數(shù)字衛(wèi)星廣播地面接收系統(tǒng)及其維護(hù)

孟祥慶

（國(guó)家新聞出版廣電總局七六三臺(tái)，樺甸 132400）

1 系統(tǒng)簡(jiǎn)述

數(shù)字衛(wèi)星廣播地面接收系統(tǒng)又稱(chēng)作衛(wèi)星廣播地面接收站，按照分類(lèi)可分為廣播電視衛(wèi)星接收系統(tǒng)、專(zhuān)業(yè)衛(wèi)星接收系統(tǒng)和家庭衛(wèi)星接收系統(tǒng)[1]。

（1）廣播電視衛(wèi)星接收系統(tǒng)作為電視臺(tái)的一部分，采用多部衛(wèi)星接收天線接收星載轉(zhuǎn)發(fā)器發(fā)來(lái)的微波信號(hào)，在經(jīng)過(guò)對(duì)信號(hào)的放大解調(diào)處理后，由發(fā)射機(jī)經(jīng)發(fā)射天線發(fā)射出去，實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的中轉(zhuǎn)放大處理。

（2）專(zhuān)業(yè)衛(wèi)星接收系統(tǒng)常用于信號(hào)處理和傳輸，此系統(tǒng)把經(jīng)由天線和接收機(jī)收到的電視信號(hào)經(jīng)射頻調(diào)制、混合后，作為信號(hào)源送入有線電視網(wǎng)內(nèi)。

（3）家庭衛(wèi)星接收系統(tǒng)是最簡(jiǎn)單的衛(wèi)星廣播電視接收站，它得益于廣播電視“村村通”工程，一般由小口徑接收天線、數(shù)字衛(wèi)星機(jī)頂盒和電視機(jī)組成，適用于家庭用戶。

2 系統(tǒng)的基本組成

數(shù)字衛(wèi)星廣播地面接收系統(tǒng)由衛(wèi)星接收天線、高頻頭、功分器、數(shù)字衛(wèi)星接收機(jī)和第一中頻電纜組成。衛(wèi)星天線接收的微波信號(hào)在高頻頭中經(jīng)過(guò)放大、混頻后由電纜送到接收機(jī)中，在接收機(jī)中進(jìn)行多種數(shù)字化處理，由數(shù)字衛(wèi)星接收機(jī)輸出視音頻信號(hào)。

2.1 衛(wèi)星接收天線

目前廣播電視衛(wèi)星接收系統(tǒng)主要接收C波段和Ku波段的信號(hào)，C波段主要使用反射面天線，Ku波段主要使用反射面天線和平面天線。反射面天線由反射面和饋源組成，天線按饋源位置不同可分為前饋天線、后饋天線和偏饋天線三種，前饋天線又稱(chēng)為拋物面天線，后饋天線是雙反射面天線，主要有卡塞格倫、格里高利和環(huán)焦三種類(lèi)型的雙反射面天線。天線主面均為拋物面，卡塞格倫天線的副反射面為雙曲面，格里高利天線的副反射面為橢球面，而環(huán)焦天線的副反射面為橢球弧繞主反射面軸線旋轉(zhuǎn)一周構(gòu)成。偏饋天線因饋源偏離發(fā)射面的口徑而得名，它是為了防止電磁波能量被副反射面阻擋而將饋源和副反射面移出天線主反射面的輻射區(qū)，這樣就不會(huì)遮擋主波束，從而提高天線效率，降低旁瓣電平。

衛(wèi)星接收天線和饋源合稱(chēng)天饋系統(tǒng)，其中天線接收衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器發(fā)射到地面的信號(hào)，饋源接收天線發(fā)射來(lái)的信號(hào)。饋源由饋源喇叭、極化變換器、阻抗變換器和過(guò)渡部分構(gòu)成，饋源是用來(lái)轉(zhuǎn)換電磁波能量的，它是天線的核心。天線是無(wú)線電設(shè)備系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的裝置，其性能的好壞直接影響無(wú)線電設(shè)備系統(tǒng)性能的好壞。表征天線性能常用電參數(shù)有：天線增益、天線方向圖、天線極化、天線電壓駐波比、天線噪聲溫度、端口隔離度、天線帶寬等。

