Ku高频头原理.doc

高频头原理前几日，在广州陶街市场淘宝，看到一只牌子为OXFORD(牛津)的二手双本振双极化Ku波段高频头。铭牌标识全是英文，品牌OXFORD，型号TE401，右上角有“CE”标志，品牌Logo下标明是通用LNB。技术指标如下： INPUT 10.711.7GHz LO：9.75 GHz INPUT 11.712.75GHz LO：10.6 GHz NOISE 0.85dB 外壳为一体铸铝，外壳上下盖接缝处配合密封紧密，表面喷涂黑色漆，色泽黑亮，未见漆膜脱落。重量较常见的Ku高频头重，制造商产地不详(估计是英国产)。揭开馈源口防水罩，它的馈源很精致，内表面光洁，馈源是四环结构，外环直径52mm，波导管内直径12mm。两个铜质极化振子比其它国产品牌的粗很多。极化隔离捧也为铜质。 由于店家不保证此高频头完好，售出后不予退换。且现场无法测试。但由于价格便宜，手感重量十足，加之前时在此购买的加洲(California)、嘉顿(Gardiner)等二手高频头，虽然它们外观不佳，但指标优异，性能稳定。用后十分满意，于是抱着碰碰运气的念头把这只二手高频头欣然买下。 回来后，将高频头装上已对准卫星的天线测试，这只高频头有噪声电平输出(接收机有信号强度值)，用手或金属板盖住馈源口，输出电平有变化，这说明高频头的电源、高放等可能正常，但水平、垂直极化在高、低两本振条件下始终都无法收到卫星信号，怀疑本振频率偏移过大，反复调节高频头高、低本振微调螺丝也无法收到信号。证实此Ku高频头确实有故障。 双本振双极化Ku波段高频头工作原理分析 TE401双本振双极化Ku波段高频头电原理图(实物测绘，原PCB元器件无标号，原理图所有元器件标号均为笔者所加)见Fig 3。 几点说明： 高放管和本振混频集成电路型号不详； 所有电容未拆下测量，故图中电容容量均未标明； 所有阻容元件均为0805封装，TL074和75HCT14D为SOP14封装，7806为TO-220封装，BAV99W和BS62为SOT-23封装。 该高频头主要由以下几部分单元组成： 1、供电单元 接收机馈送到高频头的13/18V直流电压经由U3(7806)稳压变成 6V供给各单元电路； U2:A、R201、C204构成一多谐振荡器，振荡脉冲送入由U2:B、U2:C、U2:D三门并联构成的缓冲器，在其输出脚输出幅度为05V、频率为1.67MHz、占空比约为50的方波脉冲，经双二极管D201倍压整流，电容C201和C202滤波产生约-2.6V直流电压，供给高放级负偏置(offset)电压和TL074负工作电压。 2、高频放大单元 Q1、Q2分别对由H、V两组相互垂直的极化振子输入的卫星信号进行低噪声高频放大，放大后的信号经镜频抑制滤波器滤波，抑制镜频噪声，再送入Q3放大，然后送到本机振荡混频单元。Q4、Q6、Q8分别为Q1、Q2、Q3三只高放场效应营提供适合的栅极偏压，保证高放管工作点的稳定，也是噪声最低、最佳的工作状态。 3、本机振荡器切换单元 对于双极化双本振单输出高频头(LNB)而言，两个不同频率的本机振荡电路是不允许同时工作的，必须用本振切换电路来执行切换。本高频头本振切换由U1(TL074)四运算放大器担任。 当接收机设定22K ON时，送入高频头的13/18V工作电压上迭加有22KHz脉冲信号“包络”，通过U1:C、C205、C206、R204组成的22KHz 有源带通滤波器选出22K脉冲，送入二极管D202作倍压整流，经C208滤波产生约 1V的直流电压(此电压高低与接收机输出的22K脉冲幅度有关)。该电压进入U1:D与由R208和R209分压产生的约 0.36V电压进行比较，由于TL074电源脚分别接 6V和-3V，故电压比较器输出高电平为 6V，低电平为-3V。U1:D输出为 6V，U1:D输出再分别送入由U1:B和U1:A两电压比较器进行电压比较，U1:B输出为 6V，经D203电平钳位输出约0.6V至高本振，高本振工作；U1:A输出为-3V，低本振停止工作。 当接收机设定22K OFF时，有源带通滤波器输出没有22K脉冲，D202整流输出为0V，U1:A输出为 6V，经D204电平钳位输出约0.6V至低本振，低本振工作；U1:B输出为-3V，高本振停止工作。 4、极化切换单元 Q1、Q2两个不同极化的高频放大电路同样也是不允许同时工作的，也必须用本振切换电路来执行切换。