電視機(jī)原理2教材

第2章電視信號(hào)的接收2.1電視信號(hào)的開(kāi)路接收2.2衛(wèi)星電視接收2.3

CATV系統(tǒng)中的微波電視接收

2.1電視信號(hào)的開(kāi)路接收

2.1.1開(kāi)路接收天線的基本原理

1.天線的工作原理

天線本身就是一個(gè)振蕩器,但它又與普通的LC振蕩回路不同,是普通LC振蕩回路的變形,圖2－1畫(huà)出了它們的演變過(guò)程。圖中LC是發(fā)射機(jī)的振蕩回路，此時(shí)電場(chǎng)集中在電容的兩個(gè)極板中，而磁場(chǎng)則分布在電感線圈周?chē)挠邢蘅臻g里。顯然在這種情況下，要想向廣大空間輻射電磁波是不可能的。如果將振蕩回路展開(kāi)，使電磁場(chǎng)分布于空間很大的范圍，就創(chuàng)造了輻射的條件。在發(fā)射臺(tái)中，已調(diào)制(調(diào)輻、調(diào)頻、調(diào)相等)的高頻信號(hào)電流由傳輸線從發(fā)射機(jī)輸送到天線上，該天線便把高頻信號(hào)電流能量轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電磁波能量,并向空間輻射,其輻射傳播過(guò)程如圖2－2所示。圖2－1閉路振蕩回路及天線開(kāi)路發(fā)射圖2－2電磁波的輻射與傳播電磁波的能量從發(fā)射天線輻射出去以后,將沿地表面所有方向往前傳播。若在離發(fā)射天線的某一點(diǎn)置放一導(dǎo)線,由于磁力線切割了導(dǎo)線,就在導(dǎo)線兩端激起了一定的交變電壓——電動(dòng)勢(shì),其頻率與發(fā)射的振蕩頻率相同。若將該導(dǎo)線通過(guò)傳輸線與接收機(jī)相連接,在接收機(jī)中就可以獲得高頻已調(diào)信號(hào)的電流。因此這個(gè)導(dǎo)線就起了接收電磁波能量并轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l信號(hào)電流能量的作用,所以稱(chēng)此導(dǎo)線為接收天線。無(wú)論是發(fā)射天線或是接收天線,它們都屬于能量變換器?！翱赡嫘浴笔且话隳芰孔儞Q器的特性,例如一部電機(jī)既可作為電動(dòng)機(jī)使用,也可作為發(fā)電機(jī)使用。電動(dòng)機(jī)把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能,而發(fā)電機(jī)則是將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。同樣,一部天線,它既可作為發(fā)射天線使用,也可作為接收天線使用。電機(jī)和天線同是可逆的能量變換器。

天線的可逆性不僅表現(xiàn)在發(fā)射天線可以用作接收天線,或接收天線可以用作發(fā)射天線,并且表現(xiàn)在天線用作發(fā)射天線時(shí)的參數(shù)與作接收時(shí)的參數(shù)保持不變,這就是天線互易原理。

2.天線的主要參數(shù)

1)輸入阻抗

發(fā)射天線的基本任務(wù),就是要盡可能地降低高頻電能由發(fā)射機(jī)傳送到天線上時(shí)的損失和降低能量轉(zhuǎn)變中的損失。為保證高頻電能的傳輸效率,就必須知道天線輸入阻抗,以選擇適當(dāng)?shù)酿侂娫O(shè)備與正確地選擇發(fā)射機(jī)輸出回路的元件,使之獲得最好的匹配。對(duì)于接收天線來(lái)說(shuō),也存在匹配問(wèn)題。

天線饋電點(diǎn)高頻電壓UA與高頻電流IA的比值,稱(chēng)為天線輸入阻抗Rin,即或(2-1)式中：R為輸入阻抗的有功分量,即電阻部分；X為輸入阻抗的無(wú)功分量,即電抗部分。

2)天線效率

天線效率為有用功率(即輻射功率PΣ)與消耗在天線上的總功率(輻射功率PΣ和天線內(nèi)所損耗的功率Pn之和)之比,即(2－2)式中：RΣ為天線有用電阻(即輻射等效電阻)；Rn為天線無(wú)用電阻(即損耗等效電阻)。

3)方向圖

天線的方向圖用以說(shuō)明天線輻射能量在空間的分布。

在指定平面上以天線振子的中心為原點(diǎn),繪出許多射徑方向的向量,取其長(zhǎng)度正比于各射徑方向上等距離各點(diǎn)處的場(chǎng)強(qiáng),將所有向量的末端連接成一條曲線,該曲線就是天線在這指定平面上的方向圖。通常以場(chǎng)強(qiáng)的最大值為1,其他各方向按最大的值的百分?jǐn)?shù)來(lái)標(biāo)注。當(dāng)用等距離點(diǎn)上的平均功率密度來(lái)描繪時(shí),由于功率密度正比于場(chǎng)強(qiáng)值的平方,因此天線方向圖將比用場(chǎng)強(qiáng)繪制的圖形稍微窄一些。

對(duì)于接收天線而言,方向圖表征它所感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)與接收方向的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

圖2－3所示為對(duì)稱(chēng)振子天線的水平方向圖。圖2－3天線方向圖

4)方向系數(shù)

盡管方向圖具有方便醒目的特點(diǎn),但即使和有效高度結(jié)合起來(lái),也不足以全面評(píng)定天線的方向特性。精確地評(píng)價(jià)天線的方向特性需用數(shù)量來(lái)表示。這個(gè)數(shù)量稱(chēng)為方向系數(shù)。

保持電場(chǎng)強(qiáng)度不變,將定向天線變?yōu)榉嵌ㄏ蛱炀€時(shí)發(fā)射功率需要增加的倍數(shù),稱(chēng)為天線的方向系數(shù)D。

若以分貝表示方向系數(shù)D,則可用下式換算：D(dB)=10lgD

(2－3)

5)增益系數(shù)

增益系數(shù)(G)等于天線效率(ηA)與其方向系數(shù)(D)的乘積，即G=D·ηA

(2－4)天線增益比天線方向系數(shù)更全面地反映了天線的性質(zhì),天線的增益考慮了方向性引起的場(chǎng)強(qiáng)變化，還考慮了天線效率對(duì)場(chǎng)強(qiáng)的影響。若以分貝表示時(shí),G(dB)=10lgG

(2－5)通常，天線增益分為功率增益和電壓增益,在數(shù)值上,功率增益等于電壓增益的平方。

6)頻率特性

實(shí)際的天線并不是只工作在一個(gè)頻率上,而是工作在某一頻帶內(nèi)。為使整個(gè)天線系統(tǒng)對(duì)高頻信號(hào)各頻譜間的能量分配不引起顯著的畸變,因此對(duì)天線的通頻帶有一定的要求。

取天線的最大輸出功率為100%,在其兩側(cè)各小于3dB的頻率范圍被定義為天線的通頻帶B,它可表示為(2－6)式中LA，CA分別為天線電感和天線電容。另外,為使發(fā)射天線不產(chǎn)生過(guò)壓危險(xiǎn),應(yīng)有最大電壓(或天線導(dǎo)體表面上的最大電場(chǎng)強(qiáng)度)這一指標(biāo)。UA=Eef·Lef(2－7)對(duì)于接收天線,我們感興趣的是在空間電場(chǎng)強(qiáng)度Eef的作用下,接收天線所感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)UA,在接收天線中天線有效面積是另一個(gè)重要參數(shù)。設(shè)在接收點(diǎn)有一平面垂直于電磁波的傳播方向,該平面將電磁波能量全部吸收,并轉(zhuǎn)變?yōu)榈扔诮邮仗炀€的輸出功率,此平面的大小稱(chēng)為接收天線的有效面積Aef。在數(shù)值上可用下式計(jì)算:(2－8)接收天線的最大吸收功率Popt與天線的有效面積密切相關(guān)，即(2－9)

3.對(duì)電視接收天線的要求

對(duì)電視接收天線的要求應(yīng)當(dāng)考慮下列因素:接收電視信號(hào)的頻率范圍、極化狀態(tài)，接收點(diǎn)離電視發(fā)射天線的距離或所在的接收點(diǎn)處的場(chǎng)強(qiáng)，接收點(diǎn)的電磁環(huán)境、生態(tài)環(huán)境和氣候狀況，以及安全保護(hù)等。

通常人們衡量一個(gè)商品的好壞是用“物美價(jià)廉”來(lái)表達(dá)。對(duì)天線而言，不僅要求外觀美,并要求電氣性能好和結(jié)構(gòu)性能好,同時(shí)還要求使用方便,易維護(hù),并且希望價(jià)格便宜。

在使用中還要求壽命長(zhǎng),有防雷之類(lèi)的安全保護(hù)。

電視接收天線有室內(nèi)、室外和半室外等使用狀態(tài),對(duì)其要求是不同的。

對(duì)室外使用的電視接收天線的要求可歸納為下列幾個(gè)方面:

1）接收天線要有足夠的增益

如果電視接收點(diǎn)離電視臺(tái)較近,那么就要求電視接收天線的增益并不高,通常只有幾個(gè)分貝(dB)。但是,如果接收點(diǎn)離電視臺(tái)較遠(yuǎn)，那么就要求電視接收天線的增益應(yīng)達(dá)到10dB左右。

此外,還要求在使用頻帶內(nèi),天線增益無(wú)明顯跌落。對(duì)衛(wèi)星直播電視接收天線增益的要求比較高,這與衛(wèi)星發(fā)射功率及所在接收點(diǎn)位置有關(guān),增益高達(dá)30dB多。

