谈卫星电视接收技术

时间：2008-12-26 13:00:04  来源：  作者：
卫星电视接收器材－卫星接收天线
编者：卫星电视接收器材的主要部件是卫星天线、降频器、接收机所组成。它们有各自的功能和任务，通
过部件（馈线）连接调试，完成广播卫星信号的接收。
对于专业工作者或卫星电视发烧友，都必须对卫星电视接收器材的原理、性能、作用有全面的了解，才能
很好接收广播卫星信号。下面分章介绍这三个主要设备的情况。
卫星接收天线的作用是收集由卫星传来的微弱信号，尽可能去除杂波。卫星天线从外型上看一般两类，抛
物面天线和平板天线。抛物面天线从材料上看，分金属和玻璃钢制品，金属材料又分铝质和铁质，铁质的
强度好，铝质和玻璃钢不易锈蚀。从机械结构上有一次成型整体型和分瓣拼装型，整体型的天线精度高，
大尺寸的天线运输不方便。天线面又分板状和网状形，网状天线的抗风性好，铝质网面轻在极轴天线上应
用可有效解轻推杆负荷。在网上还见到有头盔天线和发烧友制作的号筒天线。卫星接收有两种极化（圆极
化和线极化）方式，其天线是一样的。
具体的卫星天线又分以下类型：
①中心聚焦天线（正馈天线），C波段应用最多。
②卡塞格伦天线（后馈式天线）商用天线，在4.5米以上正馈大天线上应用。
③偏馈天线，设计用于Ku波段接收，常见的是1.2米以下整体型天线，改造馈源后可用于C波段接收。
④ 平板天线，分有源和无源两种。有源平板天线采用的是微电路技术，国内合资厂商也在生产，去年底
在媒体上有多篇文章介绍过，终因价格偏高、极化单一、增益有限难以推广。而无源平板天线是在透明表
面中覆盖了很多由金属构成的同心圆，形成电子透镜用于聚焦信号，在国外网站见过叫透视天线。不过平
板天线用于直播卫星的接收是最理想的选择。
⑤多焦点天线，是由球面和抛物面组合而成，同时接收多颗卫星的信号。而发烧友用单焦点天线实行多颗
卫星的接收，最头痛的问题是大偏角偏焦衰减难以克服。多焦点天线就不存在这一问题，但天线面积较大
。
⑥电动马达驱动天线。分极轴链条式天线、单推杆极轴天线和仰角方位式驱动天线，电动天线寻星、换星
最方便。
网上的头盔天线，应属全向聚焦天线类，与军事上球型无源远程监控雷达类同。而我们使用最多还是技术
成熟，相对价格便利的抛物面天线，C波段收视以正馈天线为主，Ku波段接收以偏馈天线为主。根据具体
使用情况合理选择卫星天线是卫星接收技术人员最基本的技能，如固定接收某颗卫星，首先了解卫星的频
段、场强，卫星接收者的使用环境和条件，是一般或广播级收视、自然环境中的雨雪风等，及工程造价合
理选择相应尺寸的C、Ku天线。如果你是TVRO首推网状极轴天线是最佳选择。
卫星接收天线的性能，体现在天线性能的参数上，这些参数包括增益、效率、主波瓣宽度及旁瓣、噪声温
度及天线深度。
在说天线参数之前，有必要先弄明白一个物理量分贝（db）。分贝是国家选定的非国际单位制单位。它是
我国法定计量单位中的级差单位。分贝是表示电气、机械和声学等信号在传输过程中的功率增加（增益）
与减小（损耗）的计量单位。不少工程技术人员都熟知它，但很多人都对它感到生疏和奥秘，为此，有必
要重温这一术语，弄请它的涵义。在电磁学中其定义为：两个同类功率量或可与功率类比的量之比值的常
用对数乘以10等于1时的级差。其放大量级表达式为：Nd=10（P/Po），由于其数值较大，不便记忆。换用
分贝表达式为：Nd=10Nb=10Lg（P/Po）。
例如，若传输分别增加1、10、20、30dB时，表示被测功率比基准功率分别增大1.259、10、100、1000倍
，若传输减小当然就是负值。我们在卫星接收术语中，常用到分贝这个物理量，不同的参数其分贝含义是
不一样的，不能等同混为一谈，就象30db加30db等于60db就是错误，而正确结果是33db才正确。
而我们在卫视收视中常用到的分贝（db）有以下：卫星场强（dbw）、天线增益及天线噪声、高频头中的
增益和噪声系数、数字接收的载噪比（C/N）等。这些分贝有各自的含义，敬请注意!
