李學(xué)偉

1 衛(wèi)星電視廣播傳輸系統(tǒng)的組成

1.1 衛(wèi)星

在赤道上空圍繞地球與地面相對靜止的軌道運行的同步衛(wèi)星。國際電聯(lián)（ITU）衛(wèi)星組織規(guī)定，將靜止軌道分為三個區(qū)，第一區(qū)：歐洲、非洲、阿拉伯半島、土耳其、原蘇聯(lián)、亞洲部分蒙古。第二區(qū)：南北美洲。第三區(qū)：中國在第三區(qū)ITU-3，該區(qū)包括亞洲和南太平洋地區(qū)（174W～72E），相鄰衛(wèi)星的經(jīng)度不小于3°，衛(wèi)星工作于C波段和Ku波段。

位置：衛(wèi)星的位置由其所在的經(jīng)度來定義，如中星6B位于115.5°E，即東經(jīng)115.5°。衛(wèi)星的位置與衛(wèi)星接收地點決定天線的仰角和方位角。

頻率：亞洲地區(qū)，衛(wèi)星下行工作頻率為C波段（3.7～4.2 GHz）和Ku波段（11.7～12.2 GHz），每個波段的帶寬為500 MHz，衛(wèi)星上行頻率C波段為6 GHz即（5.725～8.4 GHz）和Ku波段為14 GHz即（12.75～18.1 GHz）。

極化方式：衛(wèi)星電視廣播采用四種極化方式，即垂直極化（V）、水平極化（H）、左旋極化（L）和右旋極化（R），其中，垂直極化與水平極化、左旋極化與右旋極化為正交極化。水平極化是指電磁波傳播時電場矢量在水平面上的變化，垂直極化是指電場矢量在垂直面上的變化。圓極化：電磁場的電場矢量在垂直與傳播方向的平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)時稱為圓極化，由于旋轉(zhuǎn)方向不同又分為左旋極化和右旋極化。為提高頻率資源使用效率，常在同一頻率上使用兩個正交極化電磁波來傳送信號。衛(wèi)星的下行頻率和極化方式確定了衛(wèi)星接收的饋源的本振頻點和極化方式。

轉(zhuǎn)發(fā)器及EIRP：在同一衛(wèi)星上有多個轉(zhuǎn)發(fā)器，每個轉(zhuǎn)發(fā)器都有自己的賦形波束和等效全向輻射功率（EIRP）。在接收地點的EIRP值決定了所使用的天線口徑大小和高頻頭的噪聲系數(shù)。

1.2 地球站

衛(wèi)星電視廣播信號由地面廣播電視系統(tǒng)播控中心將節(jié)目視頻和伴音信號經(jīng)過相關(guān)設(shè)備技術(shù)處理后，通過衛(wèi)星上行地面站發(fā)射到衛(wèi)星的轉(zhuǎn)發(fā)器上。衛(wèi)星信號的傳送方式?jīng)Q定了衛(wèi)星接收的解調(diào)方式。

2 衛(wèi)星電視廣播地面接收系統(tǒng)的組成

衛(wèi)星電視地面接收系統(tǒng)主要包括：衛(wèi)星接收天線、饋源、高頻頭（LNB）、傳輸同軸電纜、功分器、線放、衛(wèi)星接收機、終端監(jiān)視器。

2.1 衛(wèi)星天線

2.1.1 作用與原理

由于微波信號在傳播過程中是直線傳播的，所以衛(wèi)星天線利用拋物面反射聚焦，增強接收的方向性和提高天線增益，使到達饋源的電磁場足夠強。

2.1.2 種類與特點

衛(wèi)星接收天線主要以拋物面為主，有前饋式、后饋式、偏饋式、多波束等幾種拋物面天線。天線的增益：G=10Lg[η（πD/γ）2]（dB），式中η為天線效率，一般為0.7～0.8，γ為波長，D為天線直徑（m）。

