卫星通信基础知识：地面终端（接收系统）的噪声温度与G/T值

我们在之前的文章里，已经讲过卫星通信下行链路的链路预算计算方法，也给出了计算地面终端（接收系统）输入信噪比的数学公式。想了解具体细节可以看这篇：《卫星通信链路预算计算——下行链路》。

信噪比的计算公式里，会用到一个关键参数——地面终端的G/T值，其中G是终端天线的增益，T是整个接收系统的噪声温度，这个系统包含天线本身、射频链路和低噪声下变频器（LNB）。这里有个前提假设：LNB的增益足够大，后续器件产生的噪声影响可以忽略不计。

终端天线的增益计算公式，我在另一篇文章里已经讲过了，核心是用峰值增益、扫描角度和余弦滚降来计算，想了解细节可以看这篇：卫星通信基础知识---自由空间衰减和天线增益计算。

这篇文章主要讲地面终端（接收系统）的噪声温度怎么算，再结合天线增益，定义终端的G/T值。

地面终端的整体噪声温度（也能对应噪声系数），主要由三部分的噪声贡献组成：

1. 天线自身产生的噪声（天线噪声温度）

2. 双工器这类无源器件产生的噪声

3. 低噪声下变频器（LNB）产生的噪声

同样基于那个前提：LNB增益足够大，后续器件的噪声影响可忽略。

天线的噪声温度很难实测，一般都是厂家直接提供。我们这里假设用的是电扫天线，其噪声温度为160K。

无源器件的噪声温度，和自身的插入损耗直接相关。因为无源器件的噪声系数，几乎就等于它的插入损耗，而噪声温度和噪声系数本身又是直接相关的，计算公式如下：

TN = TA×(F – 1) = TA×(10^(NF/10) – 1)

各参数含义：

TN：器件的噪声温度

TA：环境温度，工程上一般默认取290K

F：无源器件的插入损耗（也等于噪声因子）

NF：无源器件的噪声系数，单位是dB，换算公式为NF=10×log10(F)

卫星通信地面终端里，天线和LNB之间一般都会接一个双工器，所以终端这部分的噪声，就由双工器的插入损耗决定。我们假设这个双工器的插入损耗是1dB，那它的噪声系数也为1dB，代入公式算出其噪声温度：

TN = 290×(10^(1/10) – 1) = 75.1 K

LNB的噪声温度，也能用上面这个公式，由自身的噪声系数直接算出。假设这个LNB的噪声系数是2dB，代入后算出其噪声温度：

TN = 290×(10^(2/10) – 1) = 169.62 K

终端的整体噪声温度，就是把上述三部分的噪声温度直接相加：

终端噪声温度 T = 天线噪声温度 + 双工器噪声温度 + LNB噪声温度 = 160K + 75.1K + 169.62K = 404.72 K

最后，结合终端的天线增益（单位dBi）和整体噪声温度，就能算出终端的G/T值，公式如下：

G/T（单位dB/K）= 天线增益（dBi） – 10×log10(T)

其中天线增益（dBi），还是通过峰值增益、扫描角度和余弦滚降计算得出。

这里要注意一个关键点：公式里的增益（dBi），单指终端天线的增益；而噪声温度（T），则包含了整个接收终端的所有噪声贡献，包括天线、射频链路和LNB，依旧基于那个前提——LNB增益足够大，其后续器件（比如调制解调器）产生的噪声影响可以忽略。