卫星电视接收系统

卫星电视接收系统4.1卫星电视接收系统概况4.2卫星电视接收天线4.3卫星电视接收系统的高频头4.4卫星电视接收机4.5卫星电视接收系统的安装与调试4.1卫星电视接收系统概况1.基本组成2.工作过程4.1系统概况------基本组成（1）卫星电视接收系统又称为卫星电视接收站，它由卫星电视接收天线、高频头、第一中频电缆、功分器和卫星电视接收机等几部分组成，有时还包括线路放大器。下图为一个典型的卫星接收系统的组成框图，它包括了水平极化和垂直极化两个部分，这两部分的结构是完全一样的。在接收圆极化波时，接收系统的组成也是这样的，只是将水平换成右旋，垂直换成左旋就可以了。4.1系统概况------基本组成（2）功分器卫星接收机TVVA卫星接收机TVVA卫星接收机TVVA卫星接收机TVVA功分器卫星接收机TVVA卫星接收机TVVA卫星接收机TVVA卫星接收机TVVA高频头垂直极化水平极化室外部分室内部分950~1450MHz950~1750MHzC：3.7~4.2GHzKu：11.7~12.5GHz数字卫星电视接收系统的框图高频头双极化馈源4.1系统概况------基本组成（3）卫星接收系统可以分成室外和室内两部分：室外部分包括了卫星接收天线、高频头、第一中频电缆，有时还设有线路放大器；室内部分包括了功分器、数字卫星接收机。作为集体接收系统来说，卫星接收机的输出就是有线电视的信号源，所以它直接与射频调制器连接；在个体接收时，卫星接收机则直接与用户的电视机相连接。卫星电视接收系统的图片4.1系统概况------工作过程（１）卫星接收天线将广播卫星传送的电磁波接收下来，然后送入高频头。我们已经知道，C波段的卫星下行频率是3700~4200MHz，带宽为500MHz，其内采用了频率复用技术共安排了24个卫星转发器，有12个水平极化(或右旋极化)转发器和12个垂直极化(或左旋极化)转发器，每个转发器的带宽是36MHz。Ku波段的情况不很统一，转发器的数量和转发器的频带宽度也不大一样。例如亚洲二号卫星上设有9个Ku波段转发器，5个为水平极化，另外4个为垂直极化，转发器的带宽为54MHz。4.1系统概况------工作过程（２）高频头的作用有两个：(1)低噪声放大；(2)下变频。由于卫星到地面接收地点的距离在40000km左右，因此卫星天线输出的信号是十分微弱的，故高频头一定要有相当高的增益，同时为了保证接收的质量，高频头内部产生的噪声一定得非常小。在高频头的内部设有低噪声放大器(LNA)，它产生的噪声很小，同时又具备足够高的增益，从而兼顾了低噪声和高增益两方面的要求。4.1系统概况------工作过程（３）信号从室外传输到室内要使用电缆，由于电缆对高频信号的衰减是很大的，同时频率越高，衰减就越大，为了尽可能地减少电缆对信号的衰减，要把信号频率降下来，经过下变频的信号在卫星接收系统中称为第一中频信号。目前绝大多数卫星接收机的第一中频信号的频率范围是950~1450MHz或是950~1750MHz，带宽为500MHz或800MHz，以分别满足C波段和Ku波段转发器的需求。第一中频的频率选择要考虑对地面电视广播的影响，因此其下限频率通常选择在900MHz以上，对于我国来说，地面电视广播的上限频率为958MHz，因此我国的卫星接收系统的技术标准选定的卫星接收机的第一中频为970~1470MHz。第一中频电缆的作用是将卫星信号从室外传送到室内，同时卫星接收机给高频头提供18V的直流电源电压也是通过第一中频电缆传送的。通常第一中频电缆的长度不超过30m，若卫星天线和前端的距离确实比较远，为了弥补电缆的衰减，可以在电缆的中部安装线路放大器。线路放大器也是依靠电缆来供电的。4.1系统概况------工作过程（４）为了能够同时接收广播卫星上各个转发器的节目，卫星天线应该能输出两种极化方式的信号，然后分别使用两个高频头对信号进行放大和下变频处理，于是室内和室外之间需要两条第一中频电缆进行连接。