电视机原理2教材

第2章电视信号的接收2.1电视信号的开路接收2.2卫星电视接收2.3

CATV系统中的微波电视接收

2.1电视信号的开路接收

2.1.1开路接收天线的基本原理

1.天线的工作原理

天线本身就是一个振荡器,但它又与普通的LC振荡回路不同,是普通LC振荡回路的变形,图2－1画出了它们的演变过程。图中LC是发射机的振荡回路，此时电场集中在电容的两个极板中，而磁场则分布在电感线圈周围的有限空间里。显然在这种情况下，要想向广大空间辐射电磁波是不可能的。如果将振荡回路展开，使电磁场分布于空间很大的范围，就创造了辐射的条件。在发射台中，已调制(调辐、调频、调相等)的高频信号电流由传输线从发射机输送到天线上，该天线便把高频信号电流能量转变为相应的电磁波能量,并向空间辐射,其辐射传播过程如图2－2所示。图2－1闭路振荡回路及天线开路发射图2－2电磁波的辐射与传播电磁波的能量从发射天线辐射出去以后,将沿地表面所有方向往前传播。若在离发射天线的某一点置放一导线,由于磁力线切割了导线,就在导线两端激起了一定的交变电压——电动势,其频率与发射的振荡频率相同。若将该导线通过传输线与接收机相连接,在接收机中就可以获得高频已调信号的电流。因此这个导线就起了接收电磁波能量并转变为高频信号电流能量的作用,所以称此导线为接收天线。无论是发射天线或是接收天线,它们都属于能量变换器。“可逆性”是一般能量变换器的特性,例如一部电机既可作为电动机使用,也可作为发电机使用。电动机把电能转换为机械能,而发电机则是将机械能转换为电能。同样,一部天线,它既可作为发射天线使用,也可作为接收天线使用。电机和天线同是可逆的能量变换器。

天线的可逆性不仅表现在发射天线可以用作接收天线,或接收天线可以用作发射天线,并且表现在天线用作发射天线时的参数与作接收时的参数保持不变,这就是天线互易原理。

2.天线的主要参数

1)输入阻抗

发射天线的基本任务,就是要尽可能地降低高频电能由发射机传送到天线上时的损失和降低能量转变中的损失。为保证高频电能的传输效率,就必须知道天线输入阻抗,以选择适当的馈电设备与正确地选择发射机输出回路的元件,使之获得最好的匹配。对于接收天线来说,也存在匹配问题。

天线馈电点高频电压UA与高频电流IA的比值,称为天线输入阻抗Rin,即或(2-1)式中：R为输入阻抗的有功分量,即电阻部分；X为输入阻抗的无功分量,即电抗部分。

2)天线效率

天线效率为有用功率(即辐射功率PΣ)与消耗在天线上的总功率(辐射功率PΣ和天线内所损耗的功率Pn之和)之比,即(2－2)式中：RΣ为天线有用电阻(即辐射等效电阻)；Rn为天线无用电阻(即损耗等效电阻)。

3)方向图

天线的方向图用以说明天线辐射能量在空间的分布。

在指定平面上以天线振子的中心为原点,绘出许多射径方向的向量,取其长度正比于各射径方向上等距离各点处的场强,将所有向量的末端连接成一条曲线,该曲线就是天线在这指定平面上的方向图。通常以场强的最大值为1,其他各方向按最大的值的百分数来标注。当用等距离点上的平均功率密度来描绘时,由于功率密度正比于场强值的平方,因此天线方向图将比用场强绘制的图形稍微窄一些。

对于接收天线而言,方向图表征它所感应的电动势与接收方向的对应关系。

图2－3所示为对称振子天线的水平方向图。图2－3天线方向图

4)方向系数

尽管方向图具有方便醒目的特点,但即使和有效高度结合起来,也不足以全面评定天线的方向特性。精确地评价天线的方向特性需用数量来表示。这个数量称为方向系数。

保持电场强度不变,将定向天线变为非定向天线时发射功率需要增加的倍数,称为天线的方向系数D。

若以分贝表示方向系数D,则可用下式换算：D(dB)=10lgD

(2－3)

5)增益系数

增益系数(G)等于天线效率(ηA)与其方向系数(D)的乘积，即G=D·ηA

(2－4)天线增益比天线方向系数更全面地反映了天线的性质,天线的增益考虑了方向性引起的场强变化，还考虑了天线效率对场强的影响。若以分贝表示时,G(dB)=10lgG

(2－5)通常，天线增益分为功率增益和电压增益,在数值上,功率增益等于电压增益的平方。

6)频率特性

实际的天线并不是只工作在一个频率上,而是工作在某一频带内。为使整个天线系统对高频信号各频谱间的能量分配不引起显著的畸变,因此对天线的通频带有一定的要求。

取天线的最大输出功率为100%,在其两侧各小于3dB的频率范围被定义为天线的通频带B,它可表示为(2－6)式中LA，CA分别为天线电感和天线电容。另外,为使发射天线不产生过压危险,应有最大电压(或天线导体表面上的最大电场强度)这一指标。UA=Eef·Lef(2－7)对于接收天线,我们感兴趣的是在空间电场强度Eef的作用下,接收天线所感应的电动势UA,在接收天线中天线有效面积是另一个重要参数。设在接收点有一平面垂直于电磁波的传播方向,该平面将电磁波能量全部吸收,并转变为等于接收天线的输出功率,此平面的大小称为接收天线的有效面积Aef。在数值上可用下式计算:(2－8)接收天线的最大吸收功率Popt与天线的有效面积密切相关，即(2－9)

3.对电视接收天线的要求

对电视接收天线的要求应当考虑下列因素:接收电视信号的频率范围、极化状态，接收点离电视发射天线的距离或所在的接收点处的场强，接收点的电磁环境、生态环境和气候状况，以及安全保护等。

通常人们衡量一个商品的好坏是用“物美价廉”来表达。对天线而言，不仅要求外观美,并要求电气性能好和结构性能好,同时还要求使用方便,易维护,并且希望价格便宜。

在使用中还要求寿命长,有防雷之类的安全保护。

电视接收天线有室内、室外和半室外等使用状态,对其要求是不同的。

对室外使用的电视接收天线的要求可归纳为下列几个方面:

1）接收天线要有足够的增益

如果电视接收点离电视台较近,那么就要求电视接收天线的增益并不高,通常只有几个分贝(dB)。但是,如果接收点离电视台较远，那么就要求电视接收天线的增益应达到10dB左右。

此外,还要求在使用频带内,天线增益无明显跌落。对卫星直播电视接收天线增益的要求比较高,这与卫星发射功率及所在接收点位置有关,增益高达30dB多。

如果接收天线增益不够,电视机接收的图像质量就差,可能会出现对比度不够,彩色画面不能上色,有“雨点”和“雪花”式干扰,图像扭曲和不稳定,伴音音质差,甚至会收不到图像。

2）频带要宽

通常要求共用天线的带宽不小于8MHz;要求卫星直播电视接收天线的带宽是工作频率的10%。对接收电视台的家用接收天线则要求全频道工作,即48.5～958MHz的频率范围。如果天线的频率特性不好,则会导致水平清晰度下降,甚至会导致彩色副载波受到抑制,使电视机屏幕无法重现画面。

3）方向性要好或接收方向可变

在市区接收电视信号时,由于电视信号较强,不希望接收天线增益过高;又由于电视台数目多,各个频道的发射点位于接收点的不同方位,因此希望在水平面内接收天线的方向性不要过强,尽可能捕捉各个频道的电视信号,在俯仰面内希望方向性要强。此外,市区楼房高而多,形成干扰的电气设备也多,电磁环境复杂,为了避开干扰又往往要求接收天线有较强的方向性。

