卫星电视天线基础知识入门概要

卫星电视天线基础知识入门大纲卫星电视天线基础知识入门大纲卫星电视天线基础知识入门大纲卫星电视系统介绍第一章卫星电视广播系统第一节地球同步卫星地球同步卫星绕地球的时间和地球自转一周的时间相等。从地球上看，卫星的地址在空中固定不动，地面接收站的天线对准卫星此后就可以牢固的进行接收。同步卫星必定处于离地面高度为35786KM的赤道上空的圆形轨道上（图（1）为同步卫星轨道表示图）。同步卫星在轨道上的地址按以下方法表述：把同步卫星和地心的连线与地面订交的点A称为星下点（星下点都在赤道上），用星下点所处的地理经度来表示同步卫星所在的轨道地址。比方：“亚洲一号”卫星轨道地址为东经105.5°，平时记作105.5°E。图（1）同步卫星轨道表示图第二节卫星电视广播系统的组成卫星电视广播系统主要由上行地球站，广播卫星，卫星接收站及卫星测控站四大多数组成，如图（2）：图（2）同步电视广播系统组成第三节卫星电视广播的频段划分为了一以致用有限的频率资源，1979年国际电信缔盟对卫星电视广播的频段进行分配，共分为六个频段。卫星电视广播已经使用的有L、S和KU三个较低频段，Ka、Q和V三个较高频段在技术上还没有成熟，目前未使用。作为卫星电视广播的过渡阶段，目前我国和大多数亚洲国家使用C频段进行卫星电视广播。KU频段是目前卫星电视广播的优选频段，随着高频技术的成熟，应用KU频段实现卫星电视广播的系统越来越多。第四节卫星电视接收系统的基本组成卫星电视接收系统平时由抛物面接收天线、高频头和卫星接收机三大多数组成。接收天线和高频头安装在室外，卫星接收机放置在室内为电视接收机供应接收信号。高频头与卫星接收机经过电缆线相连接。卫星电视接收系统的基本组成如图（3）：图（3）卫星电视接收系统的基本组成卫星电视接收系统的基本工作原理以下：由抛物面接收天线收集从卫星下行的电磁波信号，并聚焦于馈源上。高频头将馈源送来的卫星微波信号进行低噪声高频放大，经下变频为第一中频信号（950～1750MHZ）。尔后由同轴电缆送至室内的卫星电视接收机。接收机选出所需要接收的某一电视调频载波进行第二次变频获取第二中频信号，该信号经过放大、限幅、解调出全电视复合基带信号。最后经视频办理和伴音解调电路输出图像和伴音信号供收看。第二章卫星电视接收天线第一节卫星接收天线的种类抛物面天线由馈源和反射面组成，依照反射面与馈源的相对地址不同样，可将抛物面天线分为前馈式、后馈式、偏馈式、多波束天线四类。一、前馈式抛物面天线图（4）前馈式抛物面天线结构表示图（a）和实物图（b）平行于抛物面端口的平行波入射到抛物面，经抛物面反射后，聚焦到位于抛物面焦点上的馈源，馈源再将电磁波辐射能量变换成高频电流，传输到后续单元。二、后馈式抛物面天线（卡塞格伦天线）图（5）后馈式抛物面天线结构表示图（a）和实物图（b）主反射面、副反射面和馈源三者共轴。卫星下行电磁波第一被主反射面反射到副反射双曲面上，尔后再被双曲面二次反射，并聚焦在位于焦点F2的馈源上，同相叠加。三、偏馈式抛物面天线图（6）偏馈式抛物面天线结构表示图（a）和实物图（b）偏馈式抛物面天线是在抛物面上非极点处截取一块曲面作为天线的反射面，馈源的相位中心依旧位于原抛物面的焦点上，且馈源的最大接收指向偏馈反射面的中心。四、多波束天线多波束天线的焦点不在一点上，因此天线效率不如单波束天线好；同时多波束天线的制造、安装和调试需要有精度和复杂的技术。第二节馈源一、馈源的基本组成馈源由馈源喇叭、极化变换器、阻抗变换和过渡部分组成。馈源喇叭是馈源的接收或辐射部分，一般是圆口径并带有涟漪槽。极化变换器的作用是将线性极化波变换为圆极化波，或将圆极化波变换为线性极化波，以实现极化般配。矩圆过渡波导段一般采用几个阶梯过渡的变换器，来减小不连续性，来减小驻波，把圆波导的特点阻抗变换为矩形波导的特点阻抗，实现阻抗般配。第三节极化与极化调整一、极化波1、极化的看法极化平时是指在与电波流传方向垂直的平面内，电磁波瞬时电场矢量的方向，因此电场矢量的方向即为电磁波的极化方向。