漫談衛星電視接機器收技術世界上第一顆人造衛星上天已有半個世紀，隨著科學技術的發展，而今人造衛星被廣泛應用于科學、氣象、地球物理、軍事和其它研究用途。掌握衛星應用技術多少及衛星科技含量的高低，是象征一個國家是否邁向世界強國的標志。而廣播衛星(BS)緣于通信衛星(CS)還要晚幾年，而實用的廣播衛星應用于70年代，80年代衛星直播電視、高清晰電視等進入實際使用階段。90年初數字技術的成熟推動了衛星數字電視的迅猛發展。我國和亞洲地區較西方發達國家在衛星領域又要晚一、二十多年。我國的衛星廣播起源于70年代初，而后起之秀的衛星大國中國，在衛星領域有研發現代衛星的能力，現在同世界衛星大國的差距是越來越小。衛星電視我們今天談的廣播電視衛星(簡稱廣電衛星)，就是人造衛星中的同步衛星(又稱靜止衛星)。在衛星通信等電信業務中的一種主要用途，是用來傳送聲音和圖象的廣播電視衛星。它位于赤道上空35786Km，繞地球同步運轉，地面觀察者看衛星是相對靜止，俗稱同步衛星運行的軌道為同步軌道或靜止軌道。靜止衛星其實就是一個高空定點微波差轉臺，可實現點到點、點到面的衛星通信。早期的通信衛星轉發器功率較小，地面站接收天線需幾十米大的天線。進入廣播衛星時代，地面站接收天線達到實用階段。現代的直播衛星地面站接收0.5米天線是標準配置。就Intelsat衛星而言現在也發展到第九代了，現代衛星集通信衛星、廣播衛星、直播衛星為一體，全面擔負衛星通信的工作。由地面無線傳輸、有線傳輸和衛星傳輸三大主流傳輸電視信號，組成完善的電視信號服務系統。而衛星電視廣播具有覆蓋面廣、傳輸距離遠、信息量大、信號質量高、不受地理條件限制等優點，近幾年發展迅速。特別是直播衛星數字電視(DTH)用戶使用很小的天線，安裝維護簡單，可靠性高是衛星電視發展的方向、個體接收用戶的首選。今后Q波段(40.5-42.5GHz)以上V(84-86GHz)衛星廣播頻段的開通應用，衛星天線還會小許多，名副其實碟形將會出現。少年時代的我就癡迷于無線電。70年代始我國的第一顆人造衛星上天，就購過第一本衛星書籍，《同步衛星》的科普讀物。也曾記得中美建交美國總統訪華，實況轉播自帶上星設備，微波傳送到廣洲上星，后聽說這套設備還贈送了我國，而當時的我才第一次見到黑白電視的模樣。此后一直關注我國的衛星發展，84年“東方紅二號”同步衛星上天，標志作我國的廣播電視衛星的開始，85年租用國際通信衛星開始向全國轉播CCTV-1模擬電視節目，當時縣級收轉需6米天線，以后“東二甲”上天，亞洲一號的播出，購買漂來的衛星(中星5號)，教育、中央、省市臺的模擬電視節目上天了，90年代中期中央、省市臺開始了衛星數字電視廣播。至今已實現中央、省市衛星電視全面數字化，模擬電視已在歷史長河中消失，上百套數字電視在自已的幾顆廣播衛星上播出。中星九號的衛星發射.使我國進入了直播衛星數字電視時代。而我國個體電視接收(TVRO)源于80年代初714熒光屏的L波段，也算我國衛視發燒的起源。90年代初亞洲一號升空，掀起了衛星電視實用收視熱潮，有著電子愛好又一直從事這方面工作的我，自然是會趕時髦、湊熱鬧、隨大潮緊跟形勢走。隨著90年代中期亞洲上空數字電視的不斷增多，從C波段向Ku波段迅速發展，Ku波段無疑是直播衛星的最佳選擇。一大批衛星電視發燒友不論城鎮鄉村，為探索衛星接收技術，確實是悄然存在。面對衛星電視的普及發展，衛星電視接收技術也不再是廣電部門、衛星電視發燒友掌握的專利，而要向電子愛好者、衛星電視用戶普及這方面的科學知識。