如果接收天線增益不夠,電視機(jī)接收的圖像質(zhì)量就差,可能會(huì)出現(xiàn)對(duì)比度不夠,彩色畫(huà)面不能上色,有“雨點(diǎn)”和“雪花”式干擾,圖像扭曲和不穩(wěn)定,伴音音質(zhì)差,甚至?xí)詹坏綀D像。

2）頻帶要寬

通常要求共用天線的帶寬不小于8MHz;要求衛(wèi)星直播電視接收天線的帶寬是工作頻率的10%。對(duì)接收電視臺(tái)的家用接收天線則要求全頻道工作,即48.5～958MHz的頻率范圍。如果天線的頻率特性不好,則會(huì)導(dǎo)致水平清晰度下降,甚至?xí)?dǎo)致彩色副載波受到抑制,使電視機(jī)屏幕無(wú)法重現(xiàn)畫(huà)面。

3）方向性要好或接收方向可變

在市區(qū)接收電視信號(hào)時(shí),由于電視信號(hào)較強(qiáng),不希望接收天線增益過(guò)高;又由于電視臺(tái)數(shù)目多,各個(gè)頻道的發(fā)射點(diǎn)位于接收點(diǎn)的不同方位,因此希望在水平面內(nèi)接收天線的方向性不要過(guò)強(qiáng),盡可能捕捉各個(gè)頻道的電視信號(hào),在俯仰面內(nèi)希望方向性要強(qiáng)。此外,市區(qū)樓房高而多,形成干擾的電氣設(shè)備也多,電磁環(huán)境復(fù)雜,為了避開(kāi)干擾又往往要求接收天線有較強(qiáng)的方向性。

4）極化狀態(tài)要與發(fā)射天線一致

所謂電磁波的極化方向就是指電磁波的電場(chǎng)分量的指向。電磁波的極化狀態(tài)通常有3種:線極化(見(jiàn)圖2－4)、圓極化和橢圓極化(見(jiàn)圖2－5)。

這3種狀態(tài)是指電場(chǎng)矢量(即幅度和相位)的端點(diǎn)隨時(shí)間變化的軌跡有3種圖形。在視距范圍內(nèi)接收電視信號(hào)時(shí),要求接收天線的極化方向與發(fā)射天線的極化方向一致。例如,發(fā)射天線為水平線極化,即圖2－4(a)中電場(chǎng)方向平行地面,接收天線也為水平線極化,此時(shí)接收的信號(hào)最強(qiáng)；如果接收天線為垂直線極化,即圖2－4(b)中的電場(chǎng)方向垂直地面,此時(shí)接收的信號(hào)最弱。兩者信號(hào)電平可相差30dB以上。應(yīng)當(dāng)指出的是,在視距以遠(yuǎn)接收電磁波時(shí),由于電磁波經(jīng)電離層傳輸而受影響,使其極化方向產(chǎn)生變化。例如,發(fā)射水平極化波,經(jīng)電離層傳輸后被反射,使接收處的電波可能有兩種極化分量,既有水平極化分量,又有垂直極化分量。另外,在衛(wèi)星直播電視接收中,由于衛(wèi)星上的發(fā)射天線采用圓極化,以提高抗干擾能力,因此電視接收天線也應(yīng)為圓極化,如果用線極化接收時(shí),信號(hào)能量將被衰減一半。不難看出,電視接收天線只對(duì)與自身極化方向一致的極化波敏感,對(duì)與其本身極化方向垂直的電磁波不敏感。圖2－4線極化示意圖圖2－5圓極化波及傳播方向

5）強(qiáng)度要高,剛性要好

室外天線均應(yīng)能承受一定風(fēng)載。例如,接收電視臺(tái)的八木天線,其風(fēng)載承受能力為(30～200)N左右,對(duì)VHF頻段,因振子長(zhǎng),天線承受風(fēng)載大；對(duì)UHF頻段,天線承受風(fēng)載就小；對(duì)衛(wèi)星電視接收天線,由于體積大,風(fēng)載也大,更要考慮強(qiáng)度和剛性指標(biāo)。在沿海地區(qū)使用時(shí),還要考慮能承受臺(tái)風(fēng)和暴雨的襲擊。

6）“三防”(防水、防霉菌、防鹽霧腐蝕)性能要好

水、霉菌和鹽霧會(huì)導(dǎo)致天線工作表面損壞,使天線與饋線之間接觸不良。

7）尺寸應(yīng)盡可能小,質(zhì)量要輕,制作要簡(jiǎn)單,安裝維護(hù)要容易,外表要美觀在滿(mǎn)足天線增益和方向性要求的前提下,總希望天線尺寸盡可能小,特別是衛(wèi)星直播電視接收天線,這個(gè)方面的要求更為突出。

8）要有防雷和避雷等安全保護(hù)措施

這是架高室外天線必須采取的措施，否則會(huì)導(dǎo)致機(jī)毀人亡。

室內(nèi)接收天線與室外天線的要求是不同的。對(duì)其要求可歸納如下:

(1)天線尺寸小、質(zhì)量輕或尺寸及接收方向可調(diào)整;

(2)天線的頻帶要寬,能兼容接收VHF/UHF兩個(gè)頻段;

(3)造型美觀或兼作室內(nèi)裝飾品；

(4)天線放置應(yīng)避開(kāi)房?jī)?nèi)過(guò)道,盡可能遠(yuǎn)離電燈線、暖氣管道和鐵窗等；

(5)室內(nèi)天線大都在電視臺(tái)附近使用,對(duì)天線增益要求較低,通常為3dB左右,方向性也較弱。應(yīng)當(dāng)指出,如果電視機(jī)用戶(hù)安裝的室內(nèi)天線正好朝著幾個(gè)電視臺(tái)的方向，前方又無(wú)高大建筑物遮擋,那么室內(nèi)天線增高時(shí)其接收效果就比較理想。如果電視機(jī)用戶(hù)安裝的接收天線的前方被自身房屋或其他建筑物遮擋時(shí),即使天線增益較高,其接收效果也不一定好。這時(shí)需要將接收天線架設(shè)在無(wú)遮擋處。2.1.2各種常用天線及其形式

自1888年以來(lái),由赫茲首創(chuàng)的偶極子天線,已發(fā)展成許多類(lèi)型的金屬線天線及其天線陣列。此外,還有一些天線,例如,縫隙天線、螺旋天線,平面或錐形螺旋天線、對(duì)數(shù)周期天線等,它們的基本原理都是相似的。

同樣,由赫茲首創(chuàng)的拋物面天線也已發(fā)展成許多種金屬反射面天線及其陣列。

這許許多多種天線,從形狀到尺寸,從結(jié)構(gòu)到機(jī)理各不相同。人們?yōu)榱藚^(qū)分起見(jiàn),人為地按功能、頻段、方向性(或增益高低)、使用場(chǎng)所、天線形狀、尺寸大小、制作的材料和結(jié)構(gòu)、發(fā)明者的名字、工作機(jī)理等一系列因素來(lái)劃分天線類(lèi)型。通常,電視接收天線可以按下列情況來(lái)分類(lèi):（1）由線狀或管狀導(dǎo)體制成的天線;

（2）由板狀導(dǎo)體制成的天線;

（3）由電介質(zhì)材料制成的天線;

（4）由線狀、板狀導(dǎo)體和介質(zhì)材料組合而成的天線;

（5）上述各類(lèi)天線組成的陣列。

偶極子(又稱(chēng)振子)天線和圓環(huán)天線都是常見(jiàn)的室內(nèi)電視接收天線。因偶極子的長(zhǎng)度不同,又可分為半波偶極子、電小偶極子(即偶極子長(zhǎng)度遠(yuǎn)小于波長(zhǎng))、全波偶極子。因偶極子的形狀不同,可分為X形偶極子、V形極子、曲線偶極子等。由于其長(zhǎng)度可變，偶極子天線被取名為拉桿天線。環(huán)天線也是由線狀和管狀導(dǎo)體構(gòu)成的,它由振子彎曲而成。由于彎曲的形式和激勵(lì)狀況不同,它可分為:折合振子、異形三折合振子、W形振子、U形振子、S形振子、H形振子、菱形振子、矩形振子和圓形振子。在分析這類(lèi)天線時(shí),也常將環(huán)天線分成很多小的直線單元,每個(gè)單元看成一個(gè)電小偶極子天線,然后綜合這些單元,求出總的特性。

螺旋天線可以看成是由偶極子天線或環(huán)天線演變而成的。因?yàn)槁菪币院蠹醋兂删€狀,可看成偶極子天線。對(duì)于波長(zhǎng)很長(zhǎng)的天線,為了縮小體積,人們?cè)噲D將導(dǎo)線制成的天線纏繞在一個(gè)物體上,這種天線實(shí)際上可以看成螺旋天線。由于螺旋的繞制狀態(tài)不同,它可以分為單頭螺旋和多頭螺旋；由于螺旋的空間狀態(tài)不同，又可分為均勻軸向型螺旋、平頂螺旋、錐形螺旋等。為什么天線要做成這許許多多的形式?它們的演變和內(nèi)在聯(lián)系都是近百年的事情。應(yīng)當(dāng)說(shuō),演變的目的是為了改善天線性能,適合它的用途。天線形狀和結(jié)構(gòu)形式往往是改進(jìn)天線性能(例如,天線輸入阻抗、天線效率、頻帶寬度、方向圖、小型化、共型等)的主導(dǎo)方面,是變化最多的方面。制作天線材料的改變往往導(dǎo)致機(jī)理的改變。由于材料的改變會(huì)使天線的某一參數(shù)或幾個(gè)參數(shù)有很大改變,通常在區(qū)分天線形式時(shí)只按導(dǎo)體、介質(zhì)、磁性材料來(lái)分類(lèi),不提及材料的化學(xué)成分；如果按化學(xué)結(jié)構(gòu)區(qū)分天線,這就會(huì)出現(xiàn)更多的種類(lèi)。天線形式的另一演變就是已有天線的組合,通常是為了改進(jìn)某些參數(shù)。例如,室內(nèi)環(huán)形天線、組合環(huán)天線、蝶形天線等都是偶極子天線和環(huán)天線的組合,前者接收低頻段,長(zhǎng)度可調(diào),后者接收高頻段。而八木天線也是偶極子天線與環(huán)天線的組合,折合振子是用來(lái)改善匹配的。