2、线极化波电场矢量投影在与流传方向垂直的平面上的轨迹为直线，称为线极化。平时把线极化分为水平极化和垂直极化。水平极化（H）：水平极化是指卫星向地面发射信号时，其无线电波的振动方向是水平方向。垂直极化（V）：垂直极化是指卫星向地面发射信号时，其无线电波的振动方向是垂直方向。图（7）线极化波表示图3、圆极化波若是电场矢量端点投影在与流传方向垂直的平面上随时间变化的轨迹是一个圆，就称为圆极化波。圆极化波常用左、右旋来描绘它的旋向。若是电场矢量描绘出的轨迹，沿电磁波流传的方向看过去，组成一个顺时针旋转的圆，则称为右旋圆极化波（简称右旋极化波）。显然右旋圆极化波满足右手定则。若是电场矢量描绘出的轨迹，沿电磁波流传的方向看过去，组成一个逆时针旋转的圆，则称为左旋圆极化波（简称左旋极化波）。显然左旋圆极化波满足左手定则。图（8）圆极化波表示图4、极化波的分解与合成两个等幅的线极化波能够合成为一个圆极化波，其条件是流传方向一致，且两者在空间正交，两线性极化波之间有90°相差。同理，一个圆极化波能够分解为两个等幅正交的线极化波。一个线极化波能够分解为两个旋转方向相反的圆极化波。同理，两个旋转方向相反的圆极化波能够合成为一个线极化波。二、天线的极化和频率复用技术1、天线极化对于任何可逆天线系统，辐射和接收时的极化同样，因此某种特定的天线只能接收同样极化状态的电磁波，即接收天线必定有与发射天线同样极化且旋向同样的特点，以实现极化般配，才能接收全部能量。若部分般配，如用线极化天线接收圆极化波，或用圆极化天线接收线极化波，信号要衰减3dB。这是由于只能接收到分解成的两个正交重量中的一个重量。不论是线极化还是圆极化天线都不能够接收它们自己的正交重量。即水平极化天线接收不到垂直极化波，反之亦然；右旋圆极化天线接收不到左旋圆极化波，反之亦然。接收天线和发射天线极化般配情况与接收功率的关系见下表：2、频率复用技术频率复用技术的依照是：右旋圆极化天线只能发射或接收右旋圆极化波，左旋圆极化天线只能发射或接收左旋圆极化波，不同样的极化旋向不能够互相接收。这样不但能够降低卫星广播电视系统之间的互相搅乱，而且能够有效利用频率资源和卫星轨道。利用卫星转发器发射天线的馈源系统，能够使发射天线只发射出左旋或右旋的圆极化波，就可以实现频率复用。即：两个不同样的节目信号，诚然使用共同的频道，却使用不同样的极化方式，它们被各自同样极化形式的接收天线所接收，因此一副天线能够传达两套节目。3、圆极化波的优点卫星电视广播系统采用圆极化的形式，除了拥有频率复用技术的优点外，另一个优点就是它合适卫星转动的情况。由于卫星的自转是圆运动，对圆极化来说是不会改变极化方向的，而对于线极化天线就会有所影响，降低接收图像的质量。其他，圆极化波在穿过雨雾层和电离层时，引入的耗费小。三、极化变换器的结构和原理1、极化变换器的结构由于圆极化波是由两个正交、等幅、相位相差90的两个线极化波合成的，极化变换器的作用就在于用移相器使其中的一个线极化波改变相位。只需将圆极化波中超前（或滞后）90°的线极化波移相，使滞后（或超前）90°，那么两个线极化波将变成同相，合成后成为一个线极化波。因此，极化变换器的实质就是：除掉或增加90°的相位差，因此也称为移相器。一般前馈天线馈源多采用45°介质片移相器，后馈天线多采用螺钉移相器。2、移相器的工作原理在圆波导内与矩形波导宽边成45°角的方向上装上一个介质片（或一排螺钉），利用电磁波在空气和介质（或螺钉）中流传的速度差，选择合适的介质片长度（或螺钉排的长度和插入深度）使相位恰好延缓90°，即可获取为矩形波导中传输所需要的，与宽边垂直的线极化波。从而实现从圆极化波至线极化波或线极化波至圆极化波的极化变换。四、极化变换器的调整对于前、后馈天线接收各种极化波，极化器和波导宽边的地址（从高频头的矩形波导口向着馈源的方向看过去）如图（9）所示：图（9）极化波与移相器的关系圆形波导由于旋转对称，对电磁波的极化形式没有选择，而矩形波导只赞同与其宽边垂直的电场经过，因此波导的宽边必定与电磁波的极化方向垂直。