第四章衛(wèi)星接收系統(tǒng)(衛(wèi)星天線與高頻頭)

第四章衛(wèi)星接收系統(tǒng)系統(tǒng)組成:天線、饋源、高頻頭、衛(wèi)星接收機(jī)、功分器。衛(wèi)星接收天線：工作原理、主要參數(shù)、饋源高頻頭：框圖、特性參數(shù)衛(wèi)星接收機(jī)：工作原理、特性參數(shù)功分器：特性參數(shù)、無源功分、有源功分

2023/2/6數(shù)字衛(wèi)星廣播1補(bǔ)充：接收衛(wèi)星電視信號的簡易步驟1、天線、高頻頭、接收機(jī)、監(jiān)視器的正確物理鏈接。（1）安裝好高頻頭（2）電纜連接高頻頭和衛(wèi)星接收機(jī)的輸入口。（3）衛(wèi)星接收機(jī)的輸出接監(jiān)視器。2、設(shè)置衛(wèi)星接收機(jī)按下菜單設(shè)置衛(wèi)星天線：主要是高頻頭的本振頻率，C波段是5150MHz，Ku波段看高頻頭上的標(biāo)識。2023/2/6數(shù)字衛(wèi)星廣播2補(bǔ)充：接收衛(wèi)星電視信號的簡易步驟2、設(shè)置衛(wèi)星接收機(jī)按下菜單設(shè)置衛(wèi)星天線：主要是高頻頭的本振頻率，C波段是5150MHz，Ku波段看高頻頭上的標(biāo)識。添加衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器：主要設(shè)置下行頻率，符號率3、調(diào)衛(wèi)星天線（1）確定衛(wèi)星的位置：根據(jù)經(jīng)度和緯度確定仰角和方位角。2023/2/6數(shù)字衛(wèi)星廣播3補(bǔ)充：接收衛(wèi)星電視信號的簡易步驟3、調(diào)衛(wèi)星（2）細(xì)調(diào)衛(wèi)星2023/2/6數(shù)字衛(wèi)星廣播44.1衛(wèi)星接收天線1、廣泛使用的衛(wèi)星接收天線為反射面天線，由反射面和饋源組成。2、分類：按反射面與饋源的相對位置分為：前饋、后饋和偏饋天線?；脽羝?按工作原理分為：旋轉(zhuǎn)拋物面（前饋天線）、卡塞格倫幻燈片4、格里高利幻燈片5、球形反射面天線。3、作用：收集電磁波2023/2/6數(shù)字衛(wèi)星廣播5卡賽格倫格里高利4．1．1工作原理反射面天線工作原理分析方法：幾何光學(xué)法、口面場積分法、口面電流法。幾何光學(xué)法兩個(gè)基本出發(fā)點(diǎn)：①光線沿直線傳播②入射角等于反射角2023/2/6數(shù)字衛(wèi)星廣播104．1．1工作原理一、旋轉(zhuǎn)拋物面天線旋轉(zhuǎn)拋物面天線（直徑1-4.5米），又稱為前饋天線。1、拋物線定義：到一個(gè)定點(diǎn)（焦點(diǎn)）和一條直線（準(zhǔn)線）等距離的點(diǎn)的運(yùn)動軌跡。2、拋物面形成：拋物線沿對稱軸旋轉(zhuǎn)一周3、拋物線方程：

2023/2/6數(shù)字衛(wèi)星廣播f—拋物線焦距4．1．1工作原理4、旋轉(zhuǎn)拋物面的四個(gè)幾何參數(shù)：焦距f、口面直徑d、口面半張角θ0、拋物面厚度W。

2023/2/6數(shù)字衛(wèi)星廣播12幾何參數(shù)之間的關(guān)系式：一、旋轉(zhuǎn)拋物面天線4．1．1工作原理5、旋轉(zhuǎn)拋物面的焦距口徑比是天線的一項(xiàng)基本參數(shù)。①f=0.25d中焦天線②f小于0.25d短焦天線③f大于0.25d長焦天線f=0.38d天線性能最好

2023/2/6數(shù)字衛(wèi)星廣播13一、旋轉(zhuǎn)拋物面天線4．1．1工作原理6、拋物線的兩個(gè)重要幾何光學(xué)性質(zhì)：①平行于拋物線對稱軸方向入射的射線經(jīng)拋物線反射后一定經(jīng)過焦點(diǎn)。證明：α=β②平行于拋物線對稱軸方向入射的射線經(jīng)拋物線反射后經(jīng)過焦點(diǎn)時(shí)，所走路程是相同的。證明：2023/2/6數(shù)字衛(wèi)星廣播14一、旋轉(zhuǎn)拋物面天線準(zhǔn)線4．1．1工作原理7、旋轉(zhuǎn)拋物面天線的工作原理：天線對準(zhǔn)衛(wèi)星時(shí)，衛(wèi)星發(fā)射的電磁波平行于天線的軸線傳播，經(jīng)反射面反射后同相聚焦。同相聚焦兩層含義：①電波傳輸距離相同，相位相同；②所有反射線都經(jīng)過焦點(diǎn)處聚焦。2023/2/6數(shù)字衛(wèi)星廣播15一、旋轉(zhuǎn)拋物面天線天線的軸線偏離衛(wèi)星方向，就形成散焦。發(fā)射和接收狀態(tài)相類似一、旋轉(zhuǎn)拋物面天線二、卡塞格倫天線1、組成卡塞格倫天線是雙反射面天線。它由主反射面、副反射面和饋源三部分組成。主反射面是旋轉(zhuǎn)拋物面，副反射面是旋轉(zhuǎn)雙曲面。2、主面的3個(gè)幾何參數(shù)：焦距f、直徑d、口面半張角。3、副面有兩個(gè)焦點(diǎn)：虛焦點(diǎn)和實(shí)焦點(diǎn)。虛焦點(diǎn)的位置與主面焦點(diǎn)重合。卡塞格倫天線饋源放置在副面實(shí)焦點(diǎn)。