現(xiàn)在的衛(wèi)視節(jié)目分布在C波段和Ku波段上，C波段信號接收使用正饋天線及后饋天線，正饋天線有1.35、1.5、1.8、2.1、2.4 m等這幾種規(guī)格天線基本可以滿足個體及集體接收。后饋天線一般常用規(guī)格有3、4.5、5、6、6.5 m等基本是廣播電視系統(tǒng)微波站、電視臺、網(wǎng)絡(luò)傳輸接收用?？ㄈ駛愄炀€是典型的后饋天線，卡塞格倫天線是一種在微波通信中常用的天線。接收Ku波段信號一般使用偏饋天線，常用規(guī)格有0.35、0.45、0.6、0.75、0.8、0.9、1.0、1.2、1.5 m等可以滿足個體和集體接收用。與正饋天線不同，偏饋天線外形呈橢圓形，表面弧度較淺，采用正裝方式時仰角較正饋天線低20°左右。Ku波段偏饋天線具有高增益、高效率、窄波束等優(yōu)點。實踐證明，相同直徑天線，Ku波段偏饋天線比C波段前饋天線增益高約10 dB，一個1.2 m Ku波段偏饋天線增益相當(dāng)于3.6 m C波段前饋型天線接收Ku波段信號的增益，其效率可達65%～70%（C波段前饋型天線約為55%左右）。

2.1.3 仰角與方位角

描述衛(wèi)星接收天線的方向參數(shù)，天線接收方向與水平面的夾角為仰角，天線接收方向與正南（北）的夾角為方位角。具體計算公式如下：

仰角：

θ=arctg[（cosΦcosγ-0.15127）/（1-（cosγcosΦ）1/2]

方位角：Φ=arctg（tgγ/sinΦ）

式中，γ=γp-γs，Φ為接收地點的緯度，γp為接收地點的經(jīng)度，γs為衛(wèi)星在軌的經(jīng)度。方位角以正南為基準(zhǔn)，偏西為正，偏東為負。以上具體計算公式，作為調(diào)星愛好者計算起來比較繁鎖，所以通常我們可以通過網(wǎng)上“在線尋星網(wǎng)”尋星參數(shù)計算軟件獲得詳細參數(shù)，只要輸入預(yù)調(diào)衛(wèi)星所在經(jīng)度、天線類型、當(dāng)?shù)亟邮盏乩砦恢妹Q，“確認尋星”后即可獲得當(dāng)前地理位置經(jīng)緯度，天線方位角、仰角、高頻頭極化角等計算參數(shù)及截面圖方便實用。

2.2 饋源

饋源的作用是將在自由空間傳播的電磁波轉(zhuǎn)換成波道中傳輸?shù)碾姶挪ǎň匦尾ǖ乐蠺E10波），然后通過適當(dāng)耦合，將電磁場信號轉(zhuǎn)換成同軸電纜中傳輸?shù)男盘?，以便高頻頭信號處理和后面的傳輸，主要有兩種類型：前饋式饋源和后饋式饋源。

2.3 高頻頭（LNB）

將饋源耦合來的微波信號先進行低噪聲放大，然后通過混頻（降頻）成中頻950～1450 MHz的信號，再放大。高頻頭的供電通過輸出同軸電纜由衛(wèi)星接收機供電。高頻頭有單本振單極化單輸出、雙極化單輸出、雙極化雙輸出、還有雙本振雙極化4輸出，C/Ku復(fù)合高頻頭等種類繁多。以下是高頻頭各項參數(shù)指標(biāo)所代表的含義。

2.3.1 輸入頻率（INPUT）

輸入頻率是指高頻頭所能接收到的衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器下行頻率范圍。C波段，有3.4～4.2 GHz和3.7～4.2 GHz兩種，早期使用3.7～4.2 GHz的較多，因前者的頻率范圍比后者寬，應(yīng)優(yōu)先選用。Ku波段，接收頻率范圍10.7～12.75 GHz；由于其接收頻率范圍較寬又將分為低頻段（10.7～11.7 GHz）和高頻段（11.7～12.75 GHz）。

2.3.2 輸出頻率（OUTPUT）

輸出頻率是指衛(wèi)星下行頻率與高頻頭本振混頻后所產(chǎn)生的信號中頻頻率。通常有以下幾種950～1 450 MHz、950～1 750 MHz及950～2 150 MHz（其中，950～2 150 MHz是目前C/Ku波段所通用的）選擇時應(yīng)使信號中頻頻率在衛(wèi)星接收機輸入頻率范圍內(nèi)，否則部分信號收不到。輸出頻率（即信號中頻頻率）計算方式如下：