由于卫星下行的电磁波被接收天线的反射面反射后，电磁波的极化方向将发生改变，因此右旋圆极化入射波经一次反射后成为左旋圆极化反射波。因此，当接收右旋圆极化波时，前馈馈源的移相器应放置在接收左旋圆极化波的地址，即135°～315°的地址。而在后馈馈源中，因经过主、副反射面两次反射，因此右旋圆极化波仍为右旋圆极化波，因此移相器应放置在接收右旋圆极化波的地址，即45°～225°的地址。对于接收左旋圆极化波，可依照上述原理将移相器放置在相应地址。对于接收水平或垂直线极化波，不论是前馈天线还是后馈天线，只需将矩形波导的宽边与电磁波的极化方向垂直即可。即接收垂直线极化波时，矩形波导的宽边与地面平行；接收水平线极化波时，矩形波导的宽边与地面垂直。第四节卫星接收站的方向角和仰角处于地球表面不同样地理地址的卫星接收站接收卫星信号时，抛物面天线指向卫星的方向不同样。为了表示卫星天线的指向，我们在水平和垂直两个互相垂直的平面内分别引入方向角和仰角的看法。方向角，指位于地球表面的卫星接收站到卫星的连线在地平面的投影，与接收站向正南方画的射线之间的夹角，平时用φ表示。处于北半球的接收站，卫星方向偏西时取正当，偏东时取负值。如图（10），接收站位于北半球，从接收站往卫星A和B方向看去，接收站c到卫星A和B的连线在地球上的投影分别为直线ca和cb，则ca和cb与正南方向的夹角1和2即为卫星A和B有对于接收站c的方向角。图（10）卫星天线方向角表示图（从接收站往卫星看）仰角，指接收站和卫星的连线与地平面之间的夹角，平时用θ表示，取值范围为0～90°。接收同一颗卫星信号时，位于不同样地理地址的接收站的天线仰角一般不同样（图（11））。图（11）卫星天线仰角表示图极化角：目前我们所能收视的卫星信号大多采用线极化方式传达，能够在同一个转发器中传达两个互相垂直且互不影响的两个信号，平时这两个方向为水平（H）和垂直（V）两个方向，由于接收者所在地址与卫星所在地经度差及地球曲率的影响，卫星发出的水平或垂直极化波到达接收地后极化方向会发生变化，所变化的角度即是所谓的极化角。因此在接收不同样的卫星时，要转动高频头，使天线馈源波导口有对于地面形成必然的倾角，即改变极化角以获取最正确的信号。广播卫星的水平极化波是和同步轨道在卫星定点处的切线方向平行的，而垂直极化波是和切线垂直的。以水平极化波为例，图（12）中，与卫星定点经度同样的地面站A,接收到的水平极化波没有变化。而不同样经度的站B，接收到的水平极化波产生了歪曲失真，请注妄图中卫星到B点的水平波束小线段的两端方向。离定点经度越远，歪曲失真越严重。为了般配这个失真，站B的高频头必定作相应的极化补偿，即转一个角度P去般配。而在赤道上的站C，就是特其他极端情况，在那处接收水平信号时，高频头却要转90°，完好变成“垂直”了。图（12）极化角表示图（从卫星往地球看）第三章高频头与功率分配器第一节高频头的作用和组成高频头是低噪声高频放大器和下变频器的合称，英文缩写为LNB。高频头与接收天线上的馈源安装在一起，属于卫星接收系统的室外单元。高频头按结构形状划分，可分为单极化分体式和双极性馈源一体化(LNBF)两种，其中双极性馈源一体化高频头种类很多，按本振方式可分为单本振和双本振两种，按输出接口可分为单输出、双输出、多输出等。一、高频头的作用1、放大信号由于卫星接收天线馈源收集到的电磁波信号经过远距离传输已特别稍微，必定先进行放大。高频头采用多级场效应管放大器，拥有较低的噪声系数和较高的增益，从而有利于提高接收系统的信噪比。另一方面，高频头还将混频器输出的第一中频信号放大，尔后经过电缆线传达给室内单元。2、下变频对于卫星地面接收系统，卫星接收信号要经过两次降频办理，而高频头推行的是第一次降频，因此将高频头输出的信号称为第一中频信号。二、高频头的组成三、高频头本振频率的选择高频头的作用是降频放大，把高频率的卫星信号降低到950MHz-1450MHz并过滤掉噪声放大真实信号。