4）极化状态要与发射天线一致

所谓电磁波的极化方向就是指电磁波的电场分量的指向。电磁波的极化状态通常有3种:线极化(见图2－4)、圆极化和椭圆极化(见图2－5)。

这3种状态是指电场矢量(即幅度和相位)的端点随时间变化的轨迹有3种图形。在视距范围内接收电视信号时,要求接收天线的极化方向与发射天线的极化方向一致。例如,发射天线为水平线极化,即图2－4(a)中电场方向平行地面,接收天线也为水平线极化,此时接收的信号最强；如果接收天线为垂直线极化,即图2－4(b)中的电场方向垂直地面,此时接收的信号最弱。两者信号电平可相差30dB以上。应当指出的是,在视距以远接收电磁波时,由于电磁波经电离层传输而受影响,使其极化方向产生变化。例如,发射水平极化波,经电离层传输后被反射,使接收处的电波可能有两种极化分量,既有水平极化分量,又有垂直极化分量。另外,在卫星直播电视接收中,由于卫星上的发射天线采用圆极化,以提高抗干扰能力,因此电视接收天线也应为圆极化,如果用线极化接收时,信号能量将被衰减一半。不难看出,电视接收天线只对与自身极化方向一致的极化波敏感,对与其本身极化方向垂直的电磁波不敏感。图2－4线极化示意图图2－5圆极化波及传播方向

5）强度要高,刚性要好

室外天线均应能承受一定风载。例如,接收电视台的八木天线,其风载承受能力为(30～200)N左右,对VHF频段,因振子长,天线承受风载大；对UHF频段,天线承受风载就小；对卫星电视接收天线,由于体积大,风载也大,更要考虑强度和刚性指标。在沿海地区使用时,还要考虑能承受台风和暴雨的袭击。

6）“三防”(防水、防霉菌、防盐雾腐蚀)性能要好

水、霉菌和盐雾会导致天线工作表面损坏,使天线与馈线之间接触不良。

7）尺寸应尽可能小,质量要轻,制作要简单,安装维护要容易,外表要美观在满足天线增益和方向性要求的前提下,总希望天线尺寸尽可能小,特别是卫星直播电视接收天线,这个方面的要求更为突出。

8）要有防雷和避雷等安全保护措施

这是架高室外天线必须采取的措施，否则会导致机毁人亡。

室内接收天线与室外天线的要求是不同的。对其要求可归纳如下:

(1)天线尺寸小、质量轻或尺寸及接收方向可调整;

(2)天线的频带要宽,能兼容接收VHF/UHF两个频段;

(3)造型美观或兼作室内装饰品；

(4)天线放置应避开房内过道,尽可能远离电灯线、暖气管道和铁窗等；

(5)室内天线大都在电视台附近使用,对天线增益要求较低,通常为3dB左右,方向性也较弱。应当指出,如果电视机用户安装的室内天线正好朝着几个电视台的方向，前方又无高大建筑物遮挡,那么室内天线增高时其接收效果就比较理想。如果电视机用户安装的接收天线的前方被自身房屋或其他建筑物遮挡时,即使天线增益较高,其接收效果也不一定好。这时需要将接收天线架设在无遮挡处。2.1.2各种常用天线及其形式

自1888年以来,由赫兹首创的偶极子天线,已发展成许多类型的金属线天线及其天线阵列。此外,还有一些天线,例如,缝隙天线、螺旋天线,平面或锥形螺旋天线、对数周期天线等,它们的基本原理都是相似的。

同样,由赫兹首创的抛物面天线也已发展成许多种金属反射面天线及其阵列。

这许许多多种天线,从形状到尺寸,从结构到机理各不相同。人们为了区分起见,人为地按功能、频段、方向性(或增益高低)、使用场所、天线形状、尺寸大小、制作的材料和结构、发明者的名字、工作机理等一系列因素来划分天线类型。通常,电视接收天线可以按下列情况来分类:（1）由线状或管状导体制成的天线;

（2）由板状导体制成的天线;

（3）由电介质材料制成的天线;

（4）由线状、板状导体和介质材料组合而成的天线;

（5）上述各类天线组成的阵列。

偶极子(又称振子)天线和圆环天线都是常见的室内电视接收天线。因偶极子的长度不同,又可分为半波偶极子、电小偶极子(即偶极子长度远小于波长)、全波偶极子。因偶极子的形状不同,可分为X形偶极子、V形极子、曲线偶极子等。由于其长度可变，偶极子天线被取名为拉杆天线。环天线也是由线状和管状导体构成的,它由振子弯曲而成。由于弯曲的形式和激励状况不同,它可分为:折合振子、异形三折合振子、W形振子、U形振子、S形振子、H形振子、菱形振子、矩形振子和圆形振子。在分析这类天线时,也常将环天线分成很多小的直线单元,每个单元看成一个电小偶极子天线,然后综合这些单元,求出总的特性。

螺旋天线可以看成是由偶极子天线或环天线演变而成的。因为螺旋拉直以后即变成线状,可看成偶极子天线。对于波长很长的天线,为了缩小体积,人们曾试图将导线制成的天线缠绕在一个物体上,这种天线实际上可以看成螺旋天线。由于螺旋的绕制状态不同,它可以分为单头螺旋和多头螺旋；由于螺旋的空间状态不同，又可分为均匀轴向型螺旋、平顶螺旋、锥形螺旋等。为什么天线要做成这许许多多的形式?它们的演变和内在联系都是近百年的事情。应当说,演变的目的是为了改善天线性能,适合它的用途。天线形状和结构形式往往是改进天线性能(例如,天线输入阻抗、天线效率、频带宽度、方向图、小型化、共型等)的主导方面,是变化最多的方面。制作天线材料的改变往往导致机理的改变。由于材料的改变会使天线的某一参数或几个参数有很大改变,通常在区分天线形式时只按导体、介质、磁性材料来分类,不提及材料的化学成分；如果按化学结构区分天线,这就会出现更多的种类。天线形式的另一演变就是已有天线的组合,通常是为了改进某些参数。例如,室内环形天线、组合环天线、蝶形天线等都是偶极子天线和环天线的组合,前者接收低频段,长度可调,后者接收高频段。而八木天线也是偶极子天线与环天线的组合,折合振子是用来改善匹配的。

多个振子的组合是为了改善方向性和提高增益。

由板状导体组成的天线。它包含反射面型、导向型和缝隙型。前者可看成辐射体为线形的天线，使用频率低；后者可看成辐射体为口径形的天线，使用频率高，主要用在卫星电视接收方面。目前反射面天线已有许多种。就反射面个数来区分，它有单反射面(即前馈抛物面天线)、双反射面(卡塞格伦型和格里戈里型)和多射面；就反射面的工作型面来区分，它有抛物面、球面和任意曲线面(即赋形)。

导向型天线也是由金属板制成的。它是一种波导结构，让电磁波在其内部传播。这类天线大都作为电视接收天线的激励源，例如，喇叭天线、同轴馈源等。喇叭内壁又可分为光壁和波纹壁，喇叭的辐射口径形状又可分为：矩形、圆形、方形同轴形和赋形。喇叭内壁形状又可分为直线形和赋形。缝隙型天线已被广泛用作卫星电视的接收天线,其常见的形式主要为微带天线。微带天线是20世纪70年代和80年代发展最快、品种最多的天线形式之一。按微带天线片形状可分为：矩形、圆形、圆环形、椭圆形、窄条锯齿形、对数周期形、圆锥形、螺旋形等。按微带天线片形式又可分为单层和多层结构。按微带天线基片材料又可分为介质和铁淦氧材料等。