多個(gè)振子的組合是為了改善方向性和提高增益。

由板狀導(dǎo)體組成的天線。它包含反射面型、導(dǎo)向型和縫隙型。前者可看成輻射體為線形的天線，使用頻率低；后者可看成輻射體為口徑形的天線，使用頻率高，主要用在衛(wèi)星電視接收方面。目前反射面天線已有許多種。就反射面?zhèn)€數(shù)來(lái)區(qū)分，它有單反射面(即前饋拋物面天線)、雙反射面(卡塞格倫型和格里戈里型)和多射面；就反射面的工作型面來(lái)區(qū)分，它有拋物面、球面和任意曲線面(即賦形)。

導(dǎo)向型天線也是由金屬板制成的。它是一種波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，讓電磁波在其內(nèi)部傳播。這類(lèi)天線大都作為電視接收天線的激勵(lì)源，例如，喇叭天線、同軸饋源等。喇叭內(nèi)壁又可分為光壁和波紋壁，喇叭的輻射口徑形狀又可分為：矩形、圓形、方形同軸形和賦形。喇叭內(nèi)壁形狀又可分為直線形和賦形?？p隙型天線已被廣泛用作衛(wèi)星電視的接收天線,其常見(jiàn)的形式主要為微帶天線。微帶天線是20世紀(jì)70年代和80年代發(fā)展最快、品種最多的天線形式之一。按微帶天線片形狀可分為：矩形、圓形、圓環(huán)形、橢圓形、窄條鋸齒形、對(duì)數(shù)周期形、圓錐形、螺旋形等。按微帶天線片形式又可分為單層和多層結(jié)構(gòu)。按微帶天線基片材料又可分為介質(zhì)和鐵淦氧材料等。

最常見(jiàn)的是八木天線陣,例如,一副電視接收天線上有VHF和UHF兩個(gè)頻段的八木天線的“積木式”組合；遠(yuǎn)距離電視接收天線是由八木天線組成的行陣和列陣；共用天線是由幾個(gè)單頻道八木天線組合在一個(gè)支撐體上,來(lái)實(shí)現(xiàn)多個(gè)頻道,多方向電視接收。2.1.3幾種常用天線性能分析與計(jì)算

1.基本半波振子天線

半波振子天線結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,在電視接收中得到了廣泛的應(yīng)用。

為了獲得最大的天線電流,可以利用電的諧振特性,使天線的固有振蕩頻率與高頻信號(hào)源的頻率相同。由諧振原理可知,在諧振時(shí),天線呈現(xiàn)出純電阻性,因此,這種天線被稱(chēng)為諧振天線。圖2－6基本半波振子天線

1）輸入阻抗

半波振子天線是諧振天線,因而輸入阻抗與振子長(zhǎng)度和工作波長(zhǎng)λ的比值密切相關(guān)附表3是上述各類(lèi)天線組成的陣列。在不考慮地面影響時(shí),振子每臂長(zhǎng)度L′與波長(zhǎng)λ的比值在0～0.35或0.65～0.85范圍內(nèi)時(shí),輸入阻抗可用一近似公式計(jì)算：

(2－10)分析表明,當(dāng)L′為λ/2的整數(shù)倍數(shù)時(shí),Rin有極大值,且僅有實(shí)數(shù)部分。(2－11)(2－12)圖2－7采用中心饋電時(shí)輸入阻抗的變化曲線（1）振子直徑增大,輸入阻抗的電抗成分減小,且曲線變化平坦，所以在實(shí)用上總用粗的金屬管制作天線振子。為保證在整個(gè)頻帶內(nèi)輸入電抗沒(méi)有明顯的變化，電視接收天線的

振子一般用10～20mm粗的金屬管制作。

（2）電抗為零的振子長(zhǎng)度總是略小于λ/4的整數(shù)倍,即振子的諧振長(zhǎng)度總是比λ/4整數(shù)倍略短。這是由振子的末端效應(yīng)引起的,即振子在接近末端時(shí),電感減少，電容增大,致使末端電流加大,振子顯得增長(zhǎng)了。振子直徑愈粗,末端效應(yīng)愈明顯。振子縮短的長(zhǎng)度ΔL可由下式計(jì)算:(2－13)縮短時(shí)必須保持天線的對(duì)稱(chēng)性,也就是說(shuō)要將兩根振子各縮短ΔL/2。圖2－8繪出了縮短系數(shù)K與d/λ比值的關(guān)系曲線。圖2－8縮短系數(shù)K與d/λ比值的關(guān)系曲線表2－1

1～12頻道基本半波振子的電氣長(zhǎng)由于振子上電流電壓的分布不均勻(見(jiàn)圖2－9),使振子各點(diǎn)的阻抗也不一樣,因此饋電點(diǎn)不同,輸入阻抗也不同。振子的饋電方法有3種(見(jiàn)圖2－10)。中心饋電法的輸入阻抗最

小,約為73Ω。末端饋電法輸入阻抗最大，約為2500Ω。應(yīng)用阻抗饋電法,可藉助于改變饋電點(diǎn)的位置,使輸入阻抗在73～2500Ω范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。一般多用中心饋電法。圖2－9基本半波振子上的電壓波及電流波圖2－10振子的3種饋電方法

2)方向圖

基本半波振子天線的水平方向圖如圖2－11所示,沿振子軸向的輻射(或接收)為零,沿垂直于振子軸方向的輻射(或接收)最強(qiáng)。在架設(shè)基本半波振子天線時(shí),應(yīng)將最強(qiáng)接收方向?qū)?zhǔn)電視發(fā)射臺(tái)。圖2－11基本半波振子的水平方向圖

3)方向系數(shù)

據(jù)計(jì)算,基本半波振子的方向系數(shù)D＝1.64,用分貝表示時(shí)為2.15dB。

有時(shí)也以基本半波振子天線為標(biāo)準(zhǔn)來(lái)定義方向系數(shù),此時(shí)方向系數(shù)記為D′,則(2－14)基本半波振子的方向系數(shù)較小,故僅適用于離電視發(fā)射臺(tái)較近的情況。

4)增益系數(shù)

由(2－4)式知,當(dāng)方向系數(shù)D一定時(shí),增益系數(shù)G主要取決于天線效率ηA。天線效率由制作天線的各種具體情況確定,一般基本半波振子天線的效率ηA%=80%～90%。

當(dāng)ηA=90%時(shí),G=1.64×90%≈1.48=1.70dB。即基本半波振子天線的功率增益為1.48,此時(shí)的電壓增益約為1.21。

當(dāng)用D′來(lái)計(jì)算時(shí),增益系數(shù)記為G′，則G′=ηA·D′(2－15)基本半波振子天線的G′≈0.9,約為-0.5dB。

5)通頻帶

每一電視頻道占有8MHz的帶寬,當(dāng)振子直徑大于10mm時(shí),一般都能滿(mǎn)足電視接收的要求。圖2－12畫(huà)出了幾種不同直徑振子的諧振曲線。從該曲線可看出,折合式半波振子的通頻帶最寬,多單元引向天線的通頻帶最窄。圖2－12振子直徑不同時(shí)天線的諧振曲線

2.折合式半波振子天線

基本半波振子天線的輸入阻抗為73Ω。如果在它的附近再放置幾根輔助振子,由于振子間的相互感應(yīng),將使基本半波振子天線的輸入阻抗降低到60Ω以下。因此,很難找到一種低阻抗的饋線來(lái)與之匹配。為解決這種矛盾,可采用折合式半波振子天線。它的外形如圖2-13所示。圖2－13折合式半波振子天線

1)輸入阻抗

圖2－14畫(huà)出了在輸入功率PI相同的情況下,基本半波振子和折合式半波振子的等效電路圖及振子上的電流分布圖?；景氩ㄕ褡犹炀€的電流腹點(diǎn)的值為Im,折合式半波振子的電流被平均分配在上下兩根導(dǎo)體上,因此,每根導(dǎo)體的電流腹點(diǎn)的最大值為Im/2。設(shè)基本半波振子天線的輸入阻抗為RI1,輸入功率為PI1,折合式半波振子天線的輸入阻抗為RI2,輸入功率為PI2,當(dāng)兩天線饋以相等的功率時(shí),則有圖2－14基本半波振子和折合式半波振子的等效電路

因?yàn)镻I1=PI2

所以即RI2=4RI1(2－16)從(2－16)式可知,折合式半波振子輸入阻抗是基本半波振子的輸入阻抗的4倍,約等于300Ω。這是電視接收天線廣泛采用折合式半波振子天線的原因之一。應(yīng)當(dāng)指出，(2－16)式是在折合式振子上下兩臂導(dǎo)體直徑相等的情況下推出的。當(dāng)兩臂直徑不等時(shí),天線電流的分配亦不相等,兩臂導(dǎo)體直徑比值越大,輸入阻抗也就越大。