2023/2/6數(shù)字衛(wèi)星廣播17二、卡塞格倫天線二、卡塞格倫天線4、雙曲線的兩個(gè)重要幾何光學(xué)性質(zhì)：①對準(zhǔn)虛焦點(diǎn)發(fā)出的射線經(jīng)過雙曲線反射之后，必然經(jīng)過實(shí)焦點(diǎn)②從反射點(diǎn)到兩個(gè)焦點(diǎn)的行程差為常數(shù)，對于電磁波來說就是相位差為常數(shù)。雙曲面的作用是將焦點(diǎn)進(jìn)行搬移。2023/2/6數(shù)字衛(wèi)星廣播19三、格里高利天線1、組成格里高利天線是雙反射面天線。它由主反射面、副反射面和饋源三部分組成。主反射面是旋轉(zhuǎn)拋物面，副反射面是凹橢球面

。2、主面的3個(gè)幾何參數(shù)：焦距f、直徑d、口面半張角。3、副面有兩個(gè)實(shí)焦點(diǎn)：焦點(diǎn)F1和焦點(diǎn)F2。焦點(diǎn)F1的位置與主面焦點(diǎn)F重合。2023/2/6數(shù)字衛(wèi)星廣播20三、格里高利天線格里高利天線有兩個(gè)實(shí)焦點(diǎn)，一個(gè)用于發(fā)射，另一個(gè)用于接收。收發(fā)共用通?？梢詫⒔邮震佋窗卜旁诮裹c(diǎn)F1處，由于這個(gè)位置同時(shí)也是主面的焦點(diǎn)，因此接收天線就是一個(gè)旋轉(zhuǎn)拋物面天線；而發(fā)射饋源則安放在焦點(diǎn)F2處。2023/2/6數(shù)字衛(wèi)星廣播21三、格里高利天線三、格里高利天線4、橢球的幾何光學(xué)性質(zhì)：①從一個(gè)焦點(diǎn)發(fā)出的射線經(jīng)過凹橢球面反射之后，必然經(jīng)過另一個(gè)焦點(diǎn)。②從反射點(diǎn)到兩個(gè)焦點(diǎn)的行程之和為常數(shù)，對電磁波來說相位為常數(shù)。凹橢球面的作用是將發(fā)射饋源從焦點(diǎn)F2變換到主反射面焦點(diǎn)。于是對于發(fā)射天線來說，從焦點(diǎn)F2處發(fā)出的射線經(jīng)過凹橢球面反射之后，同相聚焦在焦點(diǎn)fI處(即主面的焦點(diǎn)處)，然后經(jīng)過主面反射之后形成平面電磁波2023/2/6數(shù)字衛(wèi)星廣播23四、偏饋天線1、前饋天線由于饋源阻擋，后饋天線由于反射面的阻擋，效率降低。2、偏饋天線截取前饋和后饋天線的一部分構(gòu)成。雙反射面的偏饋天線是格里高利型。

3、偏饋天線存在偏饋角。4、按口面形狀，偏饋天線分為橢圓形口面和圓形口面。2023/2/6數(shù)字衛(wèi)星廣播24五、球形反射面球形反射面是球面的一部分，可用一副天線同時(shí)接收多顆衛(wèi)星。2023/2/6數(shù)字衛(wèi)星廣播254．1．2主要參數(shù)

天線的主要參數(shù)：增益、方向圖、半功率角、等效噪聲溫度一、增益G1、接收天線增益的定義：設(shè)從空間各個(gè)方向上傳來的電磁波場強(qiáng)相同，天線在某一方向上接收時(shí)，向負(fù)載輸出的功率與一個(gè)理想無損耗天線在該處各個(gè)方向接收時(shí)，輸入到負(fù)載中的功率平均值之比。即：天線增益指定向天線較全向天線對電磁波接收能力大的程度。接收天線增益最大的方向稱為天線的最大接收方向。2023/2/6數(shù)字衛(wèi)星廣播264．1．2主要參數(shù)

2、表達(dá)式2023/2/6數(shù)字衛(wèi)星廣播27dBλ：天線的工作波長C波段：fo=4GHZ、λ=0.075mKu波段：fo=12GHZ、λ=0.025mγ：天線的效率A：天線的口面面積天線的口面面積是垂直于電波傳播方向上的天線的橫截面面積。天線的口面面積越大，就反映了天線能夠截獲的電磁波能量越多，因此天線輸出電平就越強(qiáng)，天線的增益也就越高。一、增益G4．1．2主要參數(shù)

3、天線的口面效率2023/2/6數(shù)字衛(wèi)星廣播28天線的優(yōu)劣就是由天線的口面效率來確定的。天線的口面效率主要依靠測量確定。衛(wèi)星天線的口面效率受很多因素的影響，饋源的性能對天線的口面效率的影響起主導(dǎo)作用。γ=50～70％50％：合格;60％：良好;70％：優(yōu)良4、對圓形口面的衛(wèi)星天線，增益表達(dá)式：