最常见的是八木天线阵,例如,一副电视接收天线上有VHF和UHF两个频段的八木天线的“积木式”组合；远距离电视接收天线是由八木天线组成的行阵和列阵；共用天线是由几个单频道八木天线组合在一个支撑体上,来实现多个频道,多方向电视接收。2.1.3几种常用天线性能分析与计算

1.基本半波振子天线

半波振子天线结构简单,在电视接收中得到了广泛的应用。

为了获得最大的天线电流,可以利用电的谐振特性,使天线的固有振荡频率与高频信号源的频率相同。由谐振原理可知,在谐振时,天线呈现出纯电阻性,因此,这种天线被称为谐振天线。图2－6基本半波振子天线

1）输入阻抗

半波振子天线是谐振天线,因而输入阻抗与振子长度和工作波长λ的比值密切相关附表3是上述各类天线组成的阵列。在不考虑地面影响时,振子每臂长度L′与波长λ的比值在0～0.35或0.65～0.85范围内时,输入阻抗可用一近似公式计算：

(2－10)分析表明,当L′为λ/2的整数倍数时,Rin有极大值,且仅有实数部分。(2－11)(2－12)图2－7采用中心馈电时输入阻抗的变化曲线（1）振子直径增大,输入阻抗的电抗成分减小,且曲线变化平坦，所以在实用上总用粗的金属管制作天线振子。为保证在整个频带内输入电抗没有明显的变化，电视接收天线的

振子一般用10～20mm粗的金属管制作。

（2）电抗为零的振子长度总是略小于λ/4的整数倍,即振子的谐振长度总是比λ/4整数倍略短。这是由振子的末端效应引起的,即振子在接近末端时,电感减少，电容增大,致使末端电流加大,振子显得增长了。振子直径愈粗,末端效应愈明显。振子缩短的长度ΔL可由下式计算:(2－13)缩短时必须保持天线的对称性,也就是说要将两根振子各缩短ΔL/2。图2－8绘出了缩短系数K与d/λ比值的关系曲线。图2－8缩短系数K与d/λ比值的关系曲线表2－1

1～12频道基本半波振子的电气长由于振子上电流电压的分布不均匀(见图2－9),使振子各点的阻抗也不一样,因此馈电点不同,输入阻抗也不同。振子的馈电方法有3种(见图2－10)。中心馈电法的输入阻抗最

小,约为73Ω。末端馈电法输入阻抗最大，约为2500Ω。应用阻抗馈电法,可藉助于改变馈电点的位置,使输入阻抗在73～2500Ω范围内连续可调。一般多用中心馈电法。图2－9基本半波振子上的电压波及电流波图2－10振子的3种馈电方法

2)方向图

基本半波振子天线的水平方向图如图2－11所示,沿振子轴向的辐射(或接收)为零,沿垂直于振子轴方向的辐射(或接收)最强。在架设基本半波振子天线时,应将最强接收方向对准电视发射台。图2－11基本半波振子的水平方向图

3)方向系数

据计算,基本半波振子的方向系数D＝1.64,用分贝表示时为2.15dB。

有时也以基本半波振子天线为标准来定义方向系数,此时方向系数记为D′,则(2－14)基本半波振子的方向系数较小,故仅适用于离电视发射台较近的情况。

4)增益系数

由(2－4)式知,当方向系数D一定时,增益系数G主要取决于天线效率ηA。天线效率由制作天线的各种具体情况确定,一般基本半波振子天线的效率ηA%=80%～90%。

当ηA=90%时,G=1.64×90%≈1.48=1.70dB。即基本半波振子天线的功率增益为1.48,此时的电压增益约为1.21。

当用D′来计算时,增益系数记为G′，则G′=ηA·D′(2－15)基本半波振子天线的G′≈0.9,约为-0.5dB。

5)通频带

每一电视频道占有8MHz的带宽,当振子直径大于10mm时,一般都能满足电视接收的要求。图2－12画出了几种不同直径振子的谐振曲线。从该曲线可看出,折合式半波振子的通频带最宽,多单元引向天线的通频带最窄。图2－12振子直径不同时天线的谐振曲线

2.折合式半波振子天线

基本半波振子天线的输入阻抗为73Ω。如果在它的附近再放置几根辅助振子,由于振子间的相互感应,将使基本半波振子天线的输入阻抗降低到60Ω以下。因此,很难找到一种低阻抗的馈线来与之匹配。为解决这种矛盾,可采用折合式半波振子天线。它的外形如图2-13所示。图2－13折合式半波振子天线

1)输入阻抗

图2－14画出了在输入功率PI相同的情况下,基本半波振子和折合式半波振子的等效电路图及振子上的电流分布图。基本半波振子天线的电流腹点的值为Im,折合式半波振子的电流被平均分配在上下两根导体上,因此,每根导体的电流腹点的最大值为Im/2。设基本半波振子天线的输入阻抗为RI1,输入功率为PI1,折合式半波振子天线的输入阻抗为RI2,输入功率为PI2,当两天线馈以相等的功率时,则有图2－14基本半波振子和折合式半波振子的等效电路

因为PI1=PI2

所以即RI2=4RI1(2－16)从(2－16)式可知,折合式半波振子输入阻抗是基本半波振子的输入阻抗的4倍,约等于300Ω。这是电视接收天线广泛采用折合式半波振子天线的原因之一。应当指出，(2－16)式是在折合式振子上下两臂导体直径相等的情况下推出的。当两臂直径不等时,天线电流的分配亦不相等,两臂导体直径比值越大,输入阻抗也就越大。

2)电气长度

由于不能保证折合式半波振子的两臂直径完全相等,在确定振子的缩短系数时,引入一个等效直径d0的概念,使它与基本半波振子两臂的直径d有相同的意义。(2－17)式中b为上下两臂振子轴间的距离,d1、d2为上下两臂振子的直径，一般b=λ/100,在电视低频道,通常b＝80

mm。求出d0后,可从图2－8查出所需要的缩短系数,从而算出折合振子的电气长度。当振子直径为10～20mm,b＝80mm,1～12频道折合式半波振子的电气长度列于表2－2中。表2－2

1～12频道折合式半波振子的电气长度由于折合式半波振子的等效直径d0较基本半波振子直径d大,故它有较宽的通频带,从而提高了图像的清晰度。这是电视接收天线广泛采用折合式半波振子天线的又一基本原因。

由于折合式半波振子天线上两导体的电流同相,并且相距很近。在距离天线较远的地方,电磁波由行程差所引起的相位差极小,所以,在任一方向上,两导体所辐射的电磁波可视

为同相,其方向图与基本半波振子的方向图相同,因而折合式半波振子天线无论是水平放置或垂直放置,性能都保持不变。其方向系数也是相等的。

3.引向天线(八木天线)

引向天线又称波导天线、八木天线等等。这种天线是由一个有源半波振子和多个无源辅助振子组成的定向天线。它具有增益高、结构简单牢固、易于制作、馈电方便、造价低廉、安装方便和外形美观等优点,因而成为普遍采用的一种电视接收天线。在有线电视系统中,最常用的是带引向功能的八木天线。其缺点是频带较窄(若设计得稍宽时增益就要下降)。