科學技術的發展既便你是衛視領域的專家教授，也得要不斷地學習新的技術，況且衛星廣播電視是門年輕學科。前些年，衛星電視接收技術的專業書籍相當貧乏，只有報刊雜志衛視器材商的另碎介紹，加之衛視器材制造商的技術封鎖和高得出奇的價格，使普通人諸如一般電子愛好者很難有機會探索衛星電視接收的奧秘。現在的情況與昔日完全不同，互聯網上可查到衛星電視的最新信息，專業書刊不再難求，普通衛星接收器材也非當初，昔日你喜愛電子技術、有點電工基礎，或從事家電行業，學點衛星電視接收的專業知識，會很快掌握衛星電視接收技術，達到一個較高的接收水平。本人近年來所化心血一直在衛星電視接收技術上，擁有SVEC2.4米網狀極軸衛星天線，一網打盡了從東(174°E)到西(36E°)四十多顆衛星上的C、Ku節目，由于四川中部處于亞洲衛星多波束交匯處，獨特的地理環境，創造了亞洲2.4米天線收視衛星之最；在本地(全文下同:東徑104°、北緯29.5°)首次收下了日星的東北亞波束，為內地收視這些衛星和波束提供了一手資料。在饋源技術方面，涉及圓極化、正饋天線Ku收視技術及極軸天線一網打盡(C/Ku)接收技術方面化過不少心血，有自創實用的收視理論及實踐和方法，后面將逐一詳解。希望共同提高衛星電視接收水平就是我的創作本意。廣播衛星波束與場強同步廣播衛星由星體、轉發器及其天線、太陽能電源糸統、姿態控制與軌道控制糸統、遙測與遙控糸統等組成。本文只簡介核心部分轉發器及其發射天線的基本工作原理。轉發器接收地面發來的電視信號(上行信號)，將其變頻并放大到足夠的功率，大功率的功率放大管由行波管擔任。大功率廣播衛星一般C波段行波管放大器功率超過55W、Ku波段功率更高達150W以上。現代大功率衛星有數十個轉發器，通過技術處理用多工器將各頻道的下行信號遙測合并，再經環行器送到發射天線(衛星發射天線屬通信類定向天線)向地面覆蓋區轉發衛星電視信號(下行信號)，為提高地面衛星信號強度，有效利用下行信號資源，發射天線的方向圖應根據地面服務區的形狀來確定。衛星發射天線按其覆蓋區的大小，可分為全球波束天線、區域波束天線、點波束天線、賦形波束天線，衛星波束示意圖見圖1。衛星發射天線其形狀屬定向發射天線，其張角的大小決定波束面積的大小，對廣播衛星而言，全球波束的半功率寬度約17.4°、點波束的半功率寬度只有幾度或更小、而賦形波束天線，覆蓋區輪廓不規則，視服區的邊界而定。為使波束成形，通過修改反射器或用多個饋源從不同方向經反射器產生多波束的組合來實現。在大容量廣播衛星中往往用多副天線產生多個波束，還備用了可移動波束及波束擴展技術。衛星信號傳送的極化方式有兩種標準:線極化和圓極化，利用垂直極化(V)與水平極化(H)、左旋圓極化(L)和右旋圓極化(R)相互隔離之特性傳送不同的電視節目。這兩種極化有各自的優缺點。圓極化雨、雪衰減小，穿透電離層能力強，不受地球兩極磁場產生的法拉第效應，安裝調試簡單(不用調整極化)；制造性能較好的線極化LNB比圓極化容易的多，其效率較高，線極化10GHz以上頻段法拉第效應甚微，在中緯度地區廣泛應用，缺點需調整極化。這也就不難理解，新型俄星C波段用圓極化，Ku波段用線極化的原因。而我國中星九號直播衛星采用的是圓極化，一是國際規定受保護的波束、頻段、極化方式避免可能引起的干擾，二還有降低雨、雪及電離層的衰減。廣播衛星通過轉發器-發射天線，將電視信號發送到達地面的微波電磁波信號的強度，技術用語稱等效全向輻射功率，簡稱場強(EIRP)，其功率大小值由dBw表示。