（dB）d：圓形口面的直徑一、增益G4．1．2主要參數(shù)

二、方向圖與方向函數(shù)2023/2/6數(shù)字衛(wèi)星廣播291、衛(wèi)星天線的方向圖：反映了天線增益隨方向的變化。為了方便，通常采用相對增益的概念來畫天線的方向圖，相對增益Gr的定義是Gr=G（θ）-GmaxGmax表示最大接收方向上天線的增益，G（θ）表示天線增益隨方向的變化。4．1．2主要參數(shù)

二、方向圖與方向函數(shù)2023/2/6數(shù)字衛(wèi)星廣播302、坐標(biāo)系內(nèi)衛(wèi)星天線的方向圖：主瓣:包含最大接受方向旁瓣：其余的瓣后瓣：與主瓣方向相差180度4．1．2主要參數(shù)

二、方向圖與方向函數(shù)2023/2/6數(shù)字衛(wèi)星廣播313、幾個(gè)參數(shù)（1）半功率角：衡量主瓣的參數(shù)，記為HP。定義為天線的相對增益比最大值下降3dB的點(diǎn)對應(yīng)的角。即：只要方向偏離主瓣中心到達(dá)半功率角數(shù)值的一半，天線的實(shí)際增益就要下降3dB以上。所以：天線主瓣的中心應(yīng)該對準(zhǔn)接收的衛(wèi)星。4．1．2主要參數(shù)

二、方向圖與方向函數(shù)2023/2/6數(shù)字衛(wèi)星廣播323、幾個(gè)參數(shù)（2）旁瓣電平：衡量旁瓣(后瓣)的參數(shù)叫做天線的旁瓣電平，記為SLL。定義是某個(gè)旁瓣中心方向上的增益與最大增益之間的差。天線的后瓣和旁瓣都反映了天線接收干擾信號的能力。為有效地抑制干擾，希望天線的旁瓣電平越小越好。天線的旁瓣電平可以有苦干個(gè)，對于衛(wèi)星接收天線來說．影響最大的往往是緊靠著主瓣的“第一旁瓣”4．1．2主要參數(shù)

二、方向圖與方向函數(shù)2023/2/6數(shù)字衛(wèi)星廣播333、幾個(gè)參數(shù)在我國關(guān)于衛(wèi)星接收天線的國家標(biāo)準(zhǔn)中對天線的第一旁瓣電平提出了具體的要求：5m直徑以上的天線，SLL1<-14dB；4.5m直徑以下的天線，SLL1＜-12dB。（3）天線半功率角的近似計(jì)算d：圓形四面天線的直徑，單位為m；λ:天線的工作波長思考：小口徑的天線好調(diào)還是大口徑的好調(diào)？

由于小口徑天線的半功率角比較大，因此在調(diào)整天線的指向時(shí)是比較容易的，同時(shí)對衛(wèi)星的漂移不太敏感；而大口徑天線的情況正好相反，由于其半功率角比較小，故在調(diào)整天線的指向時(shí)是比較困難的，且對衛(wèi)星的漂移比較敏感。出于上述的原因，很多大口徑的天線，如c波段內(nèi)7m以上的天線通常要安裝自動跟蹤裝置。4．1．2主要參數(shù)

三、天線的等效噪聲溫度（TA）2023/2/6數(shù)字衛(wèi)星廣播351、天線的等效噪聲溫度反映了天線接收下來并傳送給匹配負(fù)載的噪聲功率的大小。2、表達(dá)式天線送給高頻頭的噪聲功率與天線等效噪聲功率的關(guān)系：Pn=kTAB（W）k：玻爾茲曼常數(shù)1.38×10-23（J/K）B：接收系統(tǒng)帶寬4．1．2主要參數(shù)

3、天線等效噪聲溫度的測量曲線2023/2/6數(shù)字衛(wèi)星廣播36人們經(jīng)過大量的實(shí)際測量發(fā)現(xiàn)，盡管影響天線噪聲溫度的因素很多，但其中天線的仰角和工作波長兩項(xiàng)因素對噪聲溫度影響為最大。三、天線的等效噪聲溫度（TA）4．1．3饋源

用于發(fā)射時(shí)，饋源系統(tǒng)將功率轉(zhuǎn)化為電磁波。用于接收時(shí)，饋源系統(tǒng)將電磁波轉(zhuǎn)化為電功率。

2023/2/6數(shù)字衛(wèi)星廣播37復(fù)習(xí)：反射面天線是由反射面和饋源兩部分組成的，而饋源本身就是一副小型天線。衛(wèi)星接收天線使用的饋源大多為喇叭天線。4．1．3饋源

2023/2/6數(shù)字衛(wèi)星廣播38一、喇叭天線與波導(dǎo)1、喇叭天線就是波導(dǎo)的開口面逐漸擴(kuò)大形成的。2、波導(dǎo)是矩形或圓形的金屬管，傳播的電磁波稱為導(dǎo)行波。矩形波導(dǎo)的主模為TE10波，為橫電波。圓形波導(dǎo)的主模為TE11波，為橫電波。3、標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)內(nèi)壁的寬邊和窄邊長度為2：1。4、矩形波導(dǎo)是線極化的，電場的極化方向?yàn)椴▽?dǎo)的窄邊方向。對調(diào)整饋源很重要。圓形波導(dǎo)基本也是線極化。5、波導(dǎo)相當(dāng)于高通濾波器。4．1．3饋源