1.天线增益：
天线增益指卫星信号经天线聚焦后增大的倍数，信号越弱，要求的增益就越大。
①天线增益与天线直径有关。直径越大接收面积越大，接收的卫星信号多增益就大，与天线的半径的平方
成正比。如果天线面积增大一倍，卫星信号会提升3db。
②天线的增益与信号频率有关。信号频率越高，增益就越大。与天线增益的信号频率的平方成正比。如Ku
波段（12GHz）与C波段（4GHz）差值为3倍，则精度良好的同一面天线Ku增益与C波段多出9db。
③天线增益与天线的精度有关。精度越高，增益就越大。精度不良聚焦差，高频率信号要求更高。因此Ku
波段天线精度要求比C波段天线更高。
2.天线效率：
天线效率指有多少百分比的信号真正地被天线馈源所收集。理想值是100％，实际上不可能，正馈天线LNB
与馈源阻挡，制造上天线的反射面不可能绝对精确，而根据理论值计算天线效率最高可达83％。通常把天
线效率的高底分为三个等级，优质70％以上、良好60％、合格50％。顶级的精品Ku偏馈天线最高达 80％
。而一个等级之差约0.6db，合格天线到顶级差三个等级近2db。相当于一个顶级的0.75米与合格的0.9米
Ku天线增益成等值。可见选择优质天线的重要性。当然天线精度好，效率也自然高。
为了便于查找及资料收藏，我把常用天线增益及天线场强门限值二表合一，见表6。在表中可方便查阅天
线口径的增益与场强的对应关系，对卫星收视很有参考价值。详文可查阅本人之作《门限接收载噪比C/N
及其应用》（注1）
不同口径天线的增益及其门限接收时所需场强对应表（表1）
天线
直径（m）
用于C波段时
天线增益（db）
用于Ku波段时
天线增益（db）
门限接收时C波段
之EIRP值（dbw）
门限接收时Ku波段
之EIRP（dbw）
0.20  16.93  26.70  50.1  53.3
0.30  20.46  29.54  46.5  50.5
0.45  23.98  33.52  43.0  46.5
0.60  26.48  36.00  40.5  44.0
0.75  28.21  37.81  38.8  42.2
0.90  30.00  39.63  37.0  40.4
1.20  32.50  42.03  34.5  38.0
1.52  34.63  44.07  32.4  36.0
1.83  36.21  45.68  30.8  34.3
2.13  37.55  47.00  29.5  33.0
2.44  38.71  48.18  28.3  31.8
3.05  40.65  50.12  26.4  29.9
4.52  43.93  53.70  23.0  26.3
6.83  46.93  56.20  20.0  23.8
注：表中的天线效率为70％；C、Ku均为数字信号门限值C/N=6dbw、模拟信号门限值加2dbw即可。收视一
般、良好、优质、收转，C波段在门限值上依次递增1.5；Ku依次递增2db即可。
3.天线主波瓣宽度及旁瓣
在有的书上称天线的方向性，天线方向图如图1所示，天线接收的信号主要来自于主波瓣，主波瓣中心最
大功率为0db，波瓣宽度定义为功率下降一半即3db时主波瓣的宽度。天线主波瓣的宽度与天线口径、精度
、频率有关，天线口径越大，频率越高，波瓣宽度会变窄。同口径的天线精度越高，波瓣越窄。现在的广
播卫星相隔经度很近，相互干扰严重，选择精度高的大天线可大幅度降低邻星干扰。同样星载发射天线也
有它的方向图与接收天线类同。
图1天线方向图
4.天线噪声温度、深度
卫星天线接收卫星信号的同时，天线也会接收自然界或人工发射的杂波，这些杂波主要来自旁瓣。天线的
噪声温度与天线仰角、波瓣宽度、天线深度、频率有关。天线仰角低（小于15度）、波瓣宽（小天线）、
浅碟天线、低频段（C波段）等状况下天线噪声会增加，通常情况下天线噪声很小，计算时都被忽略。但
现在有一个不可忽视的问题，通信发达，地面微波增多，轻则影响天线效率，重则如雷达干扰，数字图象
中断。而准确的卫星场强值是排除干扰了噪声信号的。
天线深度通常分浅碟和深碟，天线的深度用来反映天线的馈源结构，术语叫焦径比值（f/D），通常这个
值在0.25～0.45d间。当f=0.25d时，称为中焦天线，焦点正好在天线口面上。大于0.37d这个值一般叫长
焦天线。天线设计综合考虑效率和抗干扰性，理论计算当抛物面天线取值0.38时天线性能最好，普通天线
多取这个值。如1.5米天线焦距f=1.5X0.38=0.57（米）。另外还有一个根据碟深计算计算焦距的公式，天
线反射面的半径平方与4 倍天线深度之比值即正焦天线的焦距。
我虽是一个普通的卫视发烧友，有机会多次到过视频天线生产厂家，看过卫星天线的生产作业流程。分瓣
天线和偏馈天线，1.8米以下选用0.8mm宝钢板材，经上百吨的液压机一次冲压成型。整体正焦天线采用旋