由于衛星發射天線定向地面發射，功率分布并不均勻、再加“自由空間路經損失”，因此衛星覆蓋區域中心位置的功率，要大于其邊緣位置的功率。我們將這些相同與不同糸例EIRP等值線重疊在地圖上，得到一個完整的波束覆蓋圖，簡稱場強圖。常見的場強見圖2、圖3、圖4。衛星電視場強圖的作用，是為接收者提供收視參考。通常我們看到的衛星場強圖都是理想值，即單一轉發器的最大功率。有些衛星場強圖提供的數據，實際收視與計算值誤差較大，這與上行、下行信號的功率有關，而影響功率的因素多多。如衛星器件的老化，空間損失等。由于C頻段(3.4～4.2GHz)與地面微波(中繼信號)共用這一頻段，為防止相互干擾，早期限制C頻段廣播衛星地面場強在36dBw左右，也限制了小型接收天線(1米以下)收視C頻段的可能，近年這些限制有所放寬，C頻段場強值大于40dBw衛星也常見，為小型天線收視C頻段提供了方便。而Ku頻段地面場強就不受此限制，現代直播衛星的Ku場強高達55dbw以上，直播場強覆蓋區用0.35米天線就可滿意接收。我們要了解衛星場強圖，看懂衛星場強圖，要根據場強圖選擇合適的接收器材，收視相應的衛星節目，是廣大讀者所期待的。以后將遂一介紹。要獲取衛星頻道場強圖，最方便的是上網查詢。國內有幾個專做衛星參數的網站，不太全面。我喜歡上www.省略/查詢衛星參數，方便準確，在衛星參數欄后Beam欄附有該參數的波束場強圖，點擊C、Ku、NEAsia、India字樣打開鏈接，調出該波束的場強圖，看地圖上波束是否覆蓋本地，覆蓋本地波束場強值是多少，以作收視參考。另一途徑是直接訪問衛星公司獲取場強圖，順便還可查一下該衛星的全部資料。我國上空的廣播衛星信號資源在赤道上空的同步軌道上，有幾百顆同步衛星在軌工作，其中有導航、軍事、科研、廣播等多種用途同步衛星，而在這幾百顆衛星中，廣播電視衛星占有相當數量，這些廣播衛星用不同的波束為全球不同的地區和國家服務。以前為防止衛星的相互干擾，相鄰衛星之間間距須相隔3度以上，科學的發展為充分利用有限的同步軌道資源創造了條件，現代衛星間距相隔小于3度甚至0.5度也不足為奇，一點多星技術也在廣泛應用。我國地大物博，幅員遼闊，東西橫跨(135°－73°E)62個經度，南北縱橫(3°－58°N)55個緯度，周邊與近廿十個國家相鄰，是亞洲版圖最大的國家。如果在我國東西點外做極限仰角收視，將會收到超過200個經度的廣播衛星信號，有近百顆廣播衛星波束資源可利用。在我們漫游廣播衛星資源網站時，會發現以下波束覆蓋、或鄰近波束部分覆蓋我國的疆土，有豐富的廣播衛星信號資源可利用，為衛視發燒友收視這些衛星信號創造了極好的條件，也為在華工作的外藉人員收視本國衛星信號提供了方便。為了便于查閱我國上空的衛星資源，用表格整理列出，備有國內收視場強參考，具體收視點場強網上查詢，收視點天線大小可參閱www.省略/網站場強圖中附表值，實際場強以收視天線為準。從表中資料及實際收視看，在東徑105度、北緯30度，是部分衛星東、南、西、北波束的交匯處，在這一區域內是亞洲尋星最好的地方。衛星電視接收天線衛星電視接收器材的主要部件是衛星接收天線、高頻調諧器、接收機所組成。它們有各自的功能和任務，通過饋線連接調試，完成衛星廣播信號的接收。對于專業工作者或衛星電視發燒友，須對衛星電視接收器材的原理、性能、作用有全面的了解，才能很好接收廣播衛星信號。下面分章介紹這三個主要設備的情況。衛星接收天線的作用是收集由衛星傳來的微弱信號，盡可能去除雜波。衛星天線從外型上看一般兩類，拋物面天線和平板天線。