2023/2/6數(shù)字衛(wèi)星廣播396、圓形波導(dǎo)是衛(wèi)星天線饋源的核心組成部分。圓形波導(dǎo)(圓波導(dǎo))可以發(fā)射電磁波，同時(shí)也可以接收電磁波。由于圓波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)是完全對稱的，因此它既可以接收(發(fā)射)圓極化波，也可以接收(發(fā)射)線極化波。7、圓形波導(dǎo)的不足

圓形波導(dǎo)的開口面又稱為波導(dǎo)輻射器，它可以輻射或接收電磁被，因此是一種最簡單的口面天線形式。波導(dǎo)的開口面是一種弱方向性的天線，它存在著兩個(gè)明顯的不足之處：①由于波導(dǎo)開口面的面積有限，因此其增益比較低。②由于波導(dǎo)內(nèi)的波阻抗與自由空間的波阻抗不匹配，因此在口面上存在著比較強(qiáng)的反射波，這樣就會影響天線的口面效率。由于上述的原因，開口波導(dǎo)很少直接作為饋源使用。一、波導(dǎo)與喇叭天線4．1．3饋源

2023/2/6數(shù)字衛(wèi)星廣播408、解決的辦法將波導(dǎo)的開口面逐漸地?cái)U(kuò)大，就形成了所謂的喇叭天線。喇叭天線的口面面積較大，因此與開口波導(dǎo)相比，喇叭天線的增益較高；另外在喇叭天線中，波阻抗是逐漸地由波導(dǎo)的波阻抗過渡到自由空間的波阻抗，阻抗匹配狀況有了很大的改進(jìn)，因此口面上的反射系數(shù)比較小。衛(wèi)星接收或發(fā)射天線廣泛使用喇叭天線作為饋源，喇叭天線的核心部分是一個(gè)直徑為0.6λ至1.1λ的圓波導(dǎo)。一、波導(dǎo)與喇叭天線4．1．3饋源

2023/2/6數(shù)字衛(wèi)星廣播419、圓喇叭的結(jié)構(gòu)

圓喇叭的結(jié)構(gòu)如圖4-16所示。因喇叭內(nèi)傳播的電波模式為TE11被，與圓波導(dǎo)中的主模是一樣的。一、波導(dǎo)與喇叭天線二、前饋饋源1、前饋饋源多采用90度波紋喇叭，既可以接受線極化波，也可以接受圓極化波。由圓波導(dǎo)、波紋、圓矩變換段和法蘭盤組成。2、圓波導(dǎo)：是饋源的核心部分,饋源的相位中心在波導(dǎo)口面的內(nèi)側(cè)，距離口面很近，安裝饋源時(shí)應(yīng)該將相位中心調(diào)整到反射而的焦點(diǎn)f處，這樣才能保證饋源的縱向安裝誤差為零。4、90度波紋喇叭：為了提高饋源的效率、減小口面的反射、改善饋源的方向圖，在圓波導(dǎo)的外部安裝一個(gè)或多個(gè)波紋，構(gòu)成90度波紋喇叭。4．1．3饋源

二、前饋饋源5、90度波紋的作用：在波紋內(nèi)激勵(lì)的TE10波和TE11波疊加，使得波紋口面的場分布均勻；改善了饋源和自由空間波阻抗匹配狀況；在正負(fù)50度范圍內(nèi)保證饋源的方向函數(shù)基本不變。前饋式衛(wèi)星接收天線大多采用它作90度波紋喇叭。6、法蘭盤、圓矩變換作為衛(wèi)星接收天線，饋源是通過法蘭盤與高頻頭連接在一起的，由于高頻頭的輸入端為矩形波導(dǎo)，因此在饋源內(nèi)部必須要設(shè)有一個(gè)圓矩變換段，將圓形波導(dǎo)逐步地過渡到矩形波導(dǎo)。4．1．3饋源

4．1．3饋源從波導(dǎo)的正前方觀察，圓波導(dǎo)中心有一條短的豎線，它是高頻頭輸入端內(nèi)的探針。它的方向就是天線的極化方向。阻抗變換器：圓波導(dǎo)和矩形波導(dǎo)的幾何形狀不同，它們的波阻抗也不同，為了減少反射，保證波阻抗匹配，在圓矩變換段內(nèi)設(shè)有阻抗變換器，它是由兩段長度為λ／4的過渡段組成。根據(jù)傳輸線理論，長度為λ