2)電氣長(zhǎng)度

由于不能保證折合式半波振子的兩臂直徑完全相等,在確定振子的縮短系數(shù)時(shí),引入一個(gè)等效直徑d0的概念,使它與基本半波振子兩臂的直徑d有相同的意義。(2－17)式中b為上下兩臂振子軸間的距離,d1、d2為上下兩臂振子的直徑，一般b=λ/100,在電視低頻道,通常b＝80

mm。求出d0后,可從圖2－8查出所需要的縮短系數(shù),從而算出折合振子的電氣長(zhǎng)度。當(dāng)振子直徑為10～20mm,b＝80mm,1～12頻道折合式半波振子的電氣長(zhǎng)度列于表2－2中。表2－2

1～12頻道折合式半波振子的電氣長(zhǎng)度由于折合式半波振子的等效直徑d0較基本半波振子直徑d大,故它有較寬的通頻帶,從而提高了圖像的清晰度。這是電視接收天線廣泛采用折合式半波振子天線的又一基本原因。

由于折合式半波振子天線上兩導(dǎo)體的電流同相,并且相距很近。在距離天線較遠(yuǎn)的地方,電磁波由行程差所引起的相位差極小,所以,在任一方向上,兩導(dǎo)體所輻射的電磁波可視

為同相,其方向圖與基本半波振子的方向圖相同,因而折合式半波振子天線無(wú)論是水平放置或垂直放置,性能都保持不變。其方向系數(shù)也是相等的。

3.引向天線(八木天線)

引向天線又稱(chēng)波導(dǎo)天線、八木天線等等。這種天線是由一個(gè)有源半波振子和多個(gè)無(wú)源輔助振子組成的定向天線。它具有增益高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單牢固、易于制作、饋電方便、造價(jià)低廉、安裝方便和外形美觀等優(yōu)點(diǎn),因而成為普遍采用的一種電視接收天線。在有線電視系統(tǒng)中,最常用的是帶引向功能的八木天線。其缺點(diǎn)是頻帶較窄(若設(shè)計(jì)得稍寬時(shí)增益就要下降)。

引向天線的組成如圖2－15所示。它由一個(gè)用作輻射器的有源振子和用作引向器和反射器的無(wú)源振子所組成。所謂有源振子就是能輸出信號(hào)的諧振器,不輸出信號(hào)的為無(wú)源振子。所有的振子都由連接桿固定在同一個(gè)平面內(nèi),裝在有源振子后的叫反射器,裝在有源振子前的叫引向器。圖2－15引向天線的組成引向天線中的有源振子,基本上采用結(jié)構(gòu)牢固的半波折合振子,以獲得足夠的天線輸入阻抗和較寬的頻帶。這種有源振子的長(zhǎng)度稍小于λ/2,其阻抗為300Ω。為了和在有線電視系統(tǒng)中的75Ω同軸電纜相連接,就要用阻抗比為4∶1的平衡—不平衡阻抗變換器來(lái)匹配。

為了使其方向性集中于前方,在有源振子的背后加一個(gè)無(wú)源振子作為反射器。反射器長(zhǎng)為λ/2，并和有源振子相距λ/4。反射器和有源振子組合在一起,使后面的電波不易進(jìn)入有源振子,提高了方向性。在接收天線的指標(biāo)中,用“前后比”來(lái)表示電波從前面來(lái)時(shí)的增益和從后面來(lái)時(shí)的增益之差。前后比越大,表示方向性越強(qiáng),實(shí)踐證明在有源振子后面多加幾個(gè)反射器,對(duì)提高天線增益的效果甚微。為了進(jìn)一步提高方向性,在有源振子的前面再放幾根較短的無(wú)源振子,它們稱(chēng)為引向器。其長(zhǎng)度小于λ/2。引向器可引導(dǎo)前面來(lái)的電波,使方向性更強(qiáng),并因而獲得更高的增益。引向器可以用一根,也可以用多根,引向器越多,增益就越高。但引向器數(shù)量過(guò)多,不僅對(duì)天線的增益的增加貢獻(xiàn)不大,反而使天線的通頻帶變窄,輸入阻抗減少,這將使天線與饋線的匹配產(chǎn)生困難。同時(shí)天線的尺寸加大,其價(jià)格自然就高。

引向天線根據(jù)有源振子和無(wú)源振子加在一起時(shí)的總數(shù)的多少，稱(chēng)作幾單元天線。當(dāng)為八個(gè)單元(其中七根為無(wú)源振子,一根為有源振子)時(shí),又俗稱(chēng)八木接收天線。

應(yīng)該采用適當(dāng)高度的高增益天線,即使在應(yīng)用了天線放大器的情況下也不例外。這是因?yàn)樵谔炀€放大器的輸入端配加高增益天線以后,天線放大器輸出信號(hào)的信噪比就可大大提高。圖2－16高增益定向天線形式高增益定向天線由反射器、主振子、引向器和橫向連接支桿組成。上述三部分通過(guò)連接桿在同一水平面上構(gòu)成一副定向天線。高增益天線與普通天線的區(qū)別在于尺寸選擇不同。下邊為高增益天線尺寸選擇的原則。

反射器長(zhǎng)度：1、2、3引向器振子長(zhǎng)度：L1=L2=L3=0.42λ2

4、5引向器振子長(zhǎng)度：L4=L5=(0.15～0.25)λ2

(2－18)(2－19)(2－20)主振子長(zhǎng)度：2L=0.95λ0/2(2－21)式中：λ1為要接收的低頻道端波長(zhǎng)；λ2為要接收的高頻道端波長(zhǎng)；表2－3

1～12頻道的波長(zhǎng)和λ0之值應(yīng)用時(shí)只需查表而不用計(jì)算了,如選λ1=465cm(即3頻道低端波長(zhǎng)),λ2=135cm(即12頻道高端波長(zhǎng)),則查表得λ0=251cm。

如果再要增加引向器個(gè)數(shù),那么繼續(xù)增加的引向器振子均可采用第4、5節(jié)振子的長(zhǎng)度。反射器與主振子間的間距dr=0.2λ0，主振子的寬度B=(0.15～0.02)λ0,引向器與主振子

間距d1=0.24λ2,各引向器的間距d2=0.3λ2、d3=d4=d5=0.35λ2,主振子接口寬度W=4～5。

振子所用的材料,選用Φ=10～12mm的銅管或鋁合金管為好。支撐連接桿可選用耐腐蝕有一定機(jī)械強(qiáng)度的絕緣棒，當(dāng)然,用金屬材料也可以,但要注意與主振子有良好的絕緣。圖2－17

UHF頻段20單元八木接收天線實(shí)用圖半波振子和折合振子天線同樣可以用來(lái)接收UHF頻道的電視信號(hào)。UHF頻道的頻率范圍為470～956MHz。信號(hào)波長(zhǎng)較短,天線尺寸就小,而每個(gè)頻道的帶寬仍為8MHz,則

相對(duì)通頻帶較窄。因此，常采用20單元或50單元的寬頻帶振子數(shù)目較多的折合振子天線。

圖2－17所示的UHF天線帶有角形反射器和扇形有源振子，其電氣性能如表2-4所示。

2.2衛(wèi)星電視接收

1.衛(wèi)星電視接收天線的作用與工作原理

衛(wèi)星電視信號(hào)通過(guò)衛(wèi)星發(fā)射天線變換成高頻電磁波，向天線賦形的方向發(fā)送出去,而地面接收天線的作用就是捕獲從衛(wèi)星傳播到地面的十分微弱的電磁波信號(hào),并還原成高頻電流,而后送給接收機(jī)做進(jìn)一步放大和處理,最終在電視機(jī)上獲得圖像和伴音信號(hào)。因而,接收天線性能的好壞,直接影響地面接收的質(zhì)量。一副設(shè)計(jì)合理、性能良好的接收天線,在某個(gè)特定方向上應(yīng)具有較高增益,并能將來(lái)自其他方向的干擾減至最小。衛(wèi)星電視信號(hào)為微波信號(hào),具有光學(xué)直線傳播特性。衛(wèi)星距離地球接收站遙遠(yuǎn),故可把地面接收站天線開(kāi)口處的衛(wèi)星電波看作平面波。對(duì)于衛(wèi)星電視接收的C波段和Ku波段,普遍采用高方向性的拋物面天線。拋物面天線由初級(jí)輻射器(或稱(chēng)饋源)和拋物面反射器兩部分組成，通常把饋源的相位中心置于拋物面的焦點(diǎn)。它利用幾何光學(xué)的原理將與拋物面軸線平行的電波射線經(jīng)一次或多次反射后集中到焦點(diǎn)上，而偏軸的射線則不能集中到焦點(diǎn)上，故有極強(qiáng)的方向性和很高的增益。下面通過(guò)最簡(jiǎn)單的前饋式拋物面天線的幾何關(guān)系來(lái)簡(jiǎn)述它的工作原理。圖2－18拋物面天線工作原理示意圖前饋式天線的旋轉(zhuǎn)拋物面是由拋物線環(huán)繞軸線旋轉(zhuǎn)一周形成的曲面,如圖2－18所示。

圖中C為ZX平面上的拋物線,F為拋物線的焦點(diǎn),f為拋物線的焦距,O為拋物線的頂點(diǎn),用幾何的方法可證明拋物線C具有以下特性：

(1)由焦點(diǎn)F至拋物線任意點(diǎn)Q的直線與Q點(diǎn)拋物線的QN的夾角∠FQN等于FQ與FO夾角φ的一半,即QM與QN的夾角∠NQM等于φ的一半。這表明點(diǎn)源F發(fā)出的所有射線,經(jīng)拋物面反射后都平行于OF軸。也就是說(shuō)，如果從焦點(diǎn)的饋源向拋物面天線發(fā)射的是等相面為球面的電波,經(jīng)拋物面反射后在天線的開(kāi)口面處變成平面波向空間發(fā)射出去(即為發(fā)射天線)，反之,若空間來(lái)的入射波是平面波，它沿拋物面的軸線投向拋物面,經(jīng)反射后,電波可聚集于焦點(diǎn),即為接收器所接收。