拋物面天線從材料上看，分金屬和玻璃鋼制品，金屬材料又分鋁質和鐵質（編者注：一般用天線很采用鐵質，業余和燒友常采用這低質價廉的天線），鐵質的強度好，鋁質和玻璃鋼不易銹蝕。從機械結構上有一次成型整體型和分瓣拼裝型，整體型的天線精度高，大尺寸的天線運輸不方便。天線面又分板狀和網狀形，網狀天線的抗風性好，鋁質網面輕在極軸天線上應用可有效解輕推桿負荷。在網上還見到有頭盔天線和發燒友制作的號筒天線。衛星電視信號的極化有兩種極化(圓極化和線極化)方式，其天線是一樣的（編者注：實質上不是一樣的）。具體的衛星天線又分以下類型：①正饋天線，C波段應用最多。②后饋式天線，商用天線，在4.5米以上大天線上應用。③偏饋天線，設計用于Ku波段接收，常見的是1.2米以下整體型天線，改造饋源后可用于C波段接收。④平板天線，分有源和無源兩種。有源平板天線采用的是微電路技術，國內合資廠商也在生產，去年底在媒體上有多篇文章介紹過，終因價格偏高、極化單一、增益有限難以推廣。而無源平板天線是在透明表面中覆蓋了很多由金屬構成的同心圓，形成電子透鏡用于聚焦信號，在國外網站見過叫透視天線。不過平板天線用于直播衛星的接收是最理想的選擇。（編者注：這種天線由于外觀形似平面板塊，燒友們錯誤的稱其為平板天線。它實際上是多螺旋天線，用于同極化電波接收的一種專用天線，它也不是透視天線，透視天線是一種介質天線，其原理和多螺旋天線完全不同）。⑤多焦點天線，是由球面和拋物面組合而成，同時接收多顆衛星的信號。而發燒友用單焦點天線實行多顆衛星的接收，最頭痛的問題是大偏角偏焦衰減難以克服。多焦點天線就不存在這一問題，但天線面積較大。（編者注：多焦天線是由多個拋物面天線組合而成，在設計上保證了每個焦點的接收，而發燒友的單焦點天線的接收，由于使用了低價劣質天線，由于它的方向性系數極差，再加上衛星信號很強，因此才陰差陽錯的獲得成功）⑥電動馬達驅動天線。分極軸鏈條式天線、單推桿極軸天線和仰角方位式驅動天線，電動天線尋星、換星最方便。網上的頭盔天線，應屬全向聚焦天線類，與軍事上球型無源遠程監控雷達類同。而我們使用最多還是技術成熟，相對價格便宜的拋物面天線，C波段收視以正饋天線為主，Ku波段接收以偏饋天線為主。根據具體使用情況合理選擇衛星天線是衛星接收技術人員最基本的技能，如固定接收某顆衛星，首先了解衛星的頻段、場強，衛星接收者的使用環境和條件，是一般或廣播級收視、自然環境中的雨雪風等，及工程造價合理選擇相應尺寸的C、Ku天線。如果你是TVRO首推網狀極軸天線是最佳選擇。衛星接收天線的性能，體現在天線性能的參數上，這些參數包括增益、效率、主波瓣寬度及旁瓣（編者注：應為方向性系數）、噪聲溫度及天線深度。在說天線參數之前，有必要先弄明白一個物理量分貝(db)。分貝是國家選定的非國際單位制單位。它是我國法定計量單位中的級差單位。分貝是表示電氣、機械和聲學等信號在傳輸過程中的功率增加(增益)與減小(損耗)的計量單位。不少工程技術人員都熟知它，但很多人都對它感到生疏和奧秘，為此，有必要重溫這一術語，弄請它的涵義。在電磁學中其定義為：兩個同類功率量或可與功率類比的量之比值的常用對數乘以10等于1時的級差。其放大量級表達式為:Nd=10(P/Po)，由于其數值較大，不便記憶。換用分貝表達式為:Nd=10Nb=10Lg(P/Po)。