一般可分为C波段LNB(3.7GHz-4.2GHz)和Ku波段LNB(10.7GHz-12.75GHz)。卫星下行频率经高频头降频后，其频率必定处在接收机的工作频率范围之内，否则接收机将无法工作，也就无法收到节目。目前市道上的卫星数字接收机的工作频率多为950-2150Mhz（有些机型是950-2050Mhz），因此接收到的卫星信号经高频头降频后的频率必定要在这个范围内。那么，如何选择拥有合适本振频率的高频头才能使降频后的信号频率处在这个范围呢？对于KU波段来说是用下行频率减去高频头的本振频率，两者之差就是降频后的频率。比方，用本振频率为11300的高频头接收76.5度星的下行频率12730一组信号，其降频后的输出频率为12730-11300=1430，落在了接收机工作频率950-2150的区间内，因此能够接收到本节目。但用来接收下行频率是11132的节目就不能够了，由于11132-11300=-168，超出了接收机的工作范围。而C波段与KU波段的算法正好相反，是用高频头本振频率减去下行频率。如用5150本振的高频头接收中星6B的3640一组，其降频后的输出频率为5150-3640=1510，此数值在接收机的工作范围之内能够接收。据此，接收卫星信号时便能够依照下行频率、高频头本振频率、接收机频率三者之间的关系来选择合适本振频率的高频头了。更直观的能够依照下表来选合适的高频头：KU波段：11300本振可收下行频率为12250——12750的节目。10750本振可收下行频率为11700——12750的节目。10600本振可收下行频率为11550——12750的节目。9750本振可收下行频率为10700——11900的节目。波段：5750（5150）本振可收下行频率为3600——4200的节目第二节功率分配器为了使一副接收天线和高频头供多台卫星电视接收机同时互不搅乱的接收同一颗卫星的节目，需要使用一种称为功率分配器的微波器件来实现。功率分配器简称功分器。一、功率分配器的作用功率分配器的作用：将高频头输出的卫星电视信号分成相等的多路信号输出，用来实现一副接收天线和高频头能同时接多台卫星电视接收机。每台卫星电视接收机调谐于不同样的接收频道，以便接收不同样频道的电视节目或供多个用户分别使用。平时有二、四、六、八等输出路数的功分器，称为二功分器、四功分器、六功分器等。功分器分有源功分器和无源功分器。一般在功率分配路数多，传输线经过长时使用有源功分器。二、功分器、分配器、分支器和多路开关功分器、分配器、分支器和多路开关的差异和使用：功分器的功能是将一路输入的卫星中频信号均等的分成几路输出，平时有二功分、四功分、六功分等等。功分器的工作频率是950MHz一2150MHz。分配器是有线电视传输系统中分配网络里最常用的器件，它的功能是将一路输入有线电视信号均等的分成几路输出，平时有二分配，四分配，六分配等。工作的频率范围5MHz一870MHz，甚至更宽。分配器在使用中还可分为电流经过型、双向经过型；户外型、户内型等等。分支器的功能是从所传输的有线电视信号中取出一部分馈送给支线或用户终端。其他大多数信号则仍按原方向连续传输。分支器有2、3、4分的，分别有‘IN和’‘OUT’各一个口和2、3、4个分支口‘BR口’；分支器还有一个指标：有6、8、10、12、16、18、20DB‘分贝’的说法，意思是每个BR分支口被衰减的分贝数，分贝数越大BR口输出的信号越小。其他性能和分配器大体是同样的。以上三个器件的用途和性能是完好不同样的。多路切换开关（多路开关）：两路或多路输入，平时有二、三、四、六、八路均等输出。第三节多路切换开关的工作原理一、二进四出多路开关二进四出多路开关原理表示图如图（13）。两路输入信号接卫星天线，分别为右旋极化和左旋极化信号；四路输出信号接四台接收机，每台接收机能够自由切换接通信号1或2，以收看右旋或左旋节目。切换过程经过接收机送出不同样的电压值到多路开关来实现。