作为集体接收系统来说，要同时接收各个频道的信号，因此需要多台卫星接收机，每台卫星接收机接收一套节目，故在室内部分必须要设置功率分配器，简称功分器。功分器的作用是将一路信号平均分为若干路，以便给各卫星接收机提供信号，同时它还要保证各卫星接收机之间互相不干扰。4.1系统概况------工作过程（５）数字卫星接收机输入的是第一中频信号，输出的是音频信号和视频信号，同时接收机输出的还有数据信号。在卫星接收机内部一般都装有射频调制器，可以直接输出射频信号，于是可以将监测用的电视机直接与卫星接收机相连接。卫星接收机的数据输出端是与计算机相连接的。注意，不同的数字卫星广播制式要使用不同的卫星接收机。4.2卫星电视接收天线卫星电视接收天线是卫星电视接收系统的输入端口，其性能的优劣直接影响着信号的接收质量，在整个卫星电视接收系统之中的地位是十分重要的。卫星电视接收天线是收集广播卫星转发的电视信号的装置，有时也称为天馈系统。卫星电视接收天线的组成它的通信器件主要包括反射面、馈源。它的机械部件主要包括馈源支撑杆、俯仰角调整机构、方位角转动机构和底座等。卫星接收天线的作用是，有效地接收卫星辐射到地面的电磁波，并将它传送到高频头之内。在工程中，通常根据馈源与反射面的相对位置，将反射面天线分为前馈天线、后馈天线和偏馈天线三种形式。而从工作原理上来说，卫星广播系统中使用的反射面天线可以分为旋转抛物面天线、卡赛格伦天线、格里高利天线、球形反射面天线等几种类型。1.卫星接收天线的主要参数2.旋转抛物面天线3.偏馈天线4.馈源4.2天馈系统--卫星接收天线的主要参数（１）卫星接收天线的主要参数有：增益方向图半功率角等效噪声温度4.2天馈系统------卫星接收天线的主要参数（２）1.增益(G)接收天线的增益是这样定义的：设从空间各个方向上传来的电磁波的场强相同，天线在某一方向上接收时向负载输出的功率与一个理想的无损耗天线在该处各个方向接收时输入到负载中的功率平均值之比。接收天线增益最大的方向称为天线的最大接收方向。一般不特别进行声明的话，天线的增益是特指最大辐射方向(最大接收方向)上的增益，也就是该天线增益的最大值。4.2天馈系统------卫星接收天线的主要参数（3）2.方向图（１）卫星天线的方向图反映了天线增益随方向的变化，天线的方向图可以画在直角坐标系里，也可以画在极坐标系里。无论在哪个坐标系中，天线的方向图都是由若干个瓣组成的。增益的极小值称为增益的零点，在两个零点之间就是一个瓣，包含最大接收方向的瓣称为主瓣，与主瓣方向相差180度的瓣称为后瓣，其它的称为副瓣或旁瓣，副瓣和旁瓣的含义是完全一样的。4.2天馈系统------卫星接收天线的主要参数（4）2.方向图（２）衡量主瓣的参数叫做天线的半功率角，记为HP。在主瓣中心，天线的相对增益为0dB，在其两侧找到增益下降3dB的点，于是两点之间的角距离就称为天线的半功率角。根据半功率角的定义，只要方向偏离主瓣中心到达半功率角数值的一半，天线的实际增益就要下降3dB以上。天线主瓣的中心应该对准所接收的卫星。衡量后瓣的参数叫做天线的前后比，记为F／B。前后比的定义是天线后瓣方向上的增益与最大增益之间的差。衡量旁瓣(副瓣)的参数叫做天线的旁瓣电平，记为SLL，旁瓣电平的定义是某个旁瓣中心方向上的增益与最大增益之间的差。天线的后瓣和旁瓣都反映了天线接收干扰信号的能力。4.2天馈系统------卫星接收天线的主要参数（5）2.方向图（３）0-5-10-15-20-25-30-35-40-45-50-1800-900009001800-3dBHPSLL1直角坐标系内的天线方向图RelativeGain(dB)4.2天馈系统------卫星接收天线的主要参数（6）0dB-25dB-3dBHP极坐标系内的天线方向图2.方向图（４）4.2天馈系统------卫星接收天线的主要参数（7）3.