(2)由焦點(diǎn)F到拋物線任意點(diǎn)的距離FQ與Q點(diǎn)到準(zhǔn)線(所謂準(zhǔn)線,就是拋物線前方平行于X軸的一根任意直線)的垂直距離QM之和等于常數(shù),即FQ+QM＝常數(shù)。這表明由焦點(diǎn)F發(fā)出的所有射線到準(zhǔn)線的光完全相同,即準(zhǔn)線上的電磁波是同相位的(即為發(fā)射天線)，反之,空間來(lái)的入射波是平面波，它沿拋物面的軸線投向拋物面，經(jīng)反射后,聚焦于焦點(diǎn)即饋源的電波也是同相位的。

由此可見(jiàn),拋物天線可以把接收到的微弱平面波信號(hào)聚集到焦點(diǎn)上,而處于焦點(diǎn)上的饋源便得到相位相同的增強(qiáng)信號(hào),而偏軸的射線則不能集中到焦點(diǎn),故有極強(qiáng)的方向性和很高的增益。

2.衛(wèi)星電視接收天線的種類(lèi)和特點(diǎn)

在衛(wèi)星電視接收中,除接收L波段信號(hào)時(shí)可選用螺旋天線或八木天線外,其余波段主要采用拋物面天線。就拋物面天線而言,其構(gòu)成因饋源的設(shè)置不同,有如下4種。

1)前饋式拋物面天線

前饋式拋物面天線的結(jié)構(gòu)如圖2－19所示。作為天線組成部件的饋源放置在旋轉(zhuǎn)拋物面的前方焦點(diǎn)處。圖中,A為拋物面的口面,F為拋物面的焦點(diǎn)(饋源),O為拋物面后頂點(diǎn),OZ為拋物面的旋轉(zhuǎn)軸,OF＝f為拋物面的焦距,2φ0為拋物面的張面，R0為拋物面的口面半徑，D＝2R0為拋物面的口面直徑。通常把拋物面的焦距f與口面直徑之比f(wàn)/D稱(chēng)為拋物面的焦距口徑比,根據(jù)f/D的大小,拋物面天線分為長(zhǎng)焦距(f/D>1/4)、中焦距(f/D=1/4)和短焦距(f/D<1/4)三類(lèi)。天線設(shè)計(jì)中,根據(jù)所要求的增益確定天線的口徑之后,天線的形狀就取決于所選定的f/D。選擇焦距口徑比的一般原則是:在希望減小拋物面的縱向尺寸時(shí),應(yīng)選用小一點(diǎn)的f/D,但為了減小拋物面輻射場(chǎng)的交叉電平和便于加工,希望拋物面的曲率小一些,此時(shí)應(yīng)選取稍大的f/D。比較實(shí)用的f/D為0.25～0.5,用于衛(wèi)星接收的拋物面天線的f/D一般為0.38～0.42。

對(duì)大口徑的前饋式拋物面天線,不但安裝拆換高頻頭不便,而且由于高頻頭置于反射面焦點(diǎn)處,太陽(yáng)的照射因聚焦作用而大大加強(qiáng),其環(huán)境溫度大大增高,從而降低了信噪比。在工程中,對(duì)于D<70λ(即D<7.5×70=5.25m),用前饋式較好。對(duì)于小于5m的天線，前饋式更合適?？趶皆叫?前饋式饋源遮擋較小,天線比較廉價(jià)，對(duì)高頻頭的安裝,拆換也較方便,比較適合家用接收。

2）后饋式拋物面天線

后饋式拋物面天線為雙反射面,又稱(chēng)卡塞格倫天線。它由一個(gè)拋物面形的主反射面、雙曲面形的副反射面和饋源喇叭組成,如圖2－20所示。圖2－19前饋式拋物面天線的結(jié)構(gòu)示意圖圖2－20后饋式拋物面天線圖中副反射面為旋轉(zhuǎn)雙曲面。它匯聚拋物面一次反射電波的能量,再輻射到拋物面后饋源上,并為后者所吸收。這是由于主反射拋物面的焦點(diǎn)與雙曲面的焦點(diǎn)01重合,饋源的相

位與雙曲面的實(shí)焦點(diǎn)02一致,它們都處于焦軸的對(duì)稱(chēng)位置上,這樣,平面波平行于電軸入射時(shí),經(jīng)主副面二次反射便到達(dá)一次饋源,且也為同相波而相加。

對(duì)于后饋拋物面天線的設(shè)計(jì),對(duì)焦距f與主反射面口徑D之比(f/D)的值一般選得較小,約為0.3,因此后饋喇叭長(zhǎng)度可相應(yīng)做得較短。后饋拋物面天線與前饋拋物面天線相比,具有以下的優(yōu)點(diǎn):

（1）有兩個(gè)反射面,幾何參數(shù)多,便于按不同需要靈活地進(jìn)行設(shè)計(jì)；

（2）可采用短焦距拋物面作主反射面,以減少天線的縱向尺寸；

（3）饋源安裝在主反射面頂點(diǎn)的背后,一方面縮短了饋源與低噪聲放大器之間的距離,減少了傳輸噪聲,另一方面可以防止照射,特別適合熱帶的衛(wèi)星電視的接收；

（4）天線效率較高,在要求相同增益的條件下,其口徑比普通拋物面天線小,對(duì)較大型的天線來(lái)說(shuō),可降低造價(jià),但后饋式拋物面天線結(jié)構(gòu)復(fù)雜,加工、安裝和調(diào)試要求高,如主副反射面交角、同心度、焦距和相位中心至副反射面的距離等。因此在實(shí)際的工程中對(duì)天線的幾何尺寸要做必要的修正。

3）偏饋式拋物面天線

偏饋式拋物面天線適于小口徑場(chǎng)合。口徑小于2m的衛(wèi)星電視接收天線,特別是Ku波段大功率衛(wèi)星電視接收天線,多用這種天線。這類(lèi)天線也有單偏置和雙偏置之分。以單偏置為例,其結(jié)構(gòu)如圖2－21所示。由圖可見(jiàn)，這種天線是由拋物面的一部分截面構(gòu)成的,單偏置天線的饋源相心與拋物面焦點(diǎn)重合,但與反射面位置錯(cuò)開(kāi)(即所謂偏饋或偏置)一個(gè)距離dc。這樣,饋源不會(huì)遮擋反射面接收電波,因而天線效率可得到提高。作為偏饋天線的特點(diǎn),主反射面只是旋轉(zhuǎn)拋物面的一個(gè)部分,這部分的位置就與dc的大小要求相關(guān)聯(lián)。因此,從原理上說(shuō),這種天線也類(lèi)

同于前、后饋式天線。偏饋式拋物面天線與前、后饋拋物面天線相比有以下優(yōu)點(diǎn):

（1）它能有效地降低口面遮擋的影響,使旁瓣電平比前、后饋兩者的都低得多,使天線噪聲電平明顯降低。

（2）從饋源發(fā)出的電波僅一小部分返回饋源，因而反射波不會(huì)影響偏置天線,尤其是其阻抗,幾乎不受反射波影響。因此可獲得較佳的駐波系數(shù)。

（3）當(dāng)采用較大的f/D設(shè)計(jì)時(shí),不會(huì)影響天線結(jié)構(gòu)的剛性。架設(shè)時(shí),反射器與地面近乎垂直,積雪的影響較小。

（4）效率較前、后饋拋物面天線高。普通前饋式的效率只有50%,后饋式的為(50～60)%,而偏饋式天線可達(dá)70%。偏饋式天線的缺點(diǎn)是存在交叉極化,即與天線極化垂直的有害極化電平較高,另外,結(jié)構(gòu)不對(duì)稱(chēng)會(huì)使加工成本提高。

4）多波束天線

隨著靜止廣播衛(wèi)星數(shù)目的不斷增多和國(guó)內(nèi)有線電視(CATV)系統(tǒng)的迅速發(fā)展,采用多焦點(diǎn)拋物面天線,即用一個(gè)固定天線同時(shí)接收多個(gè)衛(wèi)星電視信號(hào)。該天線的特點(diǎn)是輻射束通過(guò)饋源的定向位移實(shí)現(xiàn)大角度的波束掃描。這種廣角特性是由球形曲面的對(duì)稱(chēng)性形成的。多波束工作是借助沿焦點(diǎn)曲面安置的多個(gè)饋源實(shí)現(xiàn)的。在一般情況下,兩相鄰的波束之間的最小角度可由饋源的口徑大小確定。最大波束數(shù)與反射器曲面占總球面的百分?jǐn)?shù)有關(guān),其原理如圖2－22所示。這種天線反射器的焦點(diǎn)分布在一個(gè)曲線AA上,在此曲線上裝置多個(gè)饋源用于多波束接收。波束的軸線與各饋源的軸線重合,且有類(lèi)似的增益和方向圖。若把各饋源制成不同頻段和極化時(shí),則成為一個(gè)多波束、多頻段和多極化的天線,這種天線的每個(gè)饋源只照射反射器的一部分,當(dāng)允許相鄰饋源的照射區(qū)有部分重疊時(shí),反射區(qū)的面積就可以做得小一些。