引向天线的组成如图2－15所示。它由一个用作辐射器的有源振子和用作引向器和反射器的无源振子所组成。所谓有源振子就是能输出信号的谐振器,不输出信号的为无源振子。所有的振子都由连接杆固定在同一个平面内,装在有源振子后的叫反射器,装在有源振子前的叫引向器。图2－15引向天线的组成引向天线中的有源振子,基本上采用结构牢固的半波折合振子,以获得足够的天线输入阻抗和较宽的频带。这种有源振子的长度稍小于λ/2,其阻抗为300Ω。为了和在有线电视系统中的75Ω同轴电缆相连接,就要用阻抗比为4∶1的平衡—不平衡阻抗变换器来匹配。

为了使其方向性集中于前方,在有源振子的背后加一个无源振子作为反射器。反射器长为λ/2，并和有源振子相距λ/4。反射器和有源振子组合在一起,使后面的电波不易进入有源振子,提高了方向性。在接收天线的指标中,用“前后比”来表示电波从前面来时的增益和从后面来时的增益之差。前后比越大,表示方向性越强,实践证明在有源振子后面多加几个反射器,对提高天线增益的效果甚微。为了进一步提高方向性,在有源振子的前面再放几根较短的无源振子,它们称为引向器。其长度小于λ/2。引向器可引导前面来的电波,使方向性更强,并因而获得更高的增益。引向器可以用一根,也可以用多根,引向器越多,增益就越高。但引向器数量过多,不仅对天线的增益的增加贡献不大,反而使天线的通频带变窄,输入阻抗减少,这将使天线与馈线的匹配产生困难。同时天线的尺寸加大,其价格自然就高。

引向天线根据有源振子和无源振子加在一起时的总数的多少，称作几单元天线。当为八个单元(其中七根为无源振子,一根为有源振子)时,又俗称八木接收天线。

应该采用适当高度的高增益天线,即使在应用了天线放大器的情况下也不例外。这是因为在天线放大器的输入端配加高增益天线以后,天线放大器输出信号的信噪比就可大大提高。图2－16高增益定向天线形式高增益定向天线由反射器、主振子、引向器和横向连接支杆组成。上述三部分通过连接杆在同一水平面上构成一副定向天线。高增益天线与普通天线的区别在于尺寸选择不同。下边为高增益天线尺寸选择的原则。

反射器长度：1、2、3引向器振子长度：L1=L2=L3=0.42λ2

4、5引向器振子长度：L4=L5=(0.15～0.25)λ2

(2－18)(2－19)(2－20)主振子长度：2L=0.95λ0/2(2－21)式中：λ1为要接收的低频道端波长；λ2为要接收的高频道端波长；表2－3

1～12频道的波长和λ0之值应用时只需查表而不用计算了,如选λ1=465cm(即3频道低端波长),λ2=135cm(即12频道高端波长),则查表得λ0=251cm。

如果再要增加引向器个数,那么继续增加的引向器振子均可采用第4、5节振子的长度。反射器与主振子间的间距dr=0.2λ0，主振子的宽度B=(0.15～0.02)λ0,引向器与主振子

间距d1=0.24λ2,各引向器的间距d2=0.3λ2、d3=d4=d5=0.35λ2,主振子接口宽度W=4～5。

振子所用的材料,选用Φ=10～12mm的铜管或铝合金管为好。支撑连接杆可选用耐腐蚀有一定机械强度的绝缘棒，当然,用金属材料也可以,但要注意与主振子有良好的绝缘。图2－17

UHF频段20单元八木接收天线实用图半波振子和折合振子天线同样可以用来接收UHF频道的电视信号。UHF频道的频率范围为470～956MHz。信号波长较短,天线尺寸就小,而每个频道的带宽仍为8MHz,则

相对通频带较窄。因此，常采用20单元或50单元的宽频带振子数目较多的折合振子天线。

图2－17所示的UHF天线带有角形反射器和扇形有源振子，其电气性能如表2-4所示。

2.2卫星电视接收

1.卫星电视接收天线的作用与工作原理

卫星电视信号通过卫星发射天线变换成高频电磁波，向天线赋形的方向发送出去,而地面接收天线的作用就是捕获从卫星传播到地面的十分微弱的电磁波信号,并还原成高频电流,而后送给接收机做进一步放大和处理,最终在电视机上获得图像和伴音信号。因而,接收天线性能的好坏,直接影响地面接收的质量。一副设计合理、性能良好的接收天线,在某个特定方向上应具有较高增益,并能将来自其他方向的干扰减至最小。卫星电视信号为微波信号,具有光学直线传播特性。卫星距离地球接收站遥远,故可把地面接收站天线开口处的卫星电波看作平面波。对于卫星电视接收的C波段和Ku波段,普遍采用高方向性的抛物面天线。抛物面天线由初级辐射器(或称馈源)和抛物面反射器两部分组成，通常把馈源的相位中心置于抛物面的焦点。它利用几何光学的原理将与抛物面轴线平行的电波射线经一次或多次反射后集中到焦点上，而偏轴的射线则不能集中到焦点上，故有极强的方向性和很高的增益。下面通过最简单的前馈式抛物面天线的几何关系来简述它的工作原理。图2－18抛物面天线工作原理示意图前馈式天线的旋转抛物面是由抛物线环绕轴线旋转一周形成的曲面,如图2－18所示。

图中C为ZX平面上的抛物线,F为抛物线的焦点,f为抛物线的焦距,O为抛物线的顶点,用几何的方法可证明抛物线C具有以下特性：

(1)由焦点F至抛物线任意点Q的直线与Q点抛物线的QN的夹角∠FQN等于FQ与FO夹角φ的一半,即QM与QN的夹角∠NQM等于φ的一半。这表明点源F发出的所有射线,经抛物面反射后都平行于OF轴。也就是说，如果从焦点的馈源向抛物面天线发射的是等相面为球面的电波,经抛物面反射后在天线的开口面处变成平面波向空间发射出去(即为发射天线)，反之,若空间来的入射波是平面波，它沿抛物面的轴线投向抛物面,经反射后,电波可聚集于焦点,即为接收器所接收。

(2)由焦点F到抛物线任意点的距离FQ与Q点到准线(所谓准线,就是抛物线前方平行于X轴的一根任意直线)的垂直距离QM之和等于常数,即FQ+QM＝常数。这表明由焦点F发出的所有射线到准线的光完全相同,即准线上的电磁波是同相位的(即为发射天线)，反之,空间来的入射波是平面波，它沿抛物面的轴线投向抛物面，经反射后,聚焦于焦点即馈源的电波也是同相位的。

由此可见,抛物天线可以把接收到的微弱平面波信号聚集到焦点上,而处于焦点上的馈源便得到相位相同的增强信号,而偏轴的射线则不能集中到焦点,故有极强的方向性和很高的增益。

2.卫星电视接收天线的种类和特点

在卫星电视接收中,除接收L波段信号时可选用螺旋天线或八木天线外,其余波段主要采用抛物面天线。就抛物面天线而言,其构成因馈源的设置不同,有如下4种。

1)前馈式抛物面天线

前馈式抛物面天线的结构如图2－19所示。作为天线组成部件的馈源放置在旋转抛物面的前方焦点处。图中,A为抛物面的口面,F为抛物面的焦点(馈源),O为抛物面后顶点,OZ为抛物面的旋转轴,OF＝f为抛物面的焦距,2φ0为抛物面的张面，R0为抛物面的口面半径，D＝2R0为抛物面的口面直径。通常把抛物面的焦距f与口面直径之比f/D称为抛物面的焦距口径比,根据f/D的大小,抛物面天线分为长焦距(f/D>1/4)、中焦距(f/D=1/4)和短焦距(f/D<1/4)三类。天线设计中,根据所要求的增益确定天线的口径之后,天线的形状就取决于所选定的f/D。选择焦距口径比的一般原则是:在希望减小抛物面的纵向尺寸时,应选用小一点的f/D,但为了减小抛物面辐射场的交叉电平和便于加工,希望抛物面的曲率小一些,此时应选取稍大的f/D。比较实用的f/D为0.25～0.5,用于卫星接收的抛物面天线的f/D一般为0.38～0.42。