该高频头极化切换由U2(74HCT14D)六施密特反相器中的U2:E和U2:F两非门和Dz201(14V稳压二极管)及R202构成。 当接收机设为垂直极化，送入高频头的直流电压为13V，Dz201反偏不导通，U2:F的输入脚(13脚)为“0”，其输出脚(12脚)为“1”， Q5截止，Q1失去D极电压而停止工作；U2:E的输出脚(10脚)为“0”，Q7饱合导通，Q2得到D极电压，处于放大工作状态。高频头处于V极化信号接收状态。 当接收机设为水平极化，送入高频头的直流电压为18V，超过Dz201反向击穿电压(14V)，Dz201导通，U2:F的输入脚(13脚)为“1”(在工作电压5V时，74HCT14D输入高电平阈值约为2V)，其输出脚(12脚)为“0”，U2:F的输出脚(12脚)为“1”，与上述情况相反，Q1处于放大状态，而Q2处于停止工作状态。高频头处于H极化信号接收状态。从而实现极化切换选择。 5、本振混频单元 本振混频单元由U4(型号不详，表面印有UN3)、空腔介质谐振腔、PCB等构成。 高频放大单元送来的高频信号送入U4 RF INPUT脚，高、低本振分别接入High OSC、Low OSC 两脚。混频后的中频信号经R401、R402、C402及微带滤波器送至F头，输出至室内接收机。 维修过程 拆开高频头盖，见其本振谐振腔与屏蔽盖是一体的，将高放、本振、混频全部罩住。拆下谐振腔，发现谐振腔和外壳的壁很厚，难怪重量十足，且外壳上下盖接缝处密封很严。 PCB为双层板，但反面仅是地线和电源。 目视检查，未发现有元器件明显的烧毁痕迹。因担心高频头过流烧毁卫视接收机LNB供电电路，遂用通用3A可调稳压电源调至13V由F头端子处送入高频头。通电后U3 7806输出电压正常，整机电流近100mA，较正常高频头电流稍低。 用示波器测量U2 74HCT14D 2脚无振荡脉冲输出，U2的14脚无电压，测R203(100)开路，换新后通电R203很快冒烟烧毁，判断U2损坏。由于没有74HCT14D，找一块74HC14贴片电路焊上，更换R203，U2的2脚已有振荡脉冲输出，但数分钟后振荡器停振，U2发热烫手，U2再次损坏。再查发现Dz201正反向阻值为“零”，已击穿短路。将Dz201和U2更换，通电后U2的2脚振荡脉冲输出正常，-3V正常。Q1、Q2的D极电压可随输入的13V/18V直流电压切换变化。检测高频头工作电流，约120mA，正常。接上卫星接收机，改变接收机22K 开/关状态，两本机振荡器切换也正常。 |前几日，在广州陶街市场淘宝，看到一只牌子为OXFORD(牛津)的二手双本振双极化Ku波段高频头。铭牌标识全是英文，品牌OXFORD，型号TE401，右上角有“CE”标志，品牌Logo下标明是通用LNB。技术指标如下： INPUT 10.711.7GHz LO：9.75 GHz INPUT 11.712.75GHz LO：10.6 GHz NOISE 0.85dB 外壳为一体铸铝，外壳上下盖接缝处配合密封紧密，表面喷涂黑色漆，色泽黑亮，未见漆膜脱落。重量较常见的Ku高频头重，制造商产地不详(估计是英国产)。揭开馈源口防水罩，它的馈源很精致，内表面光洁，馈源是四环结构，外环直径52mm，波导管内直径12mm。两个铜质极化振子比其它国产品牌的粗很多。极化隔离捧也为铜质。 由于店家不保证此高频头完好，售出后不予退换。且现场无法测试。但由于价格便宜，手感重量十足，加之前时在此购买的加洲(California)、嘉顿(Gardiner)等二手高频头，虽然它们外观不佳，但指标优异，性能稳定。用后十分满意，于是抱着碰碰运气的念头把这只二手高频头欣然买下。 回来后，将高频头装上已对准卫星的天线测试，这只高频头有噪声电平输出(接收机有信号强度值)，用手或金属板盖住馈源口，输出电平有变化，这说明高频头的电源、高放等可能正常，但水平、垂直极化在高、低两本振条件下始终都无法收到卫星信号，怀疑本振频率偏移过大，反复调节高频头高、低本振微调螺丝也无法收到信号。证实此Ku高频头确实有故障。 双本振双极化Ku波段高频头工作原理分析 TE401双本振双极化Ku波段高频头电原理图(实物测绘，原PCB元器件无标号，原理图所有元器件标号均为笔者所加)见Fig 3。 几点说明： 高放管和本振混频集成电路型号不详； 所有电容未拆下测量，故图中电容容量均未标明； 所有阻容元件均为0805封装，TL074和75HCT14D为SOP14封装，7806为TO-220封装，BAV99W和BS62为SOT-23封装。 