／4的波導(dǎo)或饋線本身就構(gòu)成了阻抗變換器。采用圓矩變換之后，改變了波導(dǎo)的形狀，保證了阻抗匹配，同時(shí)還有利與極化方向的穩(wěn)定。二、前饋饋源三、后饋饋源1、后饋饋源是安裝在主反射面上的，因此其長度不大受到限制。2、后饋饋源的形式有圓喇叭、階梯喇叭、變張角喇叭、介質(zhì)加載喇叭和波紋喇叭等幾種。3、目前，效率最高的后饋饋源形式為波紋喇叭?？ㄙ惛駛愄炀€中使用波紋喇叭作為饋源，天線總的效率可達(dá)75%～85%。雖然波紋喇叭的性能是最好的，但是由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，機(jī)械加工有相當(dāng)?shù)碾y度，因此限制了它的廣泛使用。4．1．3饋源四、圓極化波的接收1、優(yōu)點(diǎn)：接收天線調(diào)整相對簡單一些。2、不便：衛(wèi)星接收系統(tǒng)之中的高頻頭都是線極化的，為了接收圓極化波就必須在高頻頭之前將圓極化波轉(zhuǎn)變成為線極化波。3、辦法：圓極化波轉(zhuǎn)換為線極化波：圓極化波是由兩個(gè)幅度相同、方向互相垂直、相位相差90度的線極化波組成的，因此如果能改變兩個(gè)線極化波的相位差，設(shè)法使其向相，這樣兩個(gè)線極化波疊加之后就仍為線極化波。4．1．3饋源四、圓極化波的接收在衛(wèi)星接收系統(tǒng)中就是使用了90度移相器來完成圓極化波到線極化波的轉(zhuǎn)換工作，衛(wèi)星接收天線里常用的90度移相器有介質(zhì)移相器和銷釘移相器兩種，前者用于前饋天線，而后者用于后饋天線。4．1．3饋源五、雙極化饋源1、為什么用雙極化饋源為了能夠使用一副天線來同時(shí)接收衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)的水平極化波和垂直極化波，就必須使用雙極化饋源。雙極化饋源上有兩個(gè)相互垂直的法蘭盤，分別連接兩個(gè)高額頭來接收水平極化波和垂直極化波。目前在衛(wèi)星接收系統(tǒng)中，普遍采用了雙極化饋源。4．1．3饋源五、雙極化饋源2、目前常見的雙極化饋源的結(jié)構(gòu)有兩種類型：一種饋源的兩個(gè)法蘭盤位于—個(gè)平面上，見圖4—23，另一種饋源的兩個(gè)法蘭盤位于相互垂直的平面上，見圖4—24。由于圓形波導(dǎo)的對稱性，它可以同時(shí)接收水平極化波和垂直極化波，一個(gè)法蘭盤仍然位于圓波導(dǎo)的后面，同時(shí)在波導(dǎo)壁的一例開一個(gè)矩形的口，電磁波的能量可以這兒輸出到另一個(gè)法蘭盤。4．1．3饋源五、雙極化饋源由于后饋饋源的長度是比較長，因此后饋式雙極化饋源中，增設(shè)的法蘭盤就直接安裝在圓波導(dǎo)的側(cè)面，法蘭盤的寬邊與圓波導(dǎo)的軸線平行，這樣兩個(gè)法蘭盤就位于兩個(gè)相互垂直的平面上。前饋饋源的長度受到了一定的限制，所以增設(shè)的法蘭盤往往與波導(dǎo)后方的法蘭盤安裝在一個(gè)平面之上。4．1．3饋源六、一體化饋源1、所謂“一體化饋源”就是將饋源與高頻頭組合在一起。目前作為集體接收系統(tǒng)比較流行的是雙極化雙輸出一體化饋源。見圖4—25。2、一般結(jié)構(gòu)這種一體化饋源內(nèi)部有兩個(gè)獨(dú)立的高頻頭，分別對應(yīng)著水平極化和垂直極化，輸出端有兩個(gè)F型接頭，分別輸出水平極化頻道的第一中頻信號和垂直極化頻道的第一中頻信號，使用起來十分方便。。4．1．3饋源1、目前常用衛(wèi)星接收天線的機(jī)械結(jié)構(gòu)可以分為仰角方位角式和極軸式兩種．大部分的衛(wèi)星接收天線采用仰角方位角式。2、極軸式衛(wèi)星接收天線調(diào)整起來比較簡單，一般僅僅轉(zhuǎn)動一個(gè)角度即可對相當(dāng)多的衛(wèi)星位置進(jìn)行跟蹤，作為電動式衛(wèi)星接收天線比較方便，近年來市場上出現(xiàn)了許多極軸式衛(wèi)星接收天線。4．1．4極軸式衛(wèi)星接收天線階段小結(jié)1、饋源的作用2、標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)內(nèi)壁的寬邊和窄邊長度為()3、矩形波導(dǎo)是線極化還是圓極化？4、波導(dǎo)相當(dāng)于（）通濾波器（高通，低通，帶通）5、圓形波導(dǎo)基本也是（線極化）6、前饋饋源的組成7、什么是雙極化饋源？8、什么是一體化饋源？4．2高頻頭

1、高頻頭通常記為LNB，功能是（1）低噪聲放大，（2）下變頻，（3）中頻放大。2、衛(wèi)星廣播的一個(gè)主要特點(diǎn)就是信號微弱，為了盡可能地減少噪聲的影響，在衛(wèi)星接收系統(tǒng)中是將高頻頭直接與饋源相連接，若將高頻頭與饋源組合在一起就稱為一體化饋源。3、由于電纜對于微波信號的衰減是很大的，因此無論在C波段還是在Ku波段，都需要把衛(wèi)星的下行信號頻率降低至衛(wèi)星接收系統(tǒng)中的第一中頻。4．2．1

高頻頭框圖高頻頭由輸入法蘭盤、矩形波導(dǎo)、耦合裝置、低噪聲放大器(LNA)、本振、混頻、中放和電源穩(wěn)壓幾部分組成。950～1750MHz5150MHz