对大口径的前馈式抛物面天线,不但安装拆换高频头不便,而且由于高频头置于反射面焦点处,太阳的照射因聚焦作用而大大加强,其环境温度大大增高,从而降低了信噪比。在工程中,对于D<70λ(即D<7.5×70=5.25m),用前馈式较好。对于小于5m的天线，前馈式更合适。口径越小,前馈式馈源遮挡较小,天线比较廉价，对高频头的安装,拆换也较方便,比较适合家用接收。

2）后馈式抛物面天线

后馈式抛物面天线为双反射面,又称卡塞格伦天线。它由一个抛物面形的主反射面、双曲面形的副反射面和馈源喇叭组成,如图2－20所示。图2－19前馈式抛物面天线的结构示意图图2－20后馈式抛物面天线图中副反射面为旋转双曲面。它汇聚抛物面一次反射电波的能量,再辐射到抛物面后馈源上,并为后者所吸收。这是由于主反射抛物面的焦点与双曲面的焦点01重合,馈源的相

位与双曲面的实焦点02一致,它们都处于焦轴的对称位置上,这样,平面波平行于电轴入射时,经主副面二次反射便到达一次馈源,且也为同相波而相加。

对于后馈抛物面天线的设计,对焦距f与主反射面口径D之比(f/D)的值一般选得较小,约为0.3,因此后馈喇叭长度可相应做得较短。后馈抛物面天线与前馈抛物面天线相比,具有以下的优点:

（1）有两个反射面,几何参数多,便于按不同需要灵活地进行设计；

（2）可采用短焦距抛物面作主反射面,以减少天线的纵向尺寸；

（3）馈源安装在主反射面顶点的背后,一方面缩短了馈源与低噪声放大器之间的距离,减少了传输噪声,另一方面可以防止照射,特别适合热带的卫星电视的接收；

（4）天线效率较高,在要求相同增益的条件下,其口径比普通抛物面天线小,对较大型的天线来说,可降低造价,但后馈式抛物面天线结构复杂,加工、安装和调试要求高,如主副反射面交角、同心度、焦距和相位中心至副反射面的距离等。因此在实际的工程中对天线的几何尺寸要做必要的修正。

3）偏馈式抛物面天线

偏馈式抛物面天线适于小口径场合。口径小于2m的卫星电视接收天线,特别是Ku波段大功率卫星电视接收天线,多用这种天线。这类天线也有单偏置和双偏置之分。以单偏置为例,其结构如图2－21所示。由图可见，这种天线是由抛物面的一部分截面构成的,单偏置天线的馈源相心与抛物面焦点重合,但与反射面位置错开(即所谓偏馈或偏置)一个距离dc。这样,馈源不会遮挡反射面接收电波,因而天线效率可得到提高。作为偏馈天线的特点,主反射面只是旋转抛物面的一个部分,这部分的位置就与dc的大小要求相关联。因此,从原理上说,这种天线也类

同于前、后馈式天线。偏馈式抛物面天线与前、后馈抛物面天线相比有以下优点:

（1）它能有效地降低口面遮挡的影响,使旁瓣电平比前、后馈两者的都低得多,使天线噪声电平明显降低。

（2）从馈源发出的电波仅一小部分返回馈源，因而反射波不会影响偏置天线,尤其是其阻抗,几乎不受反射波影响。因此可获得较佳的驻波系数。

（3）当采用较大的f/D设计时,不会影响天线结构的刚性。架设时,反射器与地面近乎垂直,积雪的影响较小。

（4）效率较前、后馈抛物面天线高。普通前馈式的效率只有50%,后馈式的为(50～60)%,而偏馈式天线可达70%。偏馈式天线的缺点是存在交叉极化,即与天线极化垂直的有害极化电平较高,另外,结构不对称会使加工成本提高。

4）多波束天线

随着静止广播卫星数目的不断增多和国内有线电视(CATV)系统的迅速发展,采用多焦点抛物面天线,即用一个固定天线同时接收多个卫星电视信号。该天线的特点是辐射束通过馈源的定向位移实现大角度的波束扫描。这种广角特性是由球形曲面的对称性形成的。多波束工作是借助沿焦点曲面安置的多个馈源实现的。在一般情况下,两相邻的波束之间的最小角度可由馈源的口径大小确定。最大波束数与反射器曲面占总球面的百分数有关,其原理如图2－22所示。这种天线反射器的焦点分布在一个曲线AA上,在此曲线上装置多个馈源用于多波束接收。波束的轴线与各馈源的轴线重合,且有类似的增益和方向图。若把各馈源制成不同频段和极化时,则成为一个多波束、多频段和多极化的天线,这种天线的每个馈源只照射反射器的一部分,当允许相邻馈源的照射区有部分重叠时,反射区的面积就可以做得小一些。

这种天线的焦点不在一点上,因此其效率不如单波束抛物天线好。另外,它又要求很高的安装精度和高技术的调整,这样就限制了它的应用。我国很多广播电视单位,已设计和研制了很多单面卫星天线接收多颗卫星信号的产品,已经在实际中应用的有3m口径的抛物面天线。当两个馈源的偏置角为3°时,偏置损失约1.3

dB。用此天线可同时接收105°的“亚洲1号”和110.5°的“东二甲-2”两颗卫星的电视节目。图2－23平面波纹喇叭源

3.馈源与极化调整

1)馈源

在抛物面天线结构中,馈源作为天线的初级辐射器,对天线系统起着至关重要的作用,因而被看成天线的心脏。就其馈源的本质来说,是一个小型天线辐射器,因其结构不同,有

不同的类型。一般分为前馈型馈源和后馈型馈源两种。（1）前馈型馈源。前馈型馈源通常都用平面波纹喇叭源(又称环形槽馈源),其结构如图2－23所示。

由图可见,它由环形槽的主波导、介质移相器和圆—矩波导变换器组成。主波导是一直径为(0.6～1.1)λ的一段圆波导,周围的圆环状波纹槽数有3环、双环和单环之分。它们是利用圆波导主模TE011波和通过波导口的绕射而作用到纹波槽中的TE011波所激励起来的高次模在口面相叠加而工作的。因而,正确设计波纹槽的槽深h和槽宽w以及主波导的直径,可在口面处形成轴对称的波束和固定的相位中心，并具有旁瓣电平低,能对抛物面形成较均匀的照射、能量泄漏小等特性。一般设计槽宽w≤λ/4,槽深h为λ/4～λ/2,槽的形状有三角形、矩形和梯形等。介质移相器是由移相介质片按一定方向插在圆波导中构成的。当传输电波经过介质片