C波段：輸出頻率=本振頻率-下行頻率

Ku波段：輸出頻率=下行頻率-本振頻率

2.3.3 本振頻率（L、O）

絕大多數(shù)C波段高頻頭本振頻率為5 150 MHz，也有雙本振的（5 150 MHz和5 750 MHz）。Ku波段高頻頭本振頻率較多，相應(yīng)的Ku波段高頻頭分為標(biāo)準(zhǔn)、寬帶、全頻帶三種。可以根據(jù)其本振頻率數(shù)據(jù)來決定適用接收頻率的范圍（見表1）

表1 Ku波段高頻頭本振頻率適用接收頻率范圍

Ku波段全頻帶高頻頭指的是可以接收10.7～12.75 GHz所有信號的高頻頭，這種高頻頭都是雙本振的，低本振是9.75 GHz，負責(zé)接收10.7～11.7 GHz頻段信號；高本振一般為10.75 GHz，用來接收11.7～12.75 GHz頻段信號。雙本振高頻頭需配合0/22 KHz電子脈沖切換開關(guān)來使用。本振頻率穩(wěn)定度：由于高頻頭工作在室外，溫度變化大，要求第一本振頻率穩(wěn)定度為10-4數(shù)量級。

2.3.4 噪聲系數(shù)

描述高頻頭噪聲性能的參數(shù)，由于饋源耦合來的微波信號很微弱，因此對高頻頭的噪聲系數(shù)要求很高，通常C波段以絕對溫度°K表示，如25 °K、17°K、15 °K、13 °K等。其數(shù)值越小越好；而在Ku波段以dB（分貝）表示，如0.8 dB、0.7 dB、0.5 dB，其中，數(shù)值越小越好，噪聲系數(shù)的參數(shù)指標(biāo)越小，則表示信號還原的程度越高。

2.3.5 增益（GAIN）

描述高頻頭的放大能力，增益用dB（分貝）來表示，常見的一般多為60 dB，精品高頻頭一般均在65 dB以上，此數(shù)值應(yīng)偏高一點好，但也不能太高，否則系統(tǒng)會產(chǎn)生自激而引發(fā)不穩(wěn)定現(xiàn)象。

2.3.6 輸入輸出駐波比

描述輸入輸出的匹配程度。輸入駐波大小反映了輸入信號的反射損耗的小，顯然輸入駐波越小越好，一般為2.5。輸出駐波反應(yīng)了高頻頭輸出的效率。同樣輸出駐波也是越小越好，一般為1.5～2.5。另外，在完全匹配的情況下，駐波系數(shù)為1。通常高頻頭駐波表示方法為：2.5∶1或 2.0∶1。

2.3.7 載波互調(diào)

由于寬帶放大器中存在非線性失真，產(chǎn)生諧波和差拍，且有互相交叉調(diào)制，影響圖像質(zhì)量，通常要求在兩個-70 dB的輸入信號時，互調(diào)比應(yīng)小于-40 dB。

2.3.8 鏡像抑制比

鏡像頻率與本振頻率信號差頻產(chǎn)生中頻信號進入中頻放大器，使接收系統(tǒng)載噪比劣化。一般要求鏡像抑制比大于40 dB。電纜、線放與功分器從高頻頭到衛(wèi)星接收機之間的信號是通過電纜來傳送的，由于從高頻頭輸出的中頻信號是950～1 450 MHz，在電纜中衰減較大，一般衛(wèi)星天線的信號要通過功分器分配給不同的衛(wèi)星接收機，以便接收同一個衛(wèi)星上的不同頻道，信號還要進一步衰減，為保證衛(wèi)星接收機的輸入信號電平，可采取縮短高頻頭到衛(wèi)星接收機的距離，采用適當(dāng)?shù)墓Ψ制骱图尤霛M足要求的線放等方法。

2.4 電纜

一般采用衰減較小的同軸電纜，由于距離較短，可采用傳輸特性較好，價格較貴的同軸電纜。

2.5 功分器

功分器主要的要求是隔離度高，插入衰減小、帶內(nèi)平坦、過電型等。分配數(shù)以滿足需要為準(zhǔn)，過多而不必要的分配數(shù)會造成不必要的信號衰減。