（編者注：電平的基本單位為貝爾Bel著名的科學家名字命名，常用它的十分之一分貝1／10dB表征電文信號的大小，dB不能書寫為db，因為dB是個特定單位）例如，若傳輸分別增加1、10、20、30dB時，表示被測功率比基準功率分別增大1.259、10、100、1000倍，若傳輸減小當然就是負值。而我們在衛視收視中常用到的分貝(db)有以下:衛星場強(dbw)、天線增益及天線噪聲、高頻頭中的增益和噪聲系數、數字接收的載噪比(C/N)等。這些分貝有各自的含義，敬請注意!1.天線增益天線增益指衛星信號經天線聚焦后增大的倍數，信號越弱，要求的增益就越大。①天線增益與天線直徑有關。直徑越大接收面積越大，接收的衛星信號多增益就大，與天線的半徑的平方成正比。②天線的增益與信號頻率有關。信號頻率越高，增益就越大。與天線增益的信號頻率的平方成正比。③天線增益與天線的精度有關。精度越高，增益就越大。精度不良聚焦差，高頻率信號要求更高。因此Ku波段天線精度要求比C波段天線更高。2.天線效率天線效率指有百分之多少的信號真正地被天線饋源所收集。理想值是100％，實際上不可能，正饋天線LNB與饋源阻擋，制造上天線的反射面不可能絕對精確，而根據理論值計算天線效率最高可達83％。通常把天線效率的高底分為三個等級，優質70％以上、良好60％、合格50％。頂級的精品Ku偏饋天線最高達80％。而一個等級之差約0.6db，合格天線到頂級差三個等級近2db。相當于一個頂級的0.75米與合格的0.9米Ku天線增益成等值。可見選擇優質天線的重要性。當然天線精度好，效率也自然高。為了便于查找及資料收藏，我把常用天線增益及天線場強門限值二表合一，見表2。在表中可方便查閱天線口徑的增益與場強的對應關系，對衛星收視很有參考價值。詳文可查閱本人之作《門限接收載噪比C/N及其應用》(注1)注:表中的天線效率為70％；C、Ku均為數字信號門限值C/N=6dbw、模擬信號門限值加2dbw即可。收視一般、良好、優質、收轉，C波段在門限值上依次遞增1.5；Ku依次遞增2db即可。3.天線主波瓣寬度及旁瓣在有的書上稱天線的方向性，天線方向圖如圖6所示，天線接收的信號主要來自于主波瓣，主波瓣中心最大功率為0db，波瓣寬度定義為功率下降一半即3db時主波瓣的寬度（編者注：主波瓣寬表征，所以主瓣寬度又用豐功率大角表述，此角度越小，表示天線的方向性越強，指向性越尖銳，抗干擾能力越好，低價劣質天線半功率角很大，會大達二三十度，抗干擾能力差，因此，可以實現一局多星的接收）。天線主波瓣的寬度與天線口徑、精度、頻率有關，天線口徑越大，頻率越高，波瓣寬度會變窄。同口徑的天線精度越高，波瓣越窄。現在的廣播衛星相隔經度很近，相互干擾嚴重，選擇精度高的大天線可大幅度降低鄰星干擾。同樣星載發射天線也有它的方向性與接收天線類同。4.天線噪聲溫度、深度（編者注：應稱天線焦比）衛星天線接收衛星信號的同時，天線也會接收自然界或人為產生的雜波，這些雜波主要來被旁瓣接收。天線的噪聲溫度與天線仰角、波瓣寬度、天線深度、頻率有關。天線仰角低(小于15度)、波瓣寬(小天線)、淺碟天線、低頻段(C波段)等狀況下天線噪聲會增加，通常情況下天線噪聲很小，計算時都被忽略。但現在有一個不可忽視的問題，通信發達，地面微波增多，輕則影響天線效率，重則如雷達干擾，數字圖象中斷。而準確的衛星場強值是排除干擾了噪聲信號的。天線深度（編者注：通常稱為天線焦距或焦比）通常分淺碟和深碟，天線的深度用來反映天線的饋源位置，術語叫焦徑比值(f/D)，通常這個值在0.25～0.45d間。當f=0.25d時，稱為中焦天線，焦點正好在天線口面上。大于0.37d這個值一般叫長焦天線。