时,改变一定的相移量,从而使电波完成极化的变换作用。

圆-矩波导变换器是一段具有几个矩形阶梯的过渡波导段,通过它起到阻抗匹配及电波模式转换的作用。

(2)后馈型馈源。后馈型馈源通常有波纹圆锥喇叭馈源、阶梯喇叭馈源、变张角喇叭馈源和圆锥介质加载喇叭馈源等。

圆锥喇叭馈源是把喇叭内壁加工成一环一环的圆环(如图2－24所示)。通过槽宽w、槽深h和槽距p的设计,使波纹槽的归一化输入电纳趋于零。此时,电场和磁场传播具有相同边界条件,高次模达到最佳的混合状态，从而获得一种轴对称的口面场方向图。波纹喇叭有小张角和大张角之分,通常半张角小的小于30°,大的大于30°,其特点是有确定的相心和高的效率。一般设计时,w≤λ/4,h≈λ/4～λ/2。图2－24波纹圆锥喇叭馈源图2－25后馈源销钉移相器后馈源的移相器一般为销钉移相器。它是在圆波导壁上相对插入10多对销钉构成的,如图2－25所示。适当选择移相器长度l和插入深度d,可改变沿销钉面传播电波的相移量,以实现圆-线极化之间的转换作用。

阶梯喇叭馈源、变张角喇叭馈源和圆锥介质加载喇叭馈源,其外形如图2-26所示。这些馈源的喇叭内壁截面(阶梯喇叭)或张角是变化的。当圆波导内传送的主模TE11°波经过这些边界时,将激起高次模TE11°波。良好的设计可使主模波和高次模波在口面处以适当的模比和相位相加,从而得到良好的特性。它们的结构简单、加工方便，得到了广泛的应用。图2－26其他后馈型馈源

2）极化调整

所谓极化是指电波在空间传播时,其电场矢量的瞬时取向或方式。按电场矢量的轨迹分为线极化波和圆极化波。而线极化波又以地平线为准。分为水平极化波,垂直极化波和斜极化波。圆极化波以电场矢量的旋转方向,分为右旋圆极化波和左旋圆极化波。

目前我国租用的国际卫星(IS-V)上的天线发射的是右旋圆极化波,而我国通信卫星发射的是水平极化波。所以,一般卫星电视接收天线通常应能工作于圆极化和线极化两种状态,以便在不影响性能的情况下,方便地进行转换。

在实际应用中,当馈源的极化形式与电磁波的极化形式一致时,电磁波才能在馈源波导中有效地传输。否则,接收信号将在馈源波导中迅速衰减。这种极化失配引入的损耗可用图2-27来表示。图2－27极化失配损耗示意图由图可以看出,接收天线必须与发射天线具有相同极化且旋向相同的特性,以实现极化匹配,接收全部的能量。若部分匹配,则只能接收部分能量。无论是线极化还是圆极化天线都不能接收正交分量。现代的卫星接收天线,大多都用装有控制极化方向的极化器来选择与卫星电视信号一致的极化型式,并抑制其他形式的极化波,以获得极化匹配,实现最佳接收。

在用圆极化天线接收圆极化波时,只要旋向正确便可正常接收。在用线极化天线接收线极化波时,不仅要使接收天线指向卫星,还要调整馈源极化方向,使其与接收的电波实现极化匹配。若用水平极化天线接收垂直极化波(或相反),用左旋圆极化天线接收右旋圆极化波(或相反),则会因附加损耗而收不到信号。若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,则会丢失一个分量而产生约3dB的极化失配损耗。圆极化形式与线极化形式在技术上没有优劣之分。在使用中,圆极化馈源的结构比较复杂,但安装和维护简单;线极化馈源的结构比较简单,但安装和使用比较复杂,特别在接收过

程中更换卫星时,往往需要重调馈源的极化方向。为此,线极化天线一般采用由地面控制便于调整的电调极化馈源。

在实际工作中,除应知道要接收卫星下行电波传播的极化方式外,还应对馈源中极化器极化形式做出正确的判别。图2－28列出极化器的安装与接收卫星电波极化特性的关系。图2－28各种极化天线安装时的极化器取向图该图是从天馈系统与高频头的接口处向天线看去的，是逆电波传输方向的截面图。对前馈天线,向着来波方向看去,当介质片所在的平面沿顺时针方向与矩形波导宽边平面呈45°角时,为右旋圆极化，当呈135°角时为左旋圆极化。因此,只要将介质片所在的平面旋转90°就能改变左右旋圆极化方向。要使圆极化馈源变为线极化馈源,可将介质所在平面旋转45°或拆去极化变换段的介质片。有时,为了减少损耗,缩短馈源尺寸,可将整个极化变换段去掉。在接收线极化波时,极化方向可由矩形波导口的方向确定。当波导口的窄边与地面平行时为水平极化,当宽边与地平面平行时为垂直极化。

调整过程中,可在天线的极化方向与接收波的极化方向大体一致的情况下找出信号,再在此基础上调整极化方向,直到极化效果最佳为止。当用圆极化天线接收圆极化波时,只要馈源的旋向正确即可。应注意的是,圆极化波经反射后,反射波的旋向与入射波的旋向相反。例如,若转发器发射的是左旋圆极化波,经前馈天线的抛物面反射后,到馈源就变成右旋圆极化波。对后馈天线接收的电波由于要经两次反射才能到达馈源,因此,在到达馈源时,波的旋向不变。

4.接收天线的主要性能要求

在卫星电视接收系统中,天线是卫星电视信号的输入端口。它的作用是收集来自卫星转发器的微弱信号并有效地馈给接收设备。因而,它的性能直接影响到接收电视信号的质量。

1）天线的增益要高

天线增益是描述天线定向性和效率的一个重要参数。天线在某一方向的增益定义为:在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。(同一电场强度)在实际工程中天线增益可由下式计算:(2－23)式中:S为天线口径面积(m2)；λ为工作波长(m)；D为抛物面口径(m)；ηA为天线效率。由上式可以看出,天线的增益与天线的口面直径、工作波长和天线的效率有关。增大天线的口面直径可以有效地提高增益。表2－5列举了几种C波段抛物面板状天线的增益与口径的关系。但是,由于天线口径的增加会使天线的成本加大,并因风荷的增加而使架设困难,因此,这些问题需要综合考虑。另外,提高天线的效率要求天线面及馈源的加工精度高。因此购置时需仔细挑选。表2－5

C波段抛物天线的增益与口

2）频带特性要宽

C、Ku波段卫星广播电视有24个转发器，它们具有500MHz带宽,为能收看到所有的节目,要求天馈线系统也必须具有良好的500MHz的宽频带特性。

3)机械强度要高

为保持规定的天线方向性,要求天线的机械结构必须具有足够的强度和精度。为此,需对结构性能提出如下要求：

(1)结构形式应能满足工作状态的要求,例如天线的工作方式是移动型的还是固定型的,跟踪方式是手动的、自动的还是半自动的。

(2)天线的结构应能满足不同使用环境的要求,其结构强度应保证在允许使用的环境下不破坏,结构变形应在允许的公差范围内。

(3)对一些使用条件比较恶劣的场合,还希望天线具有较高的使用频率,能抗风暴、抗腐蚀、耐热、耐冷、耐潮湿。

(4)在满足以上条件的情况下,应选用性能价格比较高、结构简单轻便、安装调试方便的天线。

4）旋转性能要好

为使一个天线能根据需要接收来自多颗卫星的电视信号,在底座固定的情况下,天线的方位角和仰角应能在5°～70°范围内变化,以正北为基准天线方位角应能覆盖90°～270°的范围。

5）极化可调

广播电视卫星下行转发器的发射信号可采用圆、水平、垂直极化方式,不同卫星采用不同的极化方式,有时同一卫星不同频道分别采用水平或垂直极化方式。因此,天线馈源系

统的极化方式应方便易调,以提高天线的适应性能。

5.天线的安装、调整与维护、选购

1）安置地点的选择

选择卫星天线安装地点时应考虑以下几个方面:

（1）周围有无微波站、雷达站及其他微波干扰设备,特别要注意避免同频干扰。在一般情况下,干扰信号比最小的接收信号低30dB以上才能保证卫星接收站的正常工作。

（2）应尽可能远离高压电力线、多雷区、飞机航道或其他不安全环境。

（3）接收站的周围环境应无空气污染,如风沙、尘埃、腐蚀气体等,并有交通、水电的保证。

（4）在天线正南方向东西90°范围内尽量开阔。为了减少噪声,改善接收效果,天线仰角要低。如果站址的北方有山头,可充分利用北方山头的屏蔽作用减少干扰。

2）天线安装的原则

合理的安装和正确的使用是保证天线性能及稳定工作的必要条件。为此,在安装时应该遵循以下原则:

（1）对任何一种天线,安装时都要严格控制反射面的形状精度、主(副)反射面与馈源之间的尺寸关系,以保证天线增益不因为安装不当而减少。

（2）反射面和馈源的安装误差是影响天线性能的主要因素。馈源相位中心未准确放在焦点上的误差(可分为纵向误差和横向误差),均会造成天线方向图的失真和增益的下降。

（3）在安装过程中,不允许反射面有任何碰伤或变形,灰尘、水汽和异物不应进入馈源内部。

3）天线调试

天线安装好后,转动天线的仰角和方位角以对准所要收看的卫星,以保证收到比较满意的电视信号。

4）天线的保养

天线在使用过程中要进行定期保养、维护。对经常活动的丝杠及轴承要涂上黄油以防止生锈,还应及时修补漆层和排除非正常使用造成的机械变形。天线对卫星指向角的变动,馈源与反射面相对位置的变动,馈源密封性变差使异物或水汽进入馈源等均会引起天线性能的下降,在使用过程中应特别注意。如果反射面内有积雪或冰块,应及时清除。

5）天线的选购

卫星电视天线的选购，应该考虑天线的口径、频率范围、极化方式、驻波比、增益等参数。由于卫星转发器的功率较小,传输到地面上时信号已极其微弱,为了获得好的收看效果,总是希望天线的增益大、性能优,但天线的选择又受价格的限制，所以天线的选购要全盘考虑。2.2.2高频头与功率匹配器

1．高频头的作用与组成

高频头在卫星电视接收系统中的作用是将天线接收到的微弱信号进行放大,并下变频到950～1450MHz频段后放大输出,通过同轴电缆传送到卫星接收机。它要把高达500MHz带宽的卫星微弱信号变换为接收机所要求的,具有良好的载噪比的卫星接收机中的中频信号,而不过多地混入放大器本身的噪声。另外,对高频头来说,它的输出频率都是950～1450MHz，以便于接收机对C/Ku频段都兼容。

高频头的组成原理如图2－29所示。它主要由低噪声放大器(LNA)、下变频器、中频放大器(IFA)组成。天线系统来的微弱信号经波导微带转换器加到微波低噪声放大器的输入端。被放大的信号经镜像抑制带通滤波器BPF抑制掉镜频干扰,在第一混频器(MIX)里与第一本振(LO)的信号进行混频，产生第一中频信号。该中频信号通过低通滤波器LPF进入第一前置中频放大器(IFA)放大，再经30m电缆送给室内单元。图2－29高频头的组成方框图

2．对高频头的技术要求

高频头属于微波器件,又工作在室外,环境条件恶劣。为了使高频头能长期、稳定地在室外工作,在结构上高频头应采取良好的密封和防腐、防雷的处理措施。对高频头的性能要求是:具有尽可能低的噪声温度、高可靠性和高稳定性,在所要求的工作频带内,幅频特性、功率增益、输入输出驻波比、非线性失真及变换器的镜像干扰抑制能力等应符合使用要求。下面对一些技术要求的含义加以说明。

1）噪声温度低

接收系统的内部噪声温度愈低,则接收微弱信号的能力愈高,图像质量愈好。整机的噪声温度主要取决于前1～2级放大器的噪声温度。噪声温度低时,保证相同图像质量所需的天线口径可减小,天线造价就会下降。因而,降低高频头噪声是降低卫星电视接收站成本的重要方法。对C波段,高频头的噪声温度一般有35K,30K,28K和25K。

2）功率增益高

室外单元的主要任务之一是把输入的微弱信号放大到室内单元所需的输入电平。所以,设计室外单元增益时还应考虑带通滤波器、第一混频器和室外单元到室内单元间的高频同轴电缆的损耗。通常低噪声放大器功率增益可以达到（40～50）dB,第一混频器的损耗为（-10～－60）dB,第一中放的增益为（20～25）dB,高频电缆的损耗为（-8～-20）dB,故室外单元总增益约为(55±4)dB,通常应大于45dB。

3）频带宽

Ku波段和C波段的带宽约500MHz,包含24个频道。因此,室外单元应保证500MHz带宽内的信号全部

通过,且带内增益波动应小于3dB。任一个36MHz带宽内的增益波动应小于1dB。频谱特性波动过大,会使某些频道的收视效果变差,产生彩色失真。

4）输入电压驻波比小

驻波比过大,输入端阻抗不匹配加重,载噪比降低。同时,由于信源失配,反相系数相位移动,进入放大器不稳定区后,使增益不稳定,甚至产生自激。对室外单元输入端驻波比的较低要求为2.5～3.5,一般要求≤1.3,相当于回波损耗（-7～-5）dB。对于输出端,驻波比的一般要求为1.5～2.5，相当于回波损耗（-14～-7）dB。

5）多载波互调比小

宽带放大器若存在非线性失真,会产生许多谐波分量,并在各频段分量间产生交叉调制,从而使干扰噪声增加。通常,要求在两个-70dB的输入信号作用下互调比应小于-40dB。

6）本振频率稳定度高

在室外单元从-40℃～+50℃的工作温度范围里，要求第一本振频率稳定度为10-4量级。设本振fg=5170MHz,允许最大频率漂移Δf=±2MHz，则频率稳定度为Δf/fg=7.7×10-4。

7）镜像抑制比大

镜像频率与本振频率信号差频产生的中频信号进入中频放大器将使接收系统载噪比恶化。特别是在接收波道数多,工作频带宽时更为突出,通常,要求镜像干扰抑制比大于40dB。

3．可供选用的高频头产品

高频头较难生产。由于器件供给、成本原因，目前国内批量生产厂少，几乎都用进口品。对于高频头的性能，须由专门的人员使用专门仪器才能测出来。因此,即使是口品,所标噪声温度值也往往有名不副实的,故最好找专门单位测试或比较一下。另外,需要说明,对于Ku频段使用的高频头,其噪声性能习惯用噪声指数NF值来表示。目前国际上先进水平的高频头的NF值在1以下。表2－6列出了部分国内外C波段高频头的出厂性能,供选用时参考。

4．功率分配器

功率分配器是将信号功率分成相等或不相等输出的一种多端口的微波网路,使一个地面接收站的天线能同时带几个接收机。对有线电视台来说,使用多个调谐于不同卫星电视频道的接收机,可实现多频道接收,提高天线的利用率,如图2－30(a)所示。表2－6部分国内外厂家生产的C波段高图2－30功率分配器的应用原理图在卫星接收系统中,功率分配器一般只有两路。有多路输出的功率分配器一般是由数个两路功率分配器级联而成的。功率分配器的功率分配可以是均分,也可以是按比例分配,视设计而定。这种分配可以是无源的,也可以是有源的。有源功率分配器是由无源网络与有源放大器级联而成的。这里只对无源功率分配器的原理作以简要的说明。