2.6 線放

在距離無法縮短和分配數(shù)無法減小，而信號電平又不夠時在功分器前可加入線放，對高頻頭傳來的中頻信號加以放大。線放的增益以滿足要求為準(zhǔn)，因為高增益，容易帶來噪聲和非線性失真。

2.7 衛(wèi)星接收機

衛(wèi)星接收機是將高頻頭傳來的中頻信號解調(diào)成視頻信號和伴音信號的設(shè)備，它完成調(diào)諧，放大和解調(diào)功能，有些數(shù)字衛(wèi)星工程接收機還帶有圖文數(shù)據(jù)輸出功能。衛(wèi)星模擬信號已停播，模擬接收機以不在使用。從MPEG-2標(biāo)清數(shù)字衛(wèi)星接收機，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展到了MPEG-4高清數(shù)字衛(wèi)星接收機，衛(wèi)星數(shù)字接收機的主要指標(biāo)有以下幾方面。

2.7.1 輸入頻率范圍

頻率低端一般為950 MHz，而高端則有 1 450 MHz、1 750 MHz、2 050 MHz、2 150 MHz等，其中，950～2 150 MHz是目前C/Ku波段全兼容通用高頻頭數(shù)字衛(wèi)星電視廣播接收機，隨著衛(wèi)星下行的帶寬和頻道數(shù)不同而不同，中頻帶寬有20 MHz、27 MHz、36 MHz等幾種頻率。

2.7.2 靜態(tài)門限值

此項指標(biāo)反映衛(wèi)星接收機解調(diào)弱信號的能力。一般為2～7 dB左右。

2.7.3 特點

一款性能卓越的數(shù)字衛(wèi)星接收機，具有高靈敏度的信號接收功能的特點。具有C/Ku波段全兼容通用高頻頭：950～2 150 MHz，完全符合DVB-S以及MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)或MPEG-4高清標(biāo)準(zhǔn)接收。NTSC-PAL制式自動識別，支持DisEqC1.0（四進一出電子開關(guān)），0/22KHz開關(guān)，S-VHS視頻輸出，AV視頻高保真立體聲輸出，可編輯電視廣播節(jié)目功能，多語言菜單操作面板全自動搜選臺，帶有便于對星的信號強度顯示等功能齊全的數(shù)字衛(wèi)星接收機。

2.8 終端監(jiān)視器

監(jiān)視器的作用是將各種標(biāo)準(zhǔn)輸入端口送來的視頻和伴音信號還原成原始的圖像和伴音信息的可視聽設(shè)備。監(jiān)視器只要具備與衛(wèi)星接收機輸出的各種標(biāo)準(zhǔn)配套輸入端子接口功能即可，如射頻信號、AV視頻音頻高保真立體聲、S-VHS視頻、HDMI高清標(biāo)準(zhǔn)輸入接口等及可支持的多制式自動識別多功能高清晰彩色監(jiān)視器。

3 衛(wèi)星地面接收站址的選擇

在我國大部份地區(qū)都能預(yù)接收到東經(jīng)60°～180°之間的同步衛(wèi)星電視廣播節(jié)目信號，根據(jù)預(yù)接范圍內(nèi)的衛(wèi)星軌道位置計算接收天線的仰角及方位角結(jié)果，到現(xiàn)場進行測量，在天線面預(yù)接收的前方要求都能滿足開闊空曠的條件，無遮擋物如大樹、樓房建筑物、高山等，還要預(yù)留日后接收其它衛(wèi)星時調(diào)整方位角無影響。避開一些可能造成的干擾源的因素，如高壓電力線、通訊電纜高空架設(shè)物，飛機航道等，同時，避開一些無線電地面微波的干擾源，否則將影響衛(wèi)星信號的接收質(zhì)量，嚴(yán)重時甚至接收不到信號。此外，還要盡量避開風(fēng)口，防止大風(fēng)天氣對天線造成損害，不要選擇最高點，防止雷電擊毀設(shè)備，天線架設(shè)的地點要選擇在地層結(jié)構(gòu)堅實、地質(zhì)穩(wěn)定的地區(qū)，避免日后地基發(fā)生沉陷而產(chǎn)生天線指向偏差。