這種天線的焦點(diǎn)不在一點(diǎn)上,因此其效率不如單波束拋物天線好。另外,它又要求很高的安裝精度和高技術(shù)的調(diào)整,這樣就限制了它的應(yīng)用。我國(guó)很多廣播電視單位,已設(shè)計(jì)和研制了很多單面衛(wèi)星天線接收多顆衛(wèi)星信號(hào)的產(chǎn)品,已經(jīng)在實(shí)際中應(yīng)用的有3m口徑的拋物面天線。當(dāng)兩個(gè)饋源的偏置角為3°時(shí),偏置損失約1.3

dB。用此天線可同時(shí)接收105°的“亞洲1號(hào)”和110.5°的“東二甲-2”兩顆衛(wèi)星的電視節(jié)目。圖2－23平面波紋喇叭源

3.饋源與極化調(diào)整

1)饋源

在拋物面天線結(jié)構(gòu)中,饋源作為天線的初級(jí)輻射器,對(duì)天線系統(tǒng)起著至關(guān)重要的作用,因而被看成天線的心臟。就其饋源的本質(zhì)來(lái)說(shuō),是一個(gè)小型天線輻射器,因其結(jié)構(gòu)不同,有

不同的類(lèi)型。一般分為前饋型饋源和后饋型饋源兩種。（1）前饋型饋源。前饋型饋源通常都用平面波紋喇叭源(又稱(chēng)環(huán)形槽饋源),其結(jié)構(gòu)如圖2－23所示。

由圖可見(jiàn),它由環(huán)形槽的主波導(dǎo)、介質(zhì)移相器和圓—矩波導(dǎo)變換器組成。主波導(dǎo)是一直徑為(0.6～1.1)λ的一段圓波導(dǎo),周?chē)膱A環(huán)狀波紋槽數(shù)有3環(huán)、雙環(huán)和單環(huán)之分。它們是利用圓波導(dǎo)主模TE011波和通過(guò)波導(dǎo)口的繞射而作用到紋波槽中的TE011波所激勵(lì)起來(lái)的高次模在口面相疊加而工作的。因而,正確設(shè)計(jì)波紋槽的槽深h和槽寬w以及主波導(dǎo)的直徑,可在口面處形成軸對(duì)稱(chēng)的波束和固定的相位中心，并具有旁瓣電平低,能對(duì)拋物面形成較均勻的照射、能量泄漏小等特性。一般設(shè)計(jì)槽寬w≤λ/4,槽深h為λ/4～λ/2,槽的形狀有三角形、矩形和梯形等。介質(zhì)移相器是由移相介質(zhì)片按一定方向插在圓波導(dǎo)中構(gòu)成的。當(dāng)傳輸電波經(jīng)過(guò)介質(zhì)片

時(shí),改變一定的相移量,從而使電波完成極化的變換作用。

圓-矩波導(dǎo)變換器是一段具有幾個(gè)矩形階梯的過(guò)渡波導(dǎo)段,通過(guò)它起到阻抗匹配及電波模式轉(zhuǎn)換的作用。

(2)后饋型饋源。后饋型饋源通常有波紋圓錐喇叭饋源、階梯喇叭饋源、變張角喇叭饋源和圓錐介質(zhì)加載喇叭饋源等。

圓錐喇叭饋源是把喇叭內(nèi)壁加工成一環(huán)一環(huán)的圓環(huán)(如圖2－24所示)。通過(guò)槽寬w、槽深h和槽距p的設(shè)計(jì),使波紋槽的歸一化輸入電納趨于零。此時(shí),電場(chǎng)和磁場(chǎng)傳播具有相同邊界條件,高次模達(dá)到最佳的混合狀態(tài)，從而獲得一種軸對(duì)稱(chēng)的口面場(chǎng)方向圖。波紋喇叭有小張角和大張角之分,通常半張角小的小于30°,大的大于30°,其特點(diǎn)是有確定的相心和高的效率。一般設(shè)計(jì)時(shí),w≤λ/4,h≈λ/4～λ/2。圖2－24波紋圓錐喇叭饋源圖2－25后饋源銷(xiāo)釘移相器后饋源的移相器一般為銷(xiāo)釘移相器。它是在圓波導(dǎo)壁上相對(duì)插入10多對(duì)銷(xiāo)釘構(gòu)成的,如圖2－25所示。適當(dāng)選擇移相器長(zhǎng)度l和插入深度d,可改變沿銷(xiāo)釘面?zhèn)鞑ル姴ǖ南嘁屏?以實(shí)現(xiàn)圓-線極化之間的轉(zhuǎn)換作用。

階梯喇叭饋源、變張角喇叭饋源和圓錐介質(zhì)加載喇叭饋源,其外形如圖2-26所示。這些饋源的喇叭內(nèi)壁截面(階梯喇叭)或張角是變化的。當(dāng)圓波導(dǎo)內(nèi)傳送的主模TE11°波經(jīng)過(guò)這些邊界時(shí),將激起高次模TE11°波。良好的設(shè)計(jì)可使主模波和高次模波在口面處以適當(dāng)?shù)哪１群拖辔幌嗉?從而得到良好的特性。它們的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工方便，得到了廣泛的應(yīng)用。圖2－26其他后饋型饋源

2）極化調(diào)整

所謂極化是指電波在空間傳播時(shí),其電場(chǎng)矢量的瞬時(shí)取向或方式。按電場(chǎng)矢量的軌跡分為線極化波和圓極化波。而線極化波又以地平線為準(zhǔn)。分為水平極化波,垂直極化波和斜極化波。圓極化波以電場(chǎng)矢量的旋轉(zhuǎn)方向,分為右旋圓極化波和左旋圓極化波。

目前我國(guó)租用的國(guó)際衛(wèi)星(IS-V)上的天線發(fā)射的是右旋圓極化波,而我國(guó)通信衛(wèi)星發(fā)射的是水平極化波。所以,一般衛(wèi)星電視接收天線通常應(yīng)能工作于圓極化和線極化兩種狀態(tài),以便在不影響性能的情況下,方便地進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

在實(shí)際應(yīng)用中,當(dāng)饋源的極化形式與電磁波的極化形式一致時(shí),電磁波才能在饋源波導(dǎo)中有效地傳輸。否則,接收信號(hào)將在饋源波導(dǎo)中迅速衰減。這種極化失配引入的損耗可用圖2-27來(lái)表示。圖2－27極化失配損耗示意圖由圖可以看出,接收天線必須與發(fā)射天線具有相同極化且旋向相同的特性,以實(shí)現(xiàn)極化匹配,接收全部的能量。若部分匹配,則只能接收部分能量。無(wú)論是線極化還是圓極化天線都不能接收正交分量?，F(xiàn)代的衛(wèi)星接收天線,大多都用裝有控制極化方向的極化器來(lái)選擇與衛(wèi)星電視信號(hào)一致的極化型式,并抑制其他形式的極化波,以獲得極化匹配,實(shí)現(xiàn)最佳接收。

在用圓極化天線接收?qǐng)A極化波時(shí),只要旋向正確便可正常接收。在用線極化天線接收線極化波時(shí),不僅要使接收天線指向衛(wèi)星,還要調(diào)整饋源極化方向,使其與接收的電波實(shí)現(xiàn)極化匹配。若用水平極化天線接收垂直極化波(或相反),用左旋圓極化天線接收右旋圓極化波(或相反),則會(huì)因附加損耗而收不到信號(hào)。若用線極化天線接收?qǐng)A極化波或用圓極化天線接收線極化波,則會(huì)丟失一個(gè)分量而產(chǎn)生約3dB的極化失配損耗。圓極化形式與線極化形式在技術(shù)上沒(méi)有優(yōu)劣之分。在使用中,圓極化饋源的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,但安裝和維護(hù)簡(jiǎn)單;線極化饋源的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單,但安裝和使用比較復(fù)雜,特別在接收過(guò)

程中更換衛(wèi)星時(shí),往往需要重調(diào)饋源的極化方向。為此,線極化天線一般采用由地面控制便于調(diào)整的電調(diào)極化饋源。

在實(shí)際工作中,除應(yīng)知道要接收衛(wèi)星下行電波傳播的極化方式外,還應(yīng)對(duì)饋源中極化器極化形式做出正確的判別。圖2－28列出極化器的安裝與接收衛(wèi)星電波極化特性的關(guān)系。圖2－28各種極化天線安裝時(shí)的極化器取向圖該圖是從天饋系統(tǒng)與高頻頭的接口處向天線看去的，是逆電波傳輸方向的截面圖。對(duì)前饋天線,向著來(lái)波方向看去,當(dāng)介質(zhì)片所在的平面沿順時(shí)針?lè)较蚺c矩形波導(dǎo)寬邊平面呈45°角時(shí),為右旋圓極化，當(dāng)呈135°角時(shí)為左旋圓極化。因此,只要將介質(zhì)片所在的平面旋轉(zhuǎn)90°就能改變左右旋圓極化方向。要使圓極化饋源變?yōu)榫€極化饋源,可將介質(zhì)所在平面旋轉(zhuǎn)45°或拆去極化變換段的介質(zhì)片。有時(shí),為了減少損耗,縮短饋源尺寸,可將整個(gè)極化變換段去掉。在接收線極化波時(shí),極化方向可由矩形波導(dǎo)口的方向確定。當(dāng)波導(dǎo)口的窄邊與地面平行時(shí)為水平極化,當(dāng)寬邊與地平面平行時(shí)為垂直極化。

調(diào)整過(guò)程中,可在天線的極化方向與接收波的極化方向大體一致的情況下找出信號(hào),再在此基礎(chǔ)上調(diào)整極化方向,直到極化效果最佳為止。當(dāng)用圓極化天線接收?qǐng)A極化波時(shí),只要饋源的旋向正確即可。應(yīng)注意的是,圓極化波經(jīng)反射后,反射波的旋向與入射波的旋向相反。例如,若轉(zhuǎn)發(fā)器發(fā)射的是左旋圓極化波,經(jīng)前饋天線的拋物面反射后,到饋源就變成右旋圓極化波。對(duì)后饋天線接收的電波由于要經(jīng)兩次反射才能到達(dá)饋源,因此,在到達(dá)饋源時(shí),波的旋向不變。