2.2 高頻頭和功分器

高頻頭又稱(chēng)為低噪聲下變頻器，它的作用是將接收到的衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行低噪聲寬頻帶放大和下變頻，低噪聲放大器要求噪聲系數(shù)低，增益高，對(duì)天線接收到的微弱信號(hào)進(jìn)行有效放大，提高接收系統(tǒng)的信噪比。高頻頭將信號(hào)轉(zhuǎn)換為符合接收機(jī)頻率范圍（950-2150MHz）的第一中頻信號(hào)，同時(shí)也避免因頻率過(guò)高造成饋線損耗增大和高頻輻射嚴(yán)重。

圖1 高頻頭結(jié)構(gòu)框圖

功分器是功率分配器的簡(jiǎn)稱(chēng)，它的作用是將高頻頭輸出信號(hào)的功率分成相等的幾路信號(hào)輸出，并且要求各支路彼此隔離。功分器用來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)地面衛(wèi)星接收天線能同時(shí)接幾臺(tái)衛(wèi)星接收機(jī)，每臺(tái)接收機(jī)可解調(diào)不同的頻道，以便接收不同頻道的廣播電視節(jié)目或供多臺(tái)衛(wèi)星接收機(jī)分別使用。功分器分為有源功分器和無(wú)源功分器兩種。

第一中頻電纜接在衛(wèi)星天線與接收機(jī)之間，它的作用是把天線接收到的電磁波信號(hào)饋送給接收機(jī)，起著傳輸能量和分離電波的作用。為了高效率傳輸能量，饋電設(shè)備的損耗必須很小。

2.3 數(shù)字衛(wèi)星接收機(jī)

（1）數(shù)字衛(wèi)星接收機(jī)的功能

數(shù)字衛(wèi)星接收機(jī)接收高頻頭傳送來(lái)的第一中頻信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行解調(diào)選擇接收頻道，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行去加重、去擴(kuò)散、放大處理還原為標(biāo)準(zhǔn)視音頻的信號(hào)輸出。

（2）數(shù)字衛(wèi)星接收機(jī)的原理

現(xiàn)以北京匯訊高科電子技術(shù)有限公司生產(chǎn)的ACS1240AT系列數(shù)字衛(wèi)星接收機(jī)為例介紹數(shù)字衛(wèi)星接收機(jī)原理。數(shù)字衛(wèi)星接收機(jī)將射頻信號(hào)通過(guò)接收機(jī)調(diào)諧器解調(diào)出衛(wèi)星頻道節(jié)目，輸出節(jié)目復(fù)用碼流，邏輯芯片對(duì)復(fù)用碼流進(jìn)行分接處理，通過(guò)邏輯電路搜索提取節(jié)目流中所有節(jié)目PID和節(jié)目名稱(chēng)存儲(chǔ)到控制器的E2PROM，選擇播出的節(jié)目PID存儲(chǔ)到FPGA（邏輯芯片）硬件中，數(shù)字信號(hào)處理器將MPEG信號(hào)解碼輸出數(shù)字音頻（AES/EBU）信號(hào)，數(shù)字音頻信號(hào)經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換為模擬音頻信號(hào)，模擬音頻信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波放大電路，輸出平衡的模擬音頻信號(hào)，視頻信號(hào)通過(guò)視頻編碼器輸出。此型號(hào)接收機(jī)帶有運(yùn)行圖功能，節(jié)目運(yùn)行圖可通過(guò)監(jiān)控軟件編輯完成后提前下載到接收機(jī)存儲(chǔ)器中。運(yùn)行圖接收機(jī)內(nèi)部有高精度實(shí)時(shí)鐘，時(shí)鐘24小時(shí)的誤差小于0.5秒。

圖2 數(shù)字衛(wèi)星接收機(jī)原理圖

3 系統(tǒng)的維護(hù)

3.1 天線的維護(hù)