等效噪声温度(1)卫星接收天线的等效噪声温度(TA)反映了天线接收下来并传送给匹配负载的噪声功率的大小，而天线内部损耗产生的噪声功率一般均折算到馈线损耗产生的噪声里去了。对于卫星接收天线来说，其内部损耗通常是十分小的，并且卫星接收天线是直接与高频头连接在一起的，因此在工程计算时，可以忽略馈线系统(包括了天线本身产生的噪声)产生的噪声。4.2天馈系统------卫星接收天线的主要参数（8）3.等效噪声温度(2)根据物理学给出的结论，只要物体的温度在绝对零度(－273.15℃)以上，它就要辐射能量，这种辐射就会产生热噪声，而辐射能量的大小通常用等效温度TB来衡量。在微波波段内，地面的等效温度约为300K左右，地面水平方向上的等效温度在100K左右，而天顶方向上的等效温度约为5K左右。接收天线截获各种辐射源产生的辐射，在天线处则表现为天线的等效噪声温度。天线的等效噪声温度与天线的方向图、天线的指向、工作波长及天线的具体工作环境有关，因此定量地分析天线等效噪声温度是一项十分复杂的工作，在工程问题中通常采用实际测量的方法来确定天线的噪声温度。4.2天馈系统------卫星接收天线的主要参数（9）3.等效噪声温度(3)天线接收下来的噪声可以分为两部分：(1)综合自然噪声；(2)地面人工噪声。在综合自然噪声中包括了大气中氧气和水蒸汽产生的噪声、降雨引起的噪声、地面辐射产生的噪声、雷电产生的噪声、宇宙噪声、太阳噪声等等，天线的主瓣对应的就是这种综合自然噪声。地面人工噪声主要包括汽车火花塞产生的噪声、电焊机产生的噪声、输电线和日光灯产生的放电现象引起的噪声等等，天线的旁瓣对应的则是地面的人工噪声。经过大量的实际测量发现，尽管影响天线噪声温度的因素很多，但其中天线的仰角和工作波长两项因素对噪声温度影响为最大。4.2天馈系统------旋转抛物面天线(1)旋转抛物面天线是最常用的卫星天线形式，它是一种主瓣尖锐、副瓣电平比较低、高增益的天线。它由一个反射面和馈源组成，广泛地应用在卫星接收系统中，由于它的馈源位于反射面的前方，故人们又称它为前馈天线，见下图。当反射面的直径不超过4.5m时，卫星接收天线一般均采用前馈天线的形式。4.2天馈系统------旋转抛物面天线(2)旋转抛物面天线示意图4.2天馈系统------旋转抛物面天线(3)几何结构(1)在解析几何中，把到一个定点(称为焦点)和一条直线(称为准线)等距离的点的运动轨迹定义为抛物线，将抛物线沿着其对称轴旋转一周就形成了所谓的旋转抛物面。旋转抛物面只有两个独立的几何参数。若已知焦距口径比f/d的话，也就是说确定了一个几何参数，抛物面的形状就确定了；而当焦距和口面直径确定之后，旋转抛物面的几何尺寸和形状就都确定了。旋转抛物面天线的焦距口径比是该天线一项基本的参数，其数值决定了反射面的曲率和形状。当f=0.25d时，称为中焦天线，焦点正好位于天线的口面上；当f＜0.25d时，称为短焦天线，焦点位于天线口面与反射面之间；当f＞0.25d时，称为长焦天线，焦点位于天线口面以外，见下图。通常卫星接收天线的焦距口径比在0.3—0.4之间。理论计算表明当f＝0.38d时，旋转抛物面天线的性能为最好。4.2天馈系统------旋转抛物面天线(4)几何结构(2)不同焦距的抛物面(a)短焦抛物面(b)中焦抛物面(c)长焦抛物面4.2天馈系统------旋转抛物面天线(5)几何光学原理(1)几何光学的基本出发点是：(1)光线沿直线传播；(2)入射角等于反射角。由于卫星天线的工作波长比较短，属于厘米波波段，因此几何光学的结论对这个波段的电磁波来说是适用的。抛物线有两个重要的几何光学性质：(1)平行于抛物线对称轴方向入射的射线经抛物线反射之后一定经过焦点；(2)平行于抛物线对称轴方向入射的射线经抛物线反射之后到达焦点时，所走过的路程是相同的。4.2天馈系统------旋转抛物面天线(6)几何光学原理(2)根据几何光学的结论，可以了解旋转抛物面天线的工作原理：当旋转抛物面天线的轴线对准了卫星之后，卫