卫星电视接收系统主要是由卫星天线、高频头、接收机所组成。它们有各自的功能和指标,通过电缆连接,完成对卫星广播信号的接收。
卫星接收天线
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分为两类,即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,铝质网页天线较轻,在极轴天线上应用可有效减轻推杆负荷。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:
中心聚焦天线(正馈天线),C波段应用最多。
后馈式天线(如卡塞格伦天线),在4.5米以上正馈天线上应用。
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。
平板天线。
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。
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。
头盔天线,应属全向聚焦天线类,与军事上球弄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,并以C波段正馈天线为主,KU波段偏馈天线为主。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,首先应了解卫星的频段、场强,根据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天气因素,及工程造价合理选择相应尺寸的C、KU天线。如果你是TVRO,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(编者注:应称为半功率角)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,但很多烧友却对它感到生疏和奥秘,为此,有必要重温这一术语,弄清它的涵义。
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,若功率减小当然就是负值。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。
1、天线增益:
天线增益指卫星信号经天线接收后增大的倍数,信号越弱,要求天线的增益就越大。
(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。
(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。因为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,正馈天线上的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%(编者注:目前TVRO低价位市场上的天线,恐怕没有达到50%效率的)。顶级的精品KU偏馈天线最高达80%(编者注:目前有如此之高效的天线吗?)。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。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。详见可查阅本人之作《门限接收载噪比C/N及其应用》(见本刊2003年第1期)。
我虽是一个普通的卫视发烧友,有机会多次到过天线生产厂家,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。而郊外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。
在卫视网上谈论天线使用的文章话题不少,也存在不少误区。主要归纳如下:
(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。
(2)KU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米偏馈天线焦点光斑(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。用以上1.2米正馈天线收视C波段,相当于普通1.4米正馈天线,接收KU波段信号,比0.9米偏馈高出讯噪比2DB多。
(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%(编者:天线的顶级产品——双反射面天线或双镜面天线的效率最高也只有75%,所以80%效率天线是不存在。另外,天线接收信号的能力不仅仅取决于它的增益大小,还有噪声,效率和卫星信号的技术参数等等,不是简单的一个天线增益就决定了一切)。