5．室外部件使用注意事项

使用室外部件注意事项是：

(1)接触要良好,波导法兰盘拉口部分要清洁,防水胶圈要对准,对齐并上紧,不要随意打开高频头,以免破坏密封性能。

(2)连接电缆同电缆头内外导体要接触良好,电缆要按要求匹配。

(3)抛物面天线及室内外部件外壳要接地良好,必要时要用试电笔检查,否则将会损坏内部器件。2.2.3卫星电视接收机

1．卫星电视接收机的功能

卫星电视接收机的主要功能是将来自高频头第一中频的微弱信号进行低噪声放大、变频和解调处理后，输出全电视基带信号。

从室外单元高频头输出的950～1450MHz信号经20～30m电缆输入到卫星电视接收机,经再次变频选台转为固定的第二中频,然后进行调频波解调。解调后的卫星电视信号中包括加重的图像信号、三角波能量扩散信号、一路或几路声音副载波调频信号,以后各级对它们进行处理和解调,在接收机输出端输出视频信号和一至两路声音信号。接收机中还有一个电视调制器,将视频和声音信号变成调幅电视波。该调制器频道选在UHF22～26频道,也有用VHF的3或4频道的。某些接收机还备有专门的21芯插座,供解码用。为了改变天线的极化方式,接收机还有极化输出接线夹。

不同地区或国家的卫星广播所用的伴音副载波的频率不同。有些节目有多路声音,每路声音调制到独立的副载波上。例如我国云、贵卫星台有两路声音,一路为电视伴音,另一路为本省广播电台声音。“亚洲1号”卫星上的五套节目都有3至4路声音：立体声伴音的左路声和右路声、单声伴音、广播节目声。立体声两路采用PANDA-1方式,俗称“熊猫”伴音。需要用动态频带压缩方式传送PANSA-1声,接收机最好带有相应的声音处理电路或类似的电路。有些卫星电视接收机收看我国卫星台节目时声音动听,但收看“亚卫”星节目时,声音常不能令人满意,就是因为这些接收机没有PANDA-1伴音处理电路的原因。卫星电视接收机按照工作功能的多少,声像指标的高低等来划分档次,简易接收机不带遥控或带简易遥控,去掉目前暂时不用的附加功能,用电位器选台调声,故频率易漂移,不太稳定。目前市面上多为遥控机并在面板上显示遥控的工作状态。这种接收机的调谐电压都为电压合成方式。机器是否工作在最佳状态,全靠人的视觉。另一种是屏幕显示型卫星电视接收机,接收机的工作状态,包括接收的卫星的中频频率、伴音副载波频率等可直接显示在电视机的屏幕上。根据卫星节目的数据,在不接天线的情况下,也可很方便地将所有节目的工作状态预存在接收机中,使用很方便。这种接收机选台、调声采用锁相环频率合成电路保证二中频高度稳定,声像质量最优良。为了克服目前三种彩色电视制式在卫星电视直播中的缺点,采用时间轴压缩的MAC制解调器势在必行。目前大部分卫星电视接收机则不具备MAC制接收功能或外接的MAC接口。

随着电视直播卫星技术的飞速发展,为了转发更多的电视节目,卫星上的转发器日益增多。比如在C波段,有些进口卫星电视接收机的接收范围仅有900～1400MHz,不能满足要求。我国目前已将C波段扩展到950～1470MHz。又如,“亚洲1号”电视直播卫星,有24个转发器；“亚洲2号”电视直播卫星,在C波段拥有28个转发器,Ku波段有6个转发器,转发器可多达34个。为适应此情况,很多卫星电视接收机已将接收频率范围扩展到了9

50～2050MHz,最大可接收48个转发器转发的电视节目。

2.卫星电视接收机的基本电路

卫星电视接收机实用电路的设计方案较多。一般而言,对不同型号的接收机,设计方案不同,电路结构会有所差别。通常,卫星电视接收机有两种超外差变频方式,即一次变频方

式和二次变频方式。一次变频方式的接收机电路简单,价格低廉,性能指标较低,其电路结构如图2－31所示。图2－31一次变频电路方框图天线接收的卫星电视信号经低噪声宽频带放大器放大后,由电调谐滤波器预选信号,并抑制掉镜像干扰。电调谐本振与电调谐滤波器统调,确保变频器输出准确的中频。该中频经前置中频放大器放大后,通过30m电缆送给室内单元。该信号经中频滤波和放大后,进入鉴频器,检出基带电视信号。基带信号经放大后分两路输出。一路经6MHz低通,取出图像信号,再经去加重、去能量扩散,输出全电视信号。另一路经6.5MHz带通滤波器取出6.5MHz伴音调频信号,经伴音鉴频器输出声音信号。

一次变频设计方案的优点是:仅低噪声前置放大器的带宽是500MHz,其余电路均工作在27MHz窄带上。其缺点是:节目频道的选择是通过电调本振电压来实现的,因此每调节一个本振调谐电压,高频头只能输出一个频道的调频节目信号,而且抗干扰能力和图像质量也稍差,所以,一次变频方式多用于普及型机器。图2－32二次变频电路方框图二次变频方式的接收机结构如图2－32所示。室外单元的频率范围,对C波段为3.7～4.2GHz。我国选用的第一中频为0.97～1.47GHz,故第一本振频率是固定的,可用高本振频率5.17GHz。第一中频信号经宽带前置中放后,通过30m电缆送给接收机室内单元。该信号先经第一中频带通滤波器滤除高次谐波,再经第一中频放大器放大,以补偿第一混频器、传输电缆及带通滤波器引起的损耗。第二本振的频率在0.83～1.33GHz范围内可调,以便获得固定的第二中频140MHz。

借助变容二极管调谐去控制第二本振频率,即可选择出接收波段内任一个电视频道的节目。第二带通波器的中心频率通常为140MHz,3dB带宽为27MHz，它确定了每个频道的带宽,用以提高第二混频器的抗拒比。第二中放具有AGC功能,使输出信号保持100mV左右,以满足限幅器的限幅电平。鉴频器的输出为电视基带信号。鉴频器输出的频率误差电压经直流放大后，得到自动频率控制电压UAFC。用它控制第二本振变容二极管的反偏电压,以实现稳定第二本振信号的频率稳定度目的。基带信号经基带放大器放大后分两路输出。一路经6MHz低通滤波器,取出图像信号,再经去加重、去能量扩散、视放,输出全电视信号。另一经路经6.5MHz带通滤波器取出6.5MHz伴音调频信号,再经伴音鉴频器输出声音信号。如果要在电视频道或有线电视频道上转播卫星电视节目,可将第二中放后的信号,经限幅加到调幅-调频直接变换器,产生要转播频道的残留边带调幅信号。

二次变频方式的优点是：第一本振频率是固定的,第一变频器无需调谐,便于将室外单元和接收天线安装在一起,且安装比较方便;频道选择是通过改变室内单元的第二本振频率实现的,这样就可以利用一副天线、一个后接功率分配器的室外单元,实现多机多频道节目的同时接收;由于第二中频为固定的140MHz,因而各种类型的室外单元和室内单元可以互换。所以,绝大部分的C、Ku波段的接收机都用二次变频方式,且第二变频后的电路对C波段和Ku波段是兼容的,二次变频方式的