该高频头主要由以下几部分单元组成： 1、供电单元 接收机馈送到高频头的13/18V直流电压经由U3(7806)稳压变成 6V供给各单元电路； U2:A、R201、C204构成一多谐振荡器，振荡脉冲送入由U2:B、U2:C、U2:D三门并联构成的缓冲器，在其输出脚输出幅度为05V、频率为1.67MHz、占空比约为50的方波脉冲，经双二极管D201倍压整流，电容C201和C202滤波产生约-2.6V直流电压，供给高放级负偏置(offset)电压和TL074负工作电压。 2、高频放大单元 Q1、Q2分别对由H、V两组相互垂直的极化振子输入的卫星信号进行低噪声高频放大，放大后的信号经镜频抑制滤波器滤波，抑制镜频噪声，再送入Q3放大，然后送到本机振荡混频单元。Q4、Q6、Q8分别为Q1、Q2、Q3三只高放场效应营提供适合的栅极偏压，保证高放管工作点的稳定，也是噪声最低、最佳的工作状态。 3、本机振荡器切换单元 对于双极化双本振单输出高频头(LNB)而言，两个不同频率的本机振荡电路是不允许同时工作的，必须用本振切换电路来执行切换。本高频头本振切换由U1(TL074)四运算放大器担任。 当接收机设定22K ON时，送入高频头的13/18V工作电压上迭加有22KHz脉冲信号“包络”，通过U1:C、C205、C206、R204组成的22KHz 有源带通滤波器选出22K脉冲，送入二极管D202作倍压整流，经C208滤波产生约 1V的直流电压(此电压高低与接收机输出的22K脉冲幅度有关)。该电压进入U1:D与由R208和R209分压产生的约 0.36V电压进行比较，由于TL074电源脚分别接 6V和-3V，故电压比较器输出高电平为 6V，低电平为-3V。U1:D输出为 6V，U1:D输出再分别送入由U1:B和U1:A两电压比较器进行电压比较，U1:B输出为 6V，经D203电平钳位输出约0.6V至高本振，高本振工作；U1:A输出为-3V，低本振停止工作。 当接收机设定22K OFF时，有源带通滤波器输出没有22K脉冲，D202整流输出为0V，U1:A输出为 6V，经D204电平钳位输出约0.6V至低本振，低本振工作；U1:B输出为-3V，高本振停止工作。 4、极化切换单元 Q1、Q2两个不同极化的高频放大电路同样也是不允许同时工作的，也必须用本振切换电路来执行切换。该高频头极化切换由U2(74HCT14D)六施密特反相器中的U2:E和U2:F两非门和Dz201(14V稳压二极管)及R202构成。 当接收机设为垂直极化，送入高频头的直流电压为13V，Dz201反偏不导通，U2:F的输入脚(13脚)为“0”，其输出脚(12脚)为“1”， Q5截止，Q1失去D极电压而停止工作；U2:E的输出脚(10脚)为“0”，Q7饱合导通，Q2得到D极电压，处于放大工作状态。高频头处于V极化信号接收状态。 当接收机设为水平极化，送入高频头的直流电压为18V，超过Dz201反向击穿电压(14V)，Dz201导通，U2:F的输入脚(13脚)为“1”(在工作电压5V时，74HCT14D输入高电平阈值约为2V)，其输出脚(12脚)为“0”，U2:F的输出脚(12脚)为“1”，与上述情况相反，Q1处于放大状态，而Q2处于停止工作状态。高频头处于H极化信号接收状态。从而实现极化切换选择。 5、本振混频单元 本振混频单元由U4(型号不详，表面印有UN3)、空腔介质谐振腔、PCB等构成。 高频放大单元送来的高频信号送入U4 RF INPUT脚，高、低本振分别接入High OSC、Low OSC 两脚。混频后的中频信号经R401、R402、C402及微带滤波器送至F头，输出至室内接收机。 维修过程 拆开高频头盖，见其本振谐振腔与屏蔽盖是一体的，将高放、本振、混频全部罩住。拆下谐振腔，发现谐振腔和外壳的壁很厚，难怪重量十足，且外壳上下盖接缝处密封很严。 PCB为双层板，但反面仅是地线和电源。 目视检查，未发现有元器件明显的烧毁痕迹。因担心高频头过流烧毁卫视接收机LNB供电电路，遂用通用3A可调稳压电源调至13V由F头端子处送入高频头。通电后U3 7806输出电压正常，整机电流近100mA，较正常高频头电流稍低。 用示波器测量U2 74HCT14D 2脚无振荡脉冲输出，U2的14脚无电压，测R203(100)开路，换新后通电R203很快冒烟烧毁，判断U2损坏。