卫星电视接收试验指导

1通信工程教研室、实验室编2004年7月2一、卫星电视接收系统的组成1．卫星接收系统的基本组成卫星电视接收系统包括：抛物面天线；馈源、低噪声放大器、变频器三者组成的一体化高频头；馈线（包括功分器）和接收机几部分组成，如图一所示。系统能够正常接收到卫星信号的条件是：系统各部分连接正确，接收机处于正确接收卫星转发的电视节目状态，天线准确对准所接收的卫星。要做到天线对准卫星，就必须使天线的方位角和仰角处于正确位置。天线的方位角和仰角可以通过下面的公式计算出来。是地面站纬度。是地面站经度，，是卫星定点经度其中：）水平为仰角，顺时针）正北为方位角0(]]cos)cos([115127.0cos)cos(arctg[EL0(]sin)([180AZs0200eesesestgarctg虽然方位角和仰角可以计算得出，但是要想使抛物面天线的角度达到要求值并不是容易的事，因为大多数天线的结构中没有指示方位角和仰角的装置，即便天线上有指示方位角和仰角的装置，由于它的基准位置——正南正北方向和水平程度都很难精确定位，所以无法利用机械装置精确定位方位角和仰角，只能以正常接收到信号时的状态为准。实际安装天线时必须反复调整方位角和仰角，同时观察接收信号的效果，信号质量最好时说明方位角和仰角处于正确位置。目前卫星多数采用数字信号的传输方式，它和模拟信号方式在调整天线时有很大不同，给天线调整造成很多麻烦。接收模拟信号时，图像解调输出非常快，没有延时，只要天线对准卫星，立刻有图像输出。当天线接近对准位置时，也会有质量差的图像在监视器上反映出来。根据这些特点，可以采取以下步骤寻星：大致确定一个接近的仰角，在估计的方位角附近，缓慢转动天线，图象质量信号强度高频头图一，卫星电视接收系统示意图3仔细观察监视器上杂波的变化，（寻星时，监视器不要使用静噪功能。因为信号很差时屏幕为蓝底或黑屏，无法判断是否接近了卫星方位），如果出现了欲接收的图像，再仔细调到最佳位置。可以采用平均法确定最佳位置，即将天线左偏至图像变坏，记下该点位置；再将天线右偏至图像变坏，记下位置；再将天线调到两点中间，即是最佳位置。固定方位角，用同样的方法调整仰角到最佳位置。固定仰角，重新调方位角至最佳位置。如此反复几次，天线的方位角和仰角即可调好。天线调好后，仔细调整高频头的焦距和极化角，使图像达到最佳。用数字接收机接收卫星电视信号时，由于数字信号解码需要两三秒钟的时间，才能播放出正常的图像，并且数字信号要达到一定的信噪比，即误码率要低于一定值才能正确解码。也就是说，即使天线对准了卫星，必须经过两三秒才能看到图像，而且图像质量没有从坏到好的逐渐变化过程，只要有图像质量就是很好的，要么就一点图像都没有，即所谓峭壁效应。给寻星时的判断调整带来很多困难，采取与模拟接收相同的在较大范围搜索的方法很难将天线调准，必须在接近对准卫星的较小范围内，每转动一个角度要停一下等待屏幕的变化，仔细地耐心地调整。因此比较准确的测量定位方位角和仰角，在利用数字卫星接收机调整天线时，是非常必要的。2.天线的组装42．天线仰角的测定方法目前常用的对天线仰角的测量定位方法都存在一定局限性，使用受到限制。比如在天线结构中安装固定的仰角测量器，它会受到天线安装水平程度的影响，并且势必增加天线的成本。有一种称为量角器垂线法测量仰角的方法，可以不受天线安装水平程度影响，但是会受天线结构限制。如图二所示，可见使用这种方法时，必须在天线上找到一个和天线口面平行的平面，如果天线结构中没有这个平面，就不能使用这种方法。下面介绍一种方法，可以称之为“垂线计算法”，如图三所示。在5天线的最高点悬挂一条垂线，称为高点垂线。另外在天线的最低点也悬挂一条垂线，称为低点垂线。测量高点垂线与低点垂线之间的距离L，它和天线的直径D，天线的仰角存在如下关系：sinDL可见仰角增大，L长度增大。先计算出L的长度，安照这个长度调整天线的仰角即准确又方便。