压成型，精度相当高。再下来是模具定位开孔、酸洗除锈清洗、三次烘干、中途两次喷塑，质检包装入库
。而网状天线龙骨用的是异形铝质方管材，按规格下裁，在模具上人工定位焊接，其精度取决于异形管材
的弧度、人工焊接的准确定位上，如焊接成型后，在特定的模具上轻压二次整形，相信网状天线的精度还
有所提高。
了解场强、天线增益后，读者关心的是它们间的收视关系。场强值表示卫星信号到达地面的最大功率，而
卫星天线的增益表示该天线的聚焦功率。表1中门限值（C/N=6db）是根据链路公式计算出来的理论值（即
极限收视值），而实际收视天线的增益还要大3～8db才行。不难发现天线增益值和场强值有紧密的关系，
要达到一定的载噪比（C/N），场强值大，天线增益值就可小些，反之弱场强就要用大天线。它们的和值
（场强值+增益值）有一个恒定的系数。如门限值时：C≈67（db）、 Ku≈80（db），就是最低门坎系数
。此系数方便记忆，对估测场强或天线增益极有帮助。有人异想天开想用LNB对准卫星直接收视，是否可
行?当卫星场强值大于以上和值时，这个梦想就可能实现。
为了证实天线接收门限值场强的正确性，特购了0.35米偏馈天线，0.9米正馈天线作极限收视实验。查表
推算0.35米天线门限值约49dbw，也就是说它可以收下本地卫星场强49dbw以上个别最强信号，试收达到比
较满意的效果（注2），收下了本地Ku场强47～53dbw8颗卫星的个别强信号。如108.2E的银河直播，查阅
本地Ku场强约52dbw，见图2。收下三个频点讯噪比在 8.3～10.6db间，过FEC=3/4有3～5db的余量。现在
的接收机门限在5db右右，0.35米收视门限值场强还可下调 1dbw（48dbw），而数字接收机讯杂比分贝值
与场强、天线分贝值近似（在数字卫星接收机章节再专题讨论讯杂比），因而可大胆预测，该卫星中国波
束本地场强在52～53dbw间，与网上查阅场强值相符。
图2四川收视银河直播场强分析
现代卫星有数十个转发器，其转发器信号强弱差别较大。就亚S3C波段信号而言，本地最好信号0.55米能
找到影子，照单全收一般天线、普通配置过门限需 1.4米天线，可见卫星的频点信号强弱之差达7～8db之
多。根据卫星信号场强合理选择天线有多个版本，表1是理论计算值；图3、图4是
http：//www.lyngsat.com提供的C/Ku波段收视参考值；图5是国内发烧友整理的实际收视参考值。而真正
达广播级载噪比取值很高，C波段大于15，Ku波段高达20。
图3 C波段收视参考值
图4 Ku波段收视参考值
图5 实际收视参考值
在卫视报刊和网上谈论天线使用的文章话题不少，也存在不少误区。归纳如下：
① 如发烧友用0.75米小天线一头双星收相隔3径度内Ku波段的卫星容易做到，但某些频点在门限附近，心
想如能换大一点天线，增益有所提高此问题能解决，其不然大天线增益提高了，而天线波瓣却变窄了，还
不如原来的小天线一头双星的效果好而百思不解。如用2.4米精度良好的天线一头双星，只能收到Ku波段
相隔 1经度内的卫星，这就是天线波瓣决定的。同轨双星或多星，其实它们相隔0.1～0.2径度，我用2.4
米极轴天线收视泰星2、3号Ku波段时，两星的最佳信号极轴天控器要左右点动一下，能分辩出两星在轨东
、西位置。
②Ku偏馈天线精度好，是不争的事实，用0.75米Ku偏馈天线能当1.5 米正馈天线使用却过于夸大。其实精
度很好的正馈天线也不比偏馈天线差多少。我用过SVEC1.2米和0.9米整体正馈天线，精度相当不错。用阳
光法模拟测试聚焦光斑圆点分别是Φ35、30mm，与0.75米偏馈天线焦点光班（Φ30mm）相当（注：偏馈天
线焦点光斑不是圆点象蝴蝶型，左右斑点较亮），而普通1.5米正馈天线，焦点光斑大于Φ100mm。用1.2
米正馈收视C波段，相当于普通1.4米正馈天线，收视Ku波段，比0.9米偏馈高出讯噪比2db 多。用以上0.9
米正馈、偏馈天线对比测试C、Ku波段效率，其实正馈天线就比偏馈天线少0.3～0.5db（讯噪比），就0.9
米偏馈天线，短、长轴分别为0.9、0.99米，拆合为圆形直径约0.94米，比正馈天线多0.04米，而正馈天
线LNB和馈源遮挡，天线的有效面积还要少些，两者直径之差约 0.06米，同径的偏馈高于正馈0.5db左右
并不是它的精度高而是天线面积稍大所致。关于天线配合馈源收视技术问题，后面将在馈源技术章节专题
讨论。
③ 网上有不少转卖日本二手天线者，吹嘘0.45米（Ku）日产天线可达国产0.75米效果，懂点天线增益的
烧友都知道，0.45米天线就算精品，其增益就 34db，国产0.75米天线再差就算合格品也能达36db，远比
它强。而实际用日产0.45米天线，与国产0.5米天线差不多，也间接证实日产精品天线效率接近80％。