4.接收天線的主要性能要求

在衛(wèi)星電視接收系統(tǒng)中,天線是衛(wèi)星電視信號(hào)的輸入端口。它的作用是收集來(lái)自衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的微弱信號(hào)并有效地饋給接收設(shè)備。因而,它的性能直接影響到接收電視信號(hào)的質(zhì)量。

1）天線的增益要高

天線增益是描述天線定向性和效率的一個(gè)重要參數(shù)。天線在某一方向的增益定義為:在某一位置產(chǎn)生相同電場(chǎng)強(qiáng)度的條件下,無(wú)耗理想點(diǎn)源天線的輸入功率(Pino)與天線的

輸入功率(Pin)的比值。(同一電場(chǎng)強(qiáng)度)在實(shí)際工程中天線增益可由下式計(jì)算:(2－23)式中:S為天線口徑面積(m2)；λ為工作波長(zhǎng)(m)；D為拋物面口徑(m)；ηA為天線效率。由上式可以看出,天線的增益與天線的口面直徑、工作波長(zhǎng)和天線的效率有關(guān)。增大天線的口面直徑可以有效地提高增益。表2－5列舉了幾種C波段拋物面板狀天線的增益與口徑的關(guān)系。但是,由于天線口徑的增加會(huì)使天線的成本加大,并因風(fēng)荷的增加而使架設(shè)困難,因此,這些問(wèn)題需要綜合考慮。另外,提高天線的效率要求天線面及饋源的加工精度高。因此購(gòu)置時(shí)需仔細(xì)挑選。表2－5

C波段拋物天線的增益與口

2）頻帶特性要寬

C、Ku波段衛(wèi)星廣播電視有24個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器，它們具有500MHz帶寬,為能收看到所有的節(jié)目,要求天饋線系統(tǒng)也必須具有良好的500MHz的寬頻帶特性。

3)機(jī)械強(qiáng)度要高

為保持規(guī)定的天線方向性,要求天線的機(jī)械結(jié)構(gòu)必須具有足夠的強(qiáng)度和精度。為此,需對(duì)結(jié)構(gòu)性能提出如下要求：

(1)結(jié)構(gòu)形式應(yīng)能滿(mǎn)足工作狀態(tài)的要求,例如天線的工作方式是移動(dòng)型的還是固定型的,跟蹤方式是手動(dòng)的、自動(dòng)的還是半自動(dòng)的。

(2)天線的結(jié)構(gòu)應(yīng)能滿(mǎn)足不同使用環(huán)境的要求,其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度應(yīng)保證在允許使用的環(huán)境下不破壞,結(jié)構(gòu)變形應(yīng)在允許的公差范圍內(nèi)。

(3)對(duì)一些使用條件比較惡劣的場(chǎng)合,還希望天線具有較高的使用頻率,能抗風(fēng)暴、抗腐蝕、耐熱、耐冷、耐潮濕。

(4)在滿(mǎn)足以上條件的情況下,應(yīng)選用性能價(jià)格比較高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單輕便、安裝調(diào)試方便的天線。

4）旋轉(zhuǎn)性能要好

為使一個(gè)天線能根據(jù)需要接收來(lái)自多顆衛(wèi)星的電視信號(hào),在底座固定的情況下,天線的方位角和仰角應(yīng)能在5°～70°范圍內(nèi)變化,以正北為基準(zhǔn)天線方位角應(yīng)能覆蓋90°～270°的范圍。

5）極化可調(diào)

廣播電視衛(wèi)星下行轉(zhuǎn)發(fā)器的發(fā)射信號(hào)可采用圓、水平、垂直極化方式,不同衛(wèi)星采用不同的極化方式,有時(shí)同一衛(wèi)星不同頻道分別采用水平或垂直極化方式。因此,天線饋源系

統(tǒng)的極化方式應(yīng)方便易調(diào),以提高天線的適應(yīng)性能。

5.天線的安裝、調(diào)整與維護(hù)、選購(gòu)

1）安置地點(diǎn)的選擇

選擇衛(wèi)星天線安裝地點(diǎn)時(shí)應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面:

（1）周?chē)袩o(wú)微波站、雷達(dá)站及其他微波干擾設(shè)備,特別要注意避免同頻干擾。在一般情況下,干擾信號(hào)比最小的接收信號(hào)低30dB以上才能保證衛(wèi)星接收站的正常工作。

（2）應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離高壓電力線、多雷區(qū)、飛機(jī)航道或其他不安全環(huán)境。

（3）接收站的周?chē)h(huán)境應(yīng)無(wú)空氣污染,如風(fēng)沙、塵埃、腐蝕氣體等,并有交通、水電的保證。

（4）在天線正南方向東西90°范圍內(nèi)盡量開(kāi)闊。為了減少噪聲,改善接收效果,天線仰角要低。如果站址的北方有山頭,可充分利用北方山頭的屏蔽作用減少干擾。

2）天線安裝的原則

合理的安裝和正確的使用是保證天線性能及穩(wěn)定工作的必要條件。為此,在安裝時(shí)應(yīng)該遵循以下原則:

（1）對(duì)任何一種天線,安裝時(shí)都要嚴(yán)格控制反射面的形狀精度、主(副)反射面與饋源之間的尺寸關(guān)系,以保證天線增益不因?yàn)榘惭b不當(dāng)而減少。

（2）反射面和饋源的安裝誤差是影響天線性能的主要因素。饋源相位中心未準(zhǔn)確放在焦點(diǎn)上的誤差(可分為縱向誤差和橫向誤差),均會(huì)造成天線方向圖的失真和增益的下降。

（3）在安裝過(guò)程中,不允許反射面有任何碰傷或變形,灰塵、水汽和異物不應(yīng)進(jìn)入饋源內(nèi)部。

3）天線調(diào)試

天線安裝好后,轉(zhuǎn)動(dòng)天線的仰角和方位角以對(duì)準(zhǔn)所要收看的衛(wèi)星,以保證收到比較滿(mǎn)意的電視信號(hào)。

4）天線的保養(yǎng)

天線在使用過(guò)程中要進(jìn)行定期保養(yǎng)、維護(hù)。對(duì)經(jīng)常活動(dòng)的絲杠及軸承要涂上黃油以防止生銹,還應(yīng)及時(shí)修補(bǔ)漆層和排除非正常使用造成的機(jī)械變形。天線對(duì)衛(wèi)星指向角的變動(dòng),饋源與反射面相對(duì)位置的變動(dòng),饋源密封性變差使異物或水汽進(jìn)入饋源等均會(huì)引起天線性能的下降,在使用過(guò)程中應(yīng)特別注意。如果反射面內(nèi)有積雪或冰塊,應(yīng)及時(shí)清除。

5）天線的選購(gòu)

衛(wèi)星電視天線的選購(gòu)，應(yīng)該考慮天線的口徑、頻率范圍、極化方式、駐波比、增益等參數(shù)。由于衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的功率較小,傳輸?shù)降孛嫔蠒r(shí)信號(hào)已極其微弱,為了獲得好的收看效果,總是希望天線的增益大、性能優(yōu),但天線的選擇又受價(jià)格的限制，所以天線的選購(gòu)要全盤(pán)考慮。2.2.2高頻頭與功率匹配器

1．高頻頭的作用與組成

高頻頭在衛(wèi)星電視接收系統(tǒng)中的作用是將天線接收到的微弱信號(hào)進(jìn)行放大,并下變頻到950～1450MHz頻段后放大輸出,通過(guò)同軸電纜傳送到衛(wèi)星接收機(jī)。它要把高達(dá)500MHz帶寬的衛(wèi)星微弱信號(hào)變換為接收機(jī)所要求的,具有良好的載噪比的衛(wèi)星接收機(jī)中的中頻信號(hào),而不過(guò)多地混入放大器本身的噪聲。另外,對(duì)高頻頭來(lái)說(shuō),它的輸出頻率都是950～1450MHz，以便于接收機(jī)對(duì)C/Ku頻段都兼容。

高頻頭的組成原理如圖2－29所示。它主要由低噪聲放大器(LNA)、下變頻器、中頻放大器(IFA)組成。天線系統(tǒng)來(lái)的微弱信號(hào)經(jīng)波導(dǎo)微帶轉(zhuǎn)換器加到微波低噪聲放大器的輸入端。被放大的信號(hào)經(jīng)鏡像抑制帶通濾波器BPF抑制掉鏡頻干擾,在第一混頻器(MIX)里與第一本振(LO)的信號(hào)進(jìn)行混頻，產(chǎn)生第一中頻信號(hào)。該中頻信號(hào)通過(guò)低通濾波器LPF進(jìn)入第一前置中頻放大器(IFA)放大，再經(jīng)30m電纜送給室內(nèi)單元。圖2－29高頻頭的組成方框圖

2．對(duì)高頻頭的技術(shù)要求

高頻頭屬于微波器件,又工作在室外,環(huán)境條件惡劣。為了使高頻頭能長(zhǎng)期、穩(wěn)定地在室外工作,在結(jié)構(gòu)上高頻頭應(yīng)采取良好的密封和防腐、防雷的處理措施。對(duì)高頻頭的性能要求是:具有盡可能低的噪聲溫度、高可靠性和高穩(wěn)定性,在所要求的工作頻帶內(nèi),幅頻特性、功率增益、輸入輸出駐波比、非線性失真及變換器的鏡像干擾抑制能力等應(yīng)符合使用要求。下面對(duì)一些技術(shù)要求的含義加以說(shuō)明。