天線設計綜合考慮效率和抗干擾性，理論計算當拋物面天線取值0.38時天線性能最好，普通天線多取這個值。如1.5米天線焦距f=1.5X0.38=0.57(米)。另外還有一個根據碟深計算計算焦距的公式，天線反射面的半徑平方與4倍天線深度之比值即正焦天線的焦距。我雖是一個普通的衛視發燒友，有機會多次到過視頻天線生產廠家，看過衛星天線的生產作業流程。分瓣天線和偏饋天線，1.8米以下選用0.8mm寶鋼板材，經上百噸的液壓機一次沖壓成型。整體正焦天線采用旋壓成型，精度相當高。再下來是模具定位開孔、酸洗除銹清洗、三次烘干、中途兩次噴塑，質檢包裝入庫。而網狀天線龍骨用的是異形鋁質方管材，按規格下裁，在模具上人工定位焊接，其精度取決于異形管材的弧度、人工焊接的準確定位上，如焊接成型后，在特定的模具上輕壓二次整形，相信網狀天線的精度還有所提高。了解場強、天線增益后，讀者關心的是它們間的收視關系。場強值表示衛星信號到達地面的最大功率，而衛星天線的增益表示該天線的聚焦功率。表1中門限值(C/N=6db)是根據鏈路公式計算出來的理論值(即極限收視值)，而實際收視天線的增益還要大3～8db才行。不難發現天線增益值和場強值有緊密的關系，要達到一定的載噪比(C/N)，場強值大，天線增益值就可小些，反之弱場強就要用大天線。它們的和值(場強值+增益值)有一個恒定的系數。如門限值時:C≈67(db)、Ku≈80(db)，就是最低門坎系數。此系數方便記憶，對估測場強或天線增益極有幫助。有人異想天開想用LNB對準衛星直接收視，是否可行?當衛星場強值大于以上和值時，這個夢想就可能實現。為了證實天線接收門限值場強的正確性，特購了0.35米偏饋天線，0.9米正饋天線作極限收視實驗。查表推算0.35米天線門限值約49dbw，也就是說它可以收下本地衛星場強49dbw以上個別最強信號，試收達到比較滿意的效果(注2)，收下了本地Ku場強47～53dbw8顆衛星的個別強信號。如108.2E的原銀河直播，查閱本地Ku場強約52dbw，見圖2。收下三個頻點訊噪比在8.3～10.6db間，過FEC=3/4有3～5db的余量。現在的接收機門限在5db右右，0.35米收視門限值場強還可下調1dbw(48dbw)，而數字接收機訊雜比分貝值與場強、天線分貝值近似(在數字衛星接收機章節再專題討論訊雜比)，因而可大膽預測，該衛星中國波束本地場強在52～53dbw間，與網上查閱場強值相符。現代衛星有數十個轉發器，其轉發器信號強弱差別較大。就亞S3C波段信號而言，本地最好信號0.55米能找到影子，照單全收一般天線、普通配置過門限需1.4米天線，可見衛星的頻點信號強弱之差達7～8db之多。（編者注：嚴格的講，衛星上的轉發器本身的功率基本上是一致的，但由于轉發器處在各個不同的波束，其輻射到地面的位置不同，因此在同一地點就會感覺到接收同一衛星的轉發器信號強弱差異會很大）根據衛星信號場強合理選擇天線有多個版本，表2是理論計算值；圖8、圖9是www.省略提供的C/Ku波段收視參考值；圖10是國內發燒友整理的實際收視參考值。而真正達廣播級載噪比取值很高，C波段大于15，Ku波段高達20。在衛視報刊和網上談論天線使用的文章話題不少，也存在不少誤區。歸納如下:①如發燒友用0.75米小天線一頭雙星收相隔3徑度內Ku波段的衛星容易做到，但某些頻點在門限附近，心想如能換大一點天線，增益有所提高此問題能解決，其不然大天線增益提高了，而天線波瓣卻變窄了，還不如原來的小天線一頭雙星的效果好而