1、高頻頭輸入端為一個(gè)矩形波導(dǎo)，為了便于與饋源連接，在波導(dǎo)口面處沒有法蘭盤，而法蘭盤都是按照標(biāo)準(zhǔn)的尺寸制造的。與饋源一樣，C波段高頻頭的法蘭盤型號為CPR229G,其外形是個(gè)矩形；而Ku波段高頻頭的法蘭盤的外形則是一個(gè)正方形，兩種法蘭盤的形狀和具體尺寸如圖4—18所示。2、高頻頭的輸出端是一個(gè)陰性的F型接頭第一中頻電纜通過此接頭與高頻頭連接在一起.陰性的F型接頭的直徑為10M，其上的螺紋有英制和公制兩種類型，目前高頻頭使用的多為英制F型接頭。3、高頻頭中的低噪聲放大器與矩形波段之間設(shè)有一個(gè)耦合裝置，這個(gè)耦合裝置將波導(dǎo)內(nèi)傳播的電磁波能量轉(zhuǎn)換成為電流．然后送入放大器進(jìn)行放大。4、耦合裝置有電耦合和磁耦合兩種方式電耦合方式是在矩形波導(dǎo)內(nèi)放置一個(gè)金屬探針，各探針與矩形波導(dǎo)的窄邊平行，它代表了高頻頭的極化方向，探針在電場的激勵(lì)之下產(chǎn)生電流；磁耦合方式是在矩形波導(dǎo)內(nèi)放置一個(gè)小金屬環(huán)，環(huán)的法線方向與波導(dǎo)內(nèi)的電場垂直，小環(huán)在磁場的激勵(lì)之下產(chǎn)生感應(yīng)電流。5、低噪聲放大器通常由四級放大或五級放大組成點(diǎn)，前兩級放大電路按照低噪聲要求設(shè)計(jì)，工作電流比較小，而后兩級(后三級)則按照高增益要求設(shè)計(jì)，工作電流比較大。低噪聲6、放大器的輸入阻抗為50Ω，同時(shí)為了保證工作穩(wěn)定，各級放大電路均設(shè)有阻抗匹配電路，故各級的輸入阻抗和輸出阻抗都是50Ω。整個(gè)高額頭的增益主要由低噪聲放大器決定。7、混頻器產(chǎn)生第一中頻信號：混頻器中的射頻信號頻率fRF與本振信號頻率fOS之差就是第一中頻信號:

fi=|fRF-

fOS|8、高本振與低本振：高本振：當(dāng)本振頻率高于射頻信號頻率時(shí)，稱為高本振；低本振：而當(dāng)本振頻率低于信號頻率時(shí)，就稱為低本振。目前，因?yàn)楸菊耦l率不容易做得很高，Ku波段的高頻頭多采用低本標(biāo)，而C波段的高額頭多采用高本振，高本振抗干擾的能力較強(qiáng)。9、高頻頭所使用的電源：是衛(wèi)星接收機(jī)提供的直流電壓，電壓數(shù)值一般在13v—18v之間，通過第一中頻電纜輸送到高頻頭。在高頻頭內(nèi)部設(shè)有穩(wěn)壓電路，其輸出為高頻頭各個(gè)組成部分提供穩(wěn)定的直流電壓。

4．2．2特性參數(shù)1增益G高頻頭的增益很高，其典型數(shù)值在60～70dB之間。通常，低噪聲放大器的增益在40dB以上，中頻放大的增益在25dB以上，混頻器大約有5dB左右的功率損耗，這樣加在一起，高頻頭的總增益在60dB以上。

4．2．2特性參數(shù)2噪聲溫度TLNB反映了高頻頭內(nèi)部產(chǎn)生的噪聲功率的大小。目前，C波段高頻頭的等效噪聲溫度通常在18K—30K之間。KU波段一般在75K左右.3噪聲系數(shù)NF度量高頻頭內(nèi)部噪聲的參數(shù)

4．2．2特性參數(shù)4本振頻率fOS目前,C波段高頻頭的本振頻率是比較統(tǒng)一的，一般都是5150MHz下行頻率：3700～4200MHz第一中頻：？Ku波段高頻頭的本振頻率有多種，注意看標(biāo)識。5輸入阻抗50

Ω，輸出阻抗75Ω950～1450MHz階段小結(jié)1、高頻頭的功能2、高頻頭的組成，各部分的作用3、什么是高本振？什么是低本振？C波段高頻頭的本振頻率是多少？Ku波段高頻頭的本振頻率是多少？4、高頻頭的輸入阻抗？，輸出阻抗？

4．3衛(wèi)星接收機(jī)數(shù)字衛(wèi)星接收機(jī)又稱為綜合接收解碼器(IRD)，并分為DVB—S和DigiciPher兩種(國際),以及我國的ABS-S(直播星)1、DVB—S框圖：

4．3衛(wèi)星接收機(jī)2、主要特性參數(shù)（1）輸入信號頻率范圍衛(wèi)星接收機(jī)輸入第一中頻信號帶寬通常為500MHz、800MHz或1200MHz；而輸入信號頻率范圍的典型數(shù)值為：950—1450MHz，950—1790MHz，950-2150MHz。（2）輸入信號電平Pi衛(wèi)星接收機(jī)的輸入信號電平為功率電平，其單位dBm,即0dBm相當(dāng)于1mW。典型數(shù)值為：Pi=-60~-30dBm

4．3衛(wèi)星接收機(jī)2、主要特性參數(shù)（2）輸入信號電平Pi電壓電平與功率電平兩種單位之間的換算關(guān)系為:對于75歐系統(tǒng)，則衛(wèi)星接收機(jī)輸入信號電平的典型數(shù)值還可以表示為:

4．3衛(wèi)星接收機(jī)2、主要特性參數(shù)（3）輸入阻抗Zin目前，各種衛(wèi)星接收機(jī)的輸入阻抗均為75Ω，故整個(gè)衛(wèi)星接收系統(tǒng)為75Ω系統(tǒng)即高頻頭和第一中頻電纜都應(yīng)選用75Ω的。（4）噪聲系數(shù)NF(5)第二中頻頻率常見衛(wèi)星接收機(jī)的第二中頻頻率有140MHz、400MHz、510MHz幾種規(guī)格.（70MHz）選擇第中頻的原則是:1)邂開地面上電視廣播的干擾。2)邂開衛(wèi)星上的鏡像干擾。鏡像干擾來自于衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器，信號頻率fS，鏡像干擾信號的頻率fM,和第二中頻頻率fI三者之間的關(guān)系為：2fI=|fS-fM|

4．3衛(wèi)星接收機(jī)2、主要特性參數(shù)

(6)第二中頻帶寬數(shù)字衛(wèi)星接收機(jī)的第二中頻帶寬為一個(gè)數(shù)字電視頻道或數(shù)個(gè)數(shù)字電視頻道所占的頻帶寬度．其典型數(shù)值為：7MHz(SCPC)和30MHz(MCPC)。

(7)視頻輸出

衛(wèi)星接收機(jī)輸出的視頻信號為正極性信號(同步頭向下)，視頻輸出電平的典型數(shù)值為：1Vp-p；視頻信號帶寬的典型致值為：0~5MHz；視頻輸出阻抗為75Ω

。

4．3衛(wèi)星接收機(jī)2、主要特性參數(shù)

8)音頻輸出衛(wèi)星接收機(jī)音頻信號帶寬的典型致值為：0.03—1.50KHz

；音頻輸出電平的典型數(shù)值為：0dBm；音頻輸出阻抗為600Ω.

4．4功分器

功分器是衛(wèi)星接收系統(tǒng)中的一個(gè)必不可少的組件。功能：①將電線輸送到室內(nèi)的一路第一中頻信號平均分配為若干路，提供給各個(gè)衛(wèi)星接收機(jī)。②對各個(gè)衛(wèi)星接收機(jī)之間進(jìn)行有效的隔離，以減少由各接收機(jī)本振泄漏引起的相互干擾。1、分類從結(jié)構(gòu)上看，功分器可分為無源功分器和有源功分器兩大類；所謂有源是指內(nèi)部有放大器，若沒有放大器就稱為無源功分器。根據(jù)輸出的端口數(shù)目，常見的功分器可以分為二功分器、三功分器、四功分器、八功分器、十二功分器等等。

4．4功分器

4．4．1特性參數(shù)功分器的特性參數(shù)有：接人損耗、隔離度、輸入阻抗、輸出阻抗、輸入駐波比、噪聲系數(shù)等，其中接人損耗和隔離度是功分器的主要特性參數(shù)，而其他參數(shù)與衛(wèi)星接收機(jī)的參數(shù)類似。

1、接人損耗L是指功分器的輸入信號電平與輸出信號電平之差。2、隔離度S

隔離度的數(shù)值為功分器一個(gè)輸出端口的干擾信號輸入電平與該干擾信號在功分器其他輸出端口的輸出電平之差

4．4功分器

4．4．2

無源功分器3、無源功分器的構(gòu)成：由微帶線構(gòu)成，或由電感、電容、磁芯等無源器件構(gòu)成4、主要特點(diǎn)是：①工作穩(wěn)定；②結(jié)構(gòu)簡單；⑦基本上無內(nèi)部噪聲。5、無源功分器的接入損耗估算在工程上，考慮到內(nèi)部損耗之后，無源功分器的接入損耗可按下式估算

4．4功分器

4．4．3

有源功分器1、組成：有源功分器是由放大器、電阻分配器和射隨器三部分組成．其核心部分為電阻分配器。

電阻分配器對愉入信號進(jìn)行平均分配，放大器的增益用來彌補(bǔ)電阻分配器的損耗；射隨器在衛(wèi)星接收機(jī)與電阻分配器之間起到緩沖的作用，同時(shí)完成各輸出端口間的隔離。4．5線路放大器作用是彌補(bǔ)電纜的產(chǎn)生的損耗

線路放大器數(shù)字衛(wèi)星接收系統(tǒng)中線路放大器的作用是彌補(bǔ)電纜的產(chǎn)生的損耗，在衛(wèi)星天線與系統(tǒng)前端的距離過遠(yuǎn)的情況之下，就可以采用線路放大器。在衛(wèi)星接收系統(tǒng)中線路放大器的作用：線路放大器的作用是為了補(bǔ)償衛(wèi)星接收系統(tǒng)中電纜產(chǎn)生的損耗。2023/2/6數(shù)字衛(wèi)星廣播84第四章衛(wèi)星接收系統(tǒng)小結(jié)

一、衛(wèi)星接收天線

1、衛(wèi)星接收天線的類型是反射面天線。

2、反射面天線是由反射面和饋源兩部分組成的，饋源本身就是一種天線。

3、在工程上通常根據(jù)饋源與反射面的相對位置，將反射面天線分為前饋天線、后饋天線和偏饋天線三種形式，而從工作原理上來說，衛(wèi)星廣播系統(tǒng)中使用的反射面天線可以分為旋轉(zhuǎn)拋物面天線、卡賽格倫天線、格里高利天線、球形反射面天線等幾種類型。2023/2/6數(shù)字衛(wèi)星廣播854、旋轉(zhuǎn)拋物面天線