由于没有74HCT14D，找一块74HC14贴片电路焊上，更换R203，U2的2脚已有振荡脉冲输出，但数分钟后振荡器停振，U2发热烫手，U2再次损坏。再查发现Dz201正反向阻值为“零”，已击穿短路。将Dz201和U2更换，通电后U2的2脚振荡脉冲输出正常，-3V正常。Q1、Q2的D极电压可随输入的13V/18V直流电压切换变化。检测高频头工作电流，约120mA，正常。接上卫星接收机，改变接收机22K 开/关状态，两本机振荡器切换也正常。 | 经分析，认为可能是由于雷击高压沿馈线进入高频头，击穿Dz201和U2，导致R203过流烧断。更换U2后，未检查Dz201，通电后13V/18V电压直接加到U2第13脚，大大超出U2的工作电压VCC( 5V)，造成U2再次损坏。由于U2损坏，无-3V产生，高放栅极偏置不正常及极化切换不工作。 按拆卸相反顺序装好PCB板，紧固谐振腔、上盖螺丝。谐振腔的螺丝一定要上紧，否则本振频率会飘移。 先拿一个工作正常的双本振高频头装到45cm卫星天线上，连接假百胜P-3800接收机，设定本振为9750/10600MHz双本振，输入11132 V 26667下行卫星信号参数，将卫星天线对准113E帕拉帕卫星。接收机断电后天线换上该维修高频头，拆下高频头上盖，接收机设定22K为OFF，用螺丝刀调节低本振频率微调螺丝，待旋入约两圈时，信号质量已达到9.34dB。再输入11472 V 15558，信号质量达到10.46dB。为了检验另一极化接收是否正常，遂将该Ku头旋转90，极化设置由“V”改成“H”，观察信号质量基本未变。证明该Ku头两极化接收均已正常。高频头低本振频率校准基本正常。 换上正常高频头，将天线对准110.5E鑫诺卫星，在接收机上输入12620 V 32550下行卫星信号参数，再次换上该维修高频头，设定22K为ON，调节高频头高本振频率微调螺丝，至信号质量为最大。高频头高本振调校基本正常。 输入其它几组信号测试高频头，经测试，12620 V 32550一组为8.2dB，12302 V 41530一组为6.2dB，12380 V 41530一组为8.92dB，12440 V 41530一组为7.9dB，12500 V 41530一组为6.9dB。对比国内产某品牌的标称噪声0.7dB的双本振高频头，指标还略有优势。合上高频头上盖，试下载鑫诺卫星12620V32550一组FAT教育节目，工作数小时，图像、伴音正常，说明此Ku高频头故障己经排除。 心得及感言 常见的LNB(高频头)，无论是C波段高频头，还是Ku波段高频头，工作原理都基本上是相同的，差异仅仅是所使用的元器件不同，工作的频率范围不用。双极化、双本振高频头对照单极化、单本振高频头仅增加了极化、本振切换单元。它们的信号处理流程(信号链路)基本相同。当然，双极化双本振 C波段单输出工程用高频头在极化信号处理与常见高频头有所不同，它采用两个本振频率5150MHz和5750MHz，对水平和垂直极化信号分别进行处理，在3.74.2GHz范围内的两个极化的信号就被分别变为9501450MHz和15502050MHz内互不重叠的中频频率，其输出中频在两段频带内同时输出两个极化信号，可同时接收到两个极化的卫星信号。其基本原理还是与前述高频头一样。 对于双输出或多输出高频头，我们可以理解为两个单极化(或双极化)高频头组合为一体，其输出可分别对应一种极化信号输出，或者是两个双极化头的各自输出，只是它们的电源和本振单元共用。 常见的高频头故障多为雷击和水汽进入侵蚀造成。雷击损坏的部位多见三端稳压器和极化切换两部分，高放、本振级故障极少，所以应首先检查电源和极化切换单元；水汽侵蚀损坏的部位多见极化振子(极化探针)、高放、本振、PCB微带等部分，所以应重点检查这些部位有无锈蚀现象，如有，清除锈蚀氧化物，用酒精清洗后烘干，大多数水汽侵蚀高频头都可恢复正常。掌握这些小技巧，可以事半功倍，少走弯路。 在修理过程中，如无必要，最好不要旋动本振频率微调螺丝。虽然可以用上述简单的方法调校高频头本振振荡频率，但在业余条件下是不可能精确校准本振频率的。由于在维修过程中，需要拆装本振谐振腔，即使未动过本振频率微调螺丝，本振频率可能会有一定的偏移，所以如有条件，可接上有盲扫功能的接收机(如同洲CDVB3188C)扫描节目，下载后调出机内节目参数，对照官方发布的卫星节目下行频率参数推算出维修后高频头