这种方法即不受天线安装水平程度的影响，也不受天线结构的限制，所用的工具仅一副卷尺，垂线可以就地取材，一条细线系上重物即可。3．方位角的测定方法用罗盘测定方位角的方法如图四所示，将罗盘的南北极连线与抛物天线的最高点和最低点连线对齐，即要求两条连线形成的平面与水平面及天线口面都垂直，通过罗盘指针即可读出方位角。在没有罗盘的条件下，可以利用太阳光的影子确定方位角，图四，罗盘定位法示意图图五，角度投影法示意图TitleNumberRevisionSizeBDate:23-Nov-2005SheetofFile:E:\论文们\科研论文\系列论文\论文10\画图.DdbDrawnBy:图二，量角器垂线法示意图TitleNumberRevisionSizeBDate:23-Nov-2005SheetofFile:E:\论文们\科研论文\系列论文\论文10\画图.DdbDrawnBy:L图三，垂线计算法示意图6称之为“角度投影法”，如图五所示。自制一个标有角度刻度圆盘，在上面标出“12点”和“6点”的位置，圆盘中心O点处放一根与盘面垂直的细杆，形成一个“角度投影盘”。用“角度投影盘”测量天线方位角之前，先要确定它的正常投影位置，方法是：将它的“12点”和“6点”连线称之为“0度连线”与南北方向对齐，圆盘面水平放置，标出细杆影子在“投影角度测量盘”上的位置Ａ，并记下影子的长度。测量时，将“0度连线”与抛物天线的最高点和最低点连线对齐，方法和用罗盘是一样，调整投影盘的水平位置，使细杆影子的长度与先前记下的一样，标出细杆影子在“角度投影盘”上的位置Ｂ，连线ＯＡ与ＯＢ的夹角就是天线的方位角。二、卫星接收天线的安装与调整1天线的基本概念我国的卫星电视事业近10年来取得了令人瞩目的成就，并将全国电视人口覆盖率提高到82%。人们现在渐已离不开卫星电视，并深受其益，在全国城乡建立了近5万座单位站来接收高质量的卫星电视节目，并不断在接收站的设备质量、技术指标上加大步伐。由于我国地域辽阔、地形复杂，由此可以预计今后一段时期内卫星电视接收站的建设的仍将会迅速发展。卫星电视节目的接收，无论是现在使用的C波段，还是将要启用的KU波段，接收天线的主要形式都是抛物面天线。对于卫星天线的调试，它包括天线的方向（仰角和方位角）、馈源的位置、极化取向和极化倾斜角调整等数项内容，其中最关键的一项是天线的仰角和方位角、极化倾斜角调在工程上常用一些参量来表征天线用作发射或接收的特性，它们是方向图，主瓣电平，增益，极化，频带宽度，驻波比，噪声温度等。这里仅对其中几个主要参量作简单介绍。（1）.方向图[4]、主瓣宽度[5]与副瓣电平[6]天线功率辐射击是否集中，可以用主瓣宽度这一参量来表示；主瓣中辐射功率为最大值一半时两个矢径间的夹角称为主瓣宽度。主瓣宽度越小，方向图越尖锐，表示天线辐射越集中。副瓣的最大值相对主瓣最大值的比，称为副瓣电平，一般用分贝来表示，其定义为：101g副瓣最大值功率/主瓣最大值功率，如副瓣最大值与主瓣最大值相应功率之比为0.01,则副瓣电平为-20dB。如果反天线在各方向辐射击的强度用从原点出发的矢量长短来表示，则连接全部矢量端点所7形成的包络就是天线的方向图。它显示出天线的在不同方向辐射的相对大小，这种方向图称为立体方向图。矢径的方向代表辐射的方向，矢径的长短代表辐射击的强度。方向图包含有许多波瓣，其中包含最大辐射方向的波瓣称为主瓣。其它依次称为第一副瓣，第二副瓣等。（2）.天线增益[7]G我们也可用增益来表示天线集中辐射的程度。天线在某一方向的增益定义为：在相同的输入功率下，天线在某一方向某一位置产生的电场强度的平方（E2）与无耗理想点源天线在同一方向同一位置产生的电场强度的平方（E02）的比值，通常以G表示。G=E2/E02（同一输入功率）同样，增益也可以这样来确定：在某一方向向某一位置产生相同电场强度的条件下，无耗理想点源天线的输入功率（Pino）与天线的输入功率（Pin）的比值，即称为该天线在该点方向的增益。