旋轉(zhuǎn)拋物面天線是最常用的衛(wèi)星接收天線。饋源位置為拋物面焦點(diǎn)，也稱前饋天線或單反射面天線。饋源發(fā)出的電磁波經(jīng)反射面反射后沿著平行于拋物面軸線方向傳播；對接收天線，當(dāng)天線對準(zhǔn)衛(wèi)星時(shí)，來自衛(wèi)星方向的電磁波平行與天線軸線，經(jīng)反射后聚焦在饋源處。2023/2/6數(shù)字衛(wèi)星廣播865、卡賽格倫天線由主反射面、副反射面和饋源組成，主反射面為旋轉(zhuǎn)拋物面，副反射面為雙曲面，副反射面的虛焦點(diǎn)與主反射面的焦點(diǎn)重合，饋源設(shè)置在副反射面的實(shí)焦點(diǎn)處。對發(fā)射天線，饋源發(fā)出的電磁波經(jīng)主、副反射面兩次反射后沿著平行于拋物面軸線方向傳播；對接收天線，當(dāng)天線對準(zhǔn)衛(wèi)星時(shí)，來自衛(wèi)星方向的電磁波平行與天線軸線，經(jīng)兩次反射后聚焦在饋源處。2023/2/6數(shù)字衛(wèi)星廣播876、格里高利天線由主反射面、副反射面和饋源組成，主面是旋轉(zhuǎn)拋物面，副面為凹橢球面。副反射面有兩個(gè)實(shí)焦點(diǎn)，一個(gè)與主面焦點(diǎn)重合，饋源設(shè)置在另一個(gè)實(shí)焦點(diǎn)處。電波反射特點(diǎn)同卡賽格倫天線?？梢允瞻l(fā)并用。2023/2/6數(shù)字衛(wèi)星廣播887、偏饋天線

偏饋天線是相對前饋天線和后饋天線而言的。實(shí)際上，偏饋天線就是截取前饋天線或后饋天線的一部分而構(gòu)成的，這樣饋源或副面對反射面就不產(chǎn)生遮擋了，從而提高了天線的口面效率。2023/2/6數(shù)字衛(wèi)星廣播898、球形反射面天線球形反射面就是球面的一部分，在衛(wèi)星接收系統(tǒng)中使用球形反射面天線的目的就是使用一副天線來同時(shí)接收多顆衛(wèi)星。球形反射面具有完全對稱的幾何結(jié)構(gòu)，因此它是一種比較理想的接收不同方向信號的接收天線形式。2023/2/6數(shù)字衛(wèi)星廣播90二、衛(wèi)星接收天線的主要參數(shù)1、增益（G）工作在發(fā)射狀態(tài)下的天線稱為發(fā)射天線，而工作在接收狀態(tài)下的天線稱為接收天線。一般不特別進(jìn)行聲明的話，天線的增益是特指最大輻射方向（最大接收方向）上的增益，也就是該天線增益的最大值。接收天線的增益與該天線工作在發(fā)射狀態(tài)下的增益在數(shù)值上是完全相同的，最大輻射方向與最大接收方向也是一致的，故通常人們只說天線的增益。2023/2/6數(shù)字衛(wèi)星廣播91圓形口面天線2、方向圖與方向函數(shù)

衛(wèi)星天線的方向圖反映了天線增益隨方向的變化，為了方便起見通常采用相對增益Gr的概念來畫天線的方向圖。天線的方向圖中的幾個(gè)概念：

1）、主瓣、后瓣、旁瓣

2）、半功率角、前后比、旁瓣電平

3）、半功率角的估算。4）、大尺寸和小尺寸天線哪個(gè)更好調(diào)整？為什么？

2023/2/6數(shù)字衛(wèi)星廣播923、天線的等效噪聲溫度衛(wèi)星接收天線的等效噪聲溫度反映了天線接收下來的并傳送給匹配負(fù)載的噪聲功率的大小。在忽略饋線系統(tǒng)的損耗以后，天線接收下來并傳送給高頻頭的噪聲功率與天線等效噪聲溫度的關(guān)系。2023/2/6數(shù)字衛(wèi)星廣播934、極軸式衛(wèi)星接收天線

目前常用的衛(wèi)星接收天線的支撐方式可以分為仰角方位角式和極軸式兩種，大部分的衛(wèi)星接收天線采用仰角方位角式。由于極軸式衛(wèi)星接收天線調(diào)整起來比較簡單，一般僅僅轉(zhuǎn)動一個(gè)角度即可對相當(dāng)多的衛(wèi)星位置進(jìn)行跟蹤，作為電動式衛(wèi)星接收天線比較方便，近年來在市場上出現(xiàn)了許多極軸式衛(wèi)星接收天線。2023/2/6數(shù)字衛(wèi)星廣播94三、饋源1、波導(dǎo)：矩形或者圓形的金屬管，波導(dǎo)相當(dāng)于高通濾波器。矩形波導(dǎo)是線極化，電場的極化方向平行于波導(dǎo)的窄邊。矩形波導(dǎo)的寬窄邊比為2：1。圓波導(dǎo)是饋源元的核心部分，把圓波導(dǎo)的開口面逐漸擴(kuò)大就形成了喇叭天線。2、衛(wèi)星接收系統(tǒng)使用的饋源大多為喇叭天線。3、前饋式衛(wèi)星接收天線大多采用90度波紋喇叭作為饋源，由圓波導(dǎo)，波紋，圓距變換段和法蘭盤組成。C波段與Ku波段的波長比為3：1，所以他們使用的圓波導(dǎo)內(nèi)徑比為3：1.2023/2/6數(shù)字衛(wèi)星廣播95饋源4、后饋式饋源安裝在主反射面上。5、圓極化波的接收