（1）定期檢查天線的方位角、仰角是否正確。

（2）定期檢查天線調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和各部位螺栓是否松動(dòng)。

（3）定期檢查天線避雷針接地是否良好。

（4）定期檢查饋線是否有老化、斷路現(xiàn)象。

（5）定期檢查高頻頭輸出接頭是否松動(dòng)、有無(wú)滲水現(xiàn)象。

（6）冬季雪天及時(shí)清除反射面的積雪。

（7）天線的金屬構(gòu)件如果有脫漆現(xiàn)象要及時(shí)補(bǔ)漆，天線每2-3年應(yīng)全部補(bǔ)漆一次。

（8）在強(qiáng)臺(tái)風(fēng)來(lái)臨之前，應(yīng)將天線口面收起至仰天位置。

3.2 數(shù)字衛(wèi)星接收機(jī)的維護(hù)

（1）保持設(shè)備通風(fēng)良好，嚴(yán)禁用物體遮蓋設(shè)備。

（2）保持設(shè)備清潔，用柔軟的布擦拭，嚴(yán)禁用汽油或腐蝕性液體清洗表面。

（3）及時(shí)清理設(shè)備兩側(cè)散熱通風(fēng)口的灰塵。

（4）定期查看設(shè)備工作溫度是否正常。

（5）通過(guò)LCD顯示查看設(shè)備工作是否正常。

3.3 數(shù)字衛(wèi)星接收機(jī)故障排除

（1）信號(hào)鎖定燈不亮，無(wú)法接收衛(wèi)星信號(hào)：檢查衛(wèi)星天線是否對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星，檢查線路電氣連接是否松動(dòng)，檢查L(zhǎng)NB供電電壓，檢查衛(wèi)星參數(shù)設(shè)置是否正確。

（2）衛(wèi)星接收機(jī)不能正常切換節(jié)目：查看接收機(jī)時(shí)鐘是否有問(wèn)題，查看下載到接收機(jī)中的運(yùn)行圖是否正確。

3.4 數(shù)字衛(wèi)星接收機(jī)測(cè)量

模擬衛(wèi)星通信系統(tǒng)中一個(gè)重要指標(biāo)是載噪比C/N，是指已調(diào)信號(hào)的平均功率與加性噪聲的平均功率之比，單位為dB。而數(shù)字衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的一個(gè)重要指標(biāo)是Eb/N0，Eb是每比特信號(hào)能量，它的單位是焦耳/比特，N0是噪聲功率譜密度，它的單位是瓦特/赫茲。Eb/N0表示每比特信號(hào)能量與噪聲功率譜密度之比，實(shí)際上也是一種信噪比，它是數(shù)字衛(wèi)星接收的一個(gè)重要指標(biāo)，Eb/No是接收機(jī)的解調(diào)門(mén)限，它能反應(yīng)出接收機(jī)的接收靈敏度。

在實(shí)際工程測(cè)量中，可以用頻譜分析儀測(cè)量出載噪比C/N，根據(jù)公式：Eb/N0=C/N-10lgRb計(jì)算出Eb/N0，其中Rb為數(shù)字信號(hào)比特率，在DVB-S系統(tǒng)中一般選用凈碼率作為數(shù)字信號(hào)比特率[2]，在數(shù)字衛(wèi)星接收機(jī)說(shuō)明書(shū)都會(huì)說(shuō)明Eb/N0門(mén)限值，我們可以根據(jù)測(cè)量出的Eb/N0值來(lái)判定接收機(jī)的性能好壞。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了數(shù)字衛(wèi)星廣播地面接收系統(tǒng)各部分的組成和原理，并對(duì)系統(tǒng)的維護(hù)和數(shù)字衛(wèi)星接收機(jī)的測(cè)量做了簡(jiǎn)要說(shuō)明，希望本文能對(duì)廣播電視從業(yè)者有所幫助。

[1] 韓廣興，韓雪濤.數(shù)字衛(wèi)星接收站的安裝與調(diào)試.[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009：48-50.

[2] 劉洪才.光廣播電視衛(wèi)星數(shù)字傳輸技術(shù).[M].北京：中國(guó)廣播電視出版社，2003.