比方：当接收机1收看中星9号卫星的1频道时，接收机会输出13V电压到多路开关，此时多路开关将信号1与接收机1导通，即收看的是右旋节目；当接收机1收看中星9号卫星的25频道时，接收机遇输出18V电压到多路开关，此时多路开关将信号2与接收机1导通，即收看的是左旋节目。其他接收机同样经过近似方式选择接收左右旋节目。图（13）二进四出多路开关原理表示图二、四进四出多路开关对于双本振双输出的高频头，拥有高低两个本振频率，依照本振频率和极化方式不同样，能够有ABCD四种组合，代表四种输出信号，见下表：比方四进四出多路开关。对于四进四出的多路开关，此时同时使用电压（13V/18V）和脉冲信号（频率为22KHz）来触发切换四路信号。比方：当无22KHz脉冲信号且接收机1输出电压为13V时，多路开关将信号1与接收机1导通；当有22KHz脉冲信号且接收机2输出电压为18V时，多路开关将信号4与接收机2导通。其他接收机选择信号方式与此近似。图（14）四进四出多路开关原理表示图佳讯二进多出卫星信号多路切换开关使用说明：二进系列多路开关可同时接入两路卫星信号，其中一路为H（水平极化信号）一路为V（垂直极化信号），同时分为二、三、四、六、八个输出端供用户使用。每个用户都能够任意选择两个输入端口的任一个卫星信号而不受互相搅乱。二进系列产品中其二进六出和二进八出多路切换开关可另配电源适配器，也能够直接由接收机供电，若是接收机电压太低或功率不足时，可外接电源供电使高频头工作电压更牢固，当使用外接电源时把电源适配器插头插入220V市电，输出DC插头插入切换开关的DC插孔，拨动开关到OPS指示的一边。若使用接收机供电，只须把拨动开关拨到IPS指示的一边即可。图（15）佳讯二进三出多路开关第四章数字卫星电视广播系统数字电视，是指对视频信号和伴音信号都进行数字编码，并以数字方式进行传输和接收的电视。第一节数字卫星广播标准数字卫星广播应用很多的制式主要有两种，即欧洲的DVB-S标准和美国GI企业开发的Digicipher标准，两种方式互不兼容。因此，在确定要接收的电视节目之后，选购综合接收解码器（IRD）时，必定注意选购与节目所使用的标准一致的接收机。为适应新的要求，欧洲电信标准协会ETSI推出了第二代数字电视卫星流传标准DVB-S2(DigitalVideoBroadcast-Satellite2)。国内各上星频道宽泛采用了DVB-S技术。ABS-S（AdvancedBroadcastingSystem-Satellite）标准是我国第一个拥有完好自主知识产权的卫星信号传输标准，在性能上与代表卫星通信领域最新技术发展水平的DVB-S2相当，部分性能指标更优，而复杂度远低于DVB-S2，更适应我国卫星直播系统睁开和相关企业产业化发展的需要。ABS-S标准拥有完好自主创新、适用可行、先进安全等优势与特点。在安全性上用，ABS-S标准采用专用技术系统，不兼容目前国内外任何一种卫星信号传输技术系统，机顶盒无法接收其他制式的广播电视节目。2008.06.09在西昌发射的“中星9号”卫星即使用此标准。第二节数字卫星电视接收机的设置与调试数字卫星电视接收机需要设置的参数主要有：卫星转发器的下行频率、符号率、极化方式，以及高频头的本振频率。以“同洲”卫星接完工程机为例，详尽操作步骤以下：正确调整好卫星天线的方向角、仰角、极化角，并连接好全部设备。打开卫星接收机电源，按“菜单”键选择“设置转发器”，再按“确认”键。在“设置转发器”菜单中选择“增加转发器”后按“确认”键。正确输入节目的“下行频率”及“符号率”的参数。在“极化方式”选项中，如该节目是“水平极化”就选择“水平极化”，是“垂直极化”就选择“垂直极化”（“H”代表水平极化、“V”代表垂直极化）。正确输入达成后，在“增加转发器”菜单中选择“找寻”，并按左、右键选择“是”，此时找寻开始，等待提示为“找寻达成”后，按“菜单”键退出。预找寻新的节目，则按步骤(3)—(6)重复操作即可，需要改变的可是“下行频率”、