39（3） ：53 － 56．
滤波器［J］． 无线电通信技术，
［3］ 赵智兵，毛光军，刘长鹏． 一种 L 波段电调微带滤波器
2012，
42（7） ：56 － 57．
的设计［J］． 无线电工程，
［4］ 赵 飞，党元兰，王 璇． Ka 频段陶瓷基板微带带通滤
2012，
42（3） ：61 － 64．
波器设计分析［J］． 无线电工程，
［5］ YIN Q，WU L S，ZHOU L，et al． Compact Dual-band
Bandpass Filter Using Asymmetrical Dual Stub- loaded
Open-loops［J］． Journal of Electromagnetic Waves and
Applications，
2010，
24：2 397 － 2 406．
［6］ LIN X M． Design of Compact Tri-band Bandpass Filter Using
λ /4 and Stub-loaded Ｒesonators［J］． Journal of Electromagnetic Waves and Applications，
2010，
24：2 029 － 2 035．
［7］ ZHANG X S，ZHAO Y J，DENG H W，et al． High Selectivity Dual-mode Bandpass Filter with Source-loaded Coupling［J］． Progress In Electromagnetics Ｒesearch Letters，
2010，
18：187 － 194．
［8］ VELAZQUEZ A M D，MAＲTEL C J，MEDINA F，et al．
Application of Stub Loaded Folded Stepped Impedance
66
2014 Ｒadio Engineering Vo1. 44 No. 8
Ｒesonator to Dual Band Filter Design［J］． Progress In Electromagnetics Ｒesearch，
2010，
102：107 － 124．
［9］ ATHUKOＲALA L，BUDIMIＲ D． Design of Open-loop Dual-lode Microstrip Filters［J］． Progress In Electromagnetics Ｒesearch Lett． 2010，
19：179 － 185．
［10］ ＲOSENBEＲG U，AMAＲI S． Novel Coupling Schemes For
Microwave Ｒesonator Filters［J］． IEEE Trans Microwave
Theory Tech． ，
2002，
50（12） ：2 896 － 2 902．
［11］ MAＲTINEZ M M，GOMEZ D J S，CANETE Ｒ D，et al．
Design of Bandpass Transversal Filters Employing a Novel
Hybrid Structure ［J］． IEEE Trans Microwave Theory
Tech． ，
2007，
55（12） ，
2 670 － 2 678．
［12］ ZHOU M，TANG X，XIAO F． Compact Transversal Bandpass Filter Incorporating Microstrip Dual-mode Open-loop
Ｒesonator and Slot Line Ｒesonator with Source-load Coupling［J］． MicrowOpt． Technol． Lett． ，2009，51 （ 12 ） ：2
927 － 2 929．
［13］ DENG H W，
ZHAO Y J，
ZHANG X S，
et al． Compact Dualmode Open Stub-loaded Ｒesonator and BPF ［J］． Progress In
Electromagnetics Ｒesearch，
Lett． ，
2010，
14：119 － 125．
［14］ ATHUKOＲALA L，BUDIMIＲ D． Design of Compact Dualmode Microstrip Filters ［J］． IEEE Trans． Microw． Theory
Tech． ，
2010，
58（11） ：2 888 － 2 895．
［15］ WANG L Y，ZHAO C，LE C Y，et al． Dual-band Bandpass
Filter Using Stub Loaded Ｒesonators with Multiple Transmission Zeros ［C］∥ ISAPE，9th International Symposium． 2010：1 208 － 1 211．
［16］ WEI C L，JIA B F，ZHU Z J，et al． Hexagonal Dual-mode
Filter With Fourtransmission Zeros ［J］． IET Electronics
Lett． 2011，
47（3） ：195 － 196．
［17］ WEI C L，JIA B F，ZHU Z J，et al． Novel Trigonal Dualmode Filter with Controllable Transmission Zeros ［J］． IET
Microw． Antennas Propag． ，
2011，
5（13） ：1 563 － 1 567．
作者简介
吴景 宇
男，（ 1978—） ，工 程 师。 主 要 研 究 方 向： 微 波 射 频
技术。
位朝 垒
技术。
男，（ 1981—） ，工 程 师。 主 要 研 究 方 向： 微 波 射 频