G=Pino/Pin（同一电场强度）通常是以天线在最大辐射方向的增益作为这一天线的增益。增益通常用分贝表示。即：G=101gPino/Pin天线增益的计算：G=η4πS/λ2=η（π/λ）2D2式中，S-天线口径面积（平方米）；λ-工作波长（米）；D-抛物面口径（即面口直径）（米）；η-天线效率。（3）.天线的噪声温度[8]进入天线的噪声主要来银河系的宇宙噪声和来自大地、大气的热噪声。不同口径的天线、不同频段、不同仰角和不同环境，天线的噪声都不相同。在C波段，宇宙噪声很小，主要是大地和大气的热噪声。在Ku波段，这些噪声也随着频率而增加。同一仰角时，天线尺寸越大波束越窄，因此天线的噪声温度TA（K）越小，不过随着仰角加大，这种差别变小。而同一天线尺寸时，天线仰角Φ越大，天线的噪声温度TA（K）越低，反之Φ越小，TA越高。这是因为仰角Φ越小，信号穿过大气层厚度越大，从而气象噪声、大气噪声越强。（4）.电磁波的极化[9]电磁波的极化形式可分为线极化波和圆极化波，线极化波又可分为水平极化和垂直极化波，圆极化波根据电场旋转方向不同又可分为左旋和右旋圆极化波。我国目前卫星信号方要采用线极化波。接收天线的极化方式只有同被接收的电磁波极化形式相一致时，才能有效地接收到信号，否则将使接收信号质量变坏，甚至完全收不到信号，这种现象称为极化失配。当馈源采用矩形波导时，其极化方向由波导口的方向确定。波导口窄边与地平面平行为水平极化，宽边与地平面平行8为垂直极化。当采用圆波导馈源时，则应以波导中的探针方向为准。值得注意的是：卫星转发器发射的线极化波是以卫星的轴系为基准定义的，因此只有当地面站天线与卫星所处的经度一致时，地面上波的极化方向才与卫星相同，其它地区应略有偏差。因此在安装时应稍微左右转动一下馈源，使接收机的电平指示最大，以达到极化匹配。（5）.天线极化的调整[10]①线极化与圆极化共存时，极化器的调整对租用的国际通信卫星发射来的是右旋圆极化波，我国卫星发射的是水平极化波。从收租星改收我国卫星时，就得转动天线馈源中移相介质片，使之与水平面垂直，并调整矩形位置，使其波导输出口的窄边与水平面平行，这时就可以接收水平极化波。②只收线极化波时，极化器的调整当我国不再租用国际通信卫星而使用我国自己发射的卫星时，应把移相器去掉。移相器是接收圆极化的部件，当接收线极化波时，即使极化片与波导垂直（或水平），不移相也会产生损失，使天线噪声增加。所以在只收线极化波时可把移相极化介质去掉，并使矩形波导窄边平行水平面，以便使电场矢量平行于水平面的水平极化波进入波导。由于星上发射下来的电波极化方式受地面站地理位置，卫星姿态等影响，有时可能稍微偏离水平极化，因此调整、安装时要微微左右转动一下馈源，直至接收机的电平指示最大，这时就达到了极化匹配的目的。2.器材介绍接收系统中器材的优劣对接收信号质量的影响很大，在调整卫星节目时应充分考虑器材因素，下面对卫星节目接收系统中用到的器材逐一介绍。（1）.卫星地面接收天线[11]卫星地面接收天线是影响前端信号质量的关键器材，天线应有很高的精度，不同品牌的天线质量差别很大，质差或变形的天线，因为焦点已经改变或者弥散，口径再大也无济于事。选用天线不宜盲目追求小口径或迷信大口径，只要使所接收的信号幅度达到接收机门限要求就行，关键要重视天线锅面的精度品质。①中心聚焦卫星天线中心聚焦卫星天线一般称为正焦天线，又称抛物线天线，不论深浅,其天线盘面弧度皆呈抛物线。中心焦天线特征为盘面正圆，LNB置于天线的中央焦点。正焦天线依其焦点位置又可分为深碟与浅碟，相同尺寸的天线如果聚焦越短则盘面越深、聚焦越长盘面越浅，如问那一种比较好9用,则是各有各的优缺点。正焦天线寻找卫星，通常只要知道该卫星当地的接收仰角，把仰角器置于天线正中央加以调整仰度，再搭配指南针与卫星信号测试仪器很容易就可以找到你要的卫星。当定位完成时，此时盘面中央、LNB及3万6千公里的卫星是成一直线的。功能聚焦信号增益防微波干扰货运装柜成本深碟短略