1）噪聲溫度低

接收系統(tǒng)的內(nèi)部噪聲溫度愈低,則接收微弱信號(hào)的能力愈高,圖像質(zhì)量愈好。整機(jī)的噪聲溫度主要取決于前1～2級(jí)放大器的噪聲溫度。噪聲溫度低時(shí),保證相同圖像質(zhì)量所需的天線口徑可減小,天線造價(jià)就會(huì)下降。因而,降低高頻頭噪聲是降低衛(wèi)星電視接收站成本的重要方法。對(duì)C波段,高頻頭的噪聲溫度一般有35K,30K,28K和25K。

2）功率增益高

室外單元的主要任務(wù)之一是把輸入的微弱信號(hào)放大到室內(nèi)單元所需的輸入電平。所以,設(shè)計(jì)室外單元增益時(shí)還應(yīng)考慮帶通濾波器、第一混頻器和室外單元到室內(nèi)單元間的高頻同軸電纜的損耗。通常低噪聲放大器功率增益可以達(dá)到（40～50）dB,第一混頻器的損耗為（-10～－60）dB,第一中放的增益為（20～25）dB,高頻電纜的損耗為（-8～-20）dB,故室外單元總增益約為(55±4)dB,通常應(yīng)大于45dB。

3）頻帶寬

Ku波段和C波段的帶寬約500MHz,包含24個(gè)頻道。因此,室外單元應(yīng)保證500MHz帶寬內(nèi)的信號(hào)全部

通過(guò),且?guī)?nèi)增益波動(dòng)應(yīng)小于3dB。任一個(gè)36MHz帶寬內(nèi)的增益波動(dòng)應(yīng)小于1dB。頻譜特性波動(dòng)過(guò)大,會(huì)使某些頻道的收視效果變差,產(chǎn)生彩色失真。

4）輸入電壓駐波比小

駐波比過(guò)大,輸入端阻抗不匹配加重,載噪比降低。同時(shí),由于信源失配,反相系數(shù)相位移動(dòng),進(jìn)入放大器不穩(wěn)定區(qū)后,使增益不穩(wěn)定,甚至產(chǎn)生自激。對(duì)室外單元輸入端駐波比的較低要求為2.5～3.5,一般要求≤1.3,相當(dāng)于回波損耗（-7～-5）dB。對(duì)于輸出端,駐波比的一般要求為1.5～2.5，相當(dāng)于回波損耗（-14～-7）dB。

5）多載波互調(diào)比小

寬帶放大器若存在非線性失真,會(huì)產(chǎn)生許多諧波分量,并在各頻段分量間產(chǎn)生交叉調(diào)制,從而使干擾噪聲增加。通常,要求在兩個(gè)-70dB的輸入信號(hào)作用下互調(diào)比應(yīng)小于-40dB。

6）本振頻率穩(wěn)定度高

在室外單元從-40℃～+50℃的工作溫度范圍里，要求第一本振頻率穩(wěn)定度為10-4量級(jí)。設(shè)本振fg=5170MHz,允許最大頻率漂移Δf=±2MHz，則頻率穩(wěn)定度為Δf/fg=7.7×10-4。

7）鏡像抑制比大

鏡像頻率與本振頻率信號(hào)差頻產(chǎn)生的中頻信號(hào)進(jìn)入中頻放大器將使接收系統(tǒng)載噪比惡化。特別是在接收波道數(shù)多,工作頻帶寬時(shí)更為突出,通常,要求鏡像干擾抑制比大于40dB。

3．可供選用的高頻頭產(chǎn)品

高頻頭較難生產(chǎn)。由于器件供給、成本原因，目前國(guó)內(nèi)批量生產(chǎn)廠少，幾乎都用進(jìn)口品。對(duì)于高頻頭的性能，須由專(zhuān)門(mén)的人員使用專(zhuān)門(mén)儀器才能測(cè)出來(lái)。因此,即使是口品,所標(biāo)噪聲溫度值也往往有名不副實(shí)的,故最好找專(zhuān)門(mén)單位測(cè)試或比較一下。另外,需要說(shuō)明,對(duì)于Ku頻段使用的高頻頭,其噪聲性能習(xí)慣用噪聲指數(shù)NF值來(lái)表示。目前國(guó)際上先進(jìn)水平的高頻頭的NF值在1以下。表2－6列出了部分國(guó)內(nèi)外C波段高頻頭的出廠性能,供選用時(shí)參考。

4．功率分配器

功率分配器是將信號(hào)功率分成相等或不相等輸出的一種多端口的微波網(wǎng)路,使一個(gè)地面接收站的天線能同時(shí)帶幾個(gè)接收機(jī)。對(duì)有線電視臺(tái)來(lái)說(shuō),使用多個(gè)調(diào)諧于不同衛(wèi)星電視頻道的接收機(jī),可實(shí)現(xiàn)多頻道接收,提高天線的利用率,如圖2－30(a)所示。表2－6部分國(guó)內(nèi)外廠家生產(chǎn)的C波段高圖2－30功率分配器的應(yīng)用原理圖在衛(wèi)星接收系統(tǒng)中,功率分配器一般只有兩路。有多路輸出的功率分配器一般是由數(shù)個(gè)兩路功率分配器級(jí)聯(lián)而成的。功率分配器的功率分配可以是均分,也可以是按比例分配,視設(shè)計(jì)而定。這種分配可以是無(wú)源的,也可以是有源的。有源功率分配器是由無(wú)源網(wǎng)絡(luò)與有源放大器級(jí)聯(lián)而成的。這里只對(duì)無(wú)源功率分配器的原理作以簡(jiǎn)要的說(shuō)明。

5．室外部件使用注意事項(xiàng)

使用室外部件注意事項(xiàng)是：

(1)接觸要良好,波導(dǎo)法蘭盤(pán)拉口部分要清潔,防水膠圈要對(duì)準(zhǔn),對(duì)齊并上緊,不要隨意打開(kāi)高頻頭,以免破壞密封性能。

(2)連接電纜同電纜頭內(nèi)外導(dǎo)體要接觸良好,電纜要按要求匹配。

(3)拋物面天線及室內(nèi)外部件外殼要接地良好,必要時(shí)要用試電筆檢查,否則將會(huì)損壞內(nèi)部器件。2.2.3衛(wèi)星電視接收機(jī)

1．衛(wèi)星電視接收機(jī)的功能

衛(wèi)星電視接收機(jī)的主要功能是將來(lái)自高頻頭第一中頻的微弱信號(hào)進(jìn)行低噪聲放大、變頻和解調(diào)處理后，輸出全電視基帶信號(hào)。

從室外單元高頻頭輸出的950～1450MHz信號(hào)經(jīng)20～30m電纜輸入到衛(wèi)星電視接收機(jī),經(jīng)再次變頻選臺(tái)轉(zhuǎn)為固定的第二中頻,然后進(jìn)行調(diào)頻波解調(diào)。解調(diào)后的衛(wèi)星電視信號(hào)中包括加重的圖像信號(hào)、三角波能量擴(kuò)散信號(hào)、一路或幾路聲音副載波調(diào)頻信號(hào),以后各級(jí)對(duì)它們進(jìn)行處理和解調(diào),在接收機(jī)輸出端輸出視頻信號(hào)和一至兩路聲音信號(hào)。接收機(jī)中還有一個(gè)電視調(diào)制器,將視頻和聲音信號(hào)變成調(diào)幅電視波。該調(diào)制器頻道選在UHF22～26頻道,也有用VHF的3或4頻道的。某些接收機(jī)還備有專(zhuān)門(mén)的21芯插座,供解碼用。為了改變天線的極化方式,接收機(jī)還有極化輸出接線夾。

不同地區(qū)或國(guó)家的衛(wèi)星廣播所用的伴音副載波的頻率不同。有些節(jié)目有多路聲音,每路聲音調(diào)制到獨(dú)立的副載波上。例如我國(guó)云、貴衛(wèi)星臺(tái)有兩路聲音,一路為電視伴音,另一路為本省廣播電臺(tái)聲音?！皝喼?號(hào)”衛(wèi)星上的五套節(jié)目都有3至4路聲音：立體聲伴音的左路聲和右路聲、單聲伴音、廣播節(jié)目聲。立體聲兩路采用PANDA-1方式,俗稱(chēng)“熊貓”伴音。需要用動(dòng)態(tài)頻帶壓縮方式傳送PANSA-1聲,接收機(jī)最好帶有相應(yīng)的聲音處理電路或類(lèi)似的電路。有些衛(wèi)星電視接收機(jī)收看我國(guó)衛(wèi)星臺(tái)節(jié)目時(shí)聲音動(dòng)聽(tīng),但收看“亞衛(wèi)”星節(jié)目時(shí),聲音常不能令人滿(mǎn)意,就是因?yàn)檫@些接收機(jī)沒(méi)有PANDA-1伴音處理電路的原因。衛(wèi)星電視接收機(jī)按照工作功能的多少,聲像指標(biāo)的高低等來(lái)劃分檔次,簡(jiǎn)易接收機(jī)不帶遙控或帶簡(jiǎn)易遙控,去掉目前暫時(shí)不用的附加功能,用電位器選臺(tái)調(diào)聲,故頻率易漂移,不太穩(wěn)定。目前市面上多為遙控機(jī)并在面板上顯示遙控的工作狀態(tài)。這種接收機(jī)的調(diào)諧電壓都為電壓合成方式。機(jī)器是否工作在最佳狀態(tài),全靠人的視覺(jué)。另一種是屏幕顯示型衛(wèi)星電視接收機(jī),接收機(jī)的工作狀態(tài),包括接收的衛(wèi)星的中頻頻率、伴音副載波頻率等可直接顯示在電視機(jī)的屏幕上。根據(jù)衛(wèi)星節(jié)目的數(shù)據(jù),在不接天線的情況下,也可很方便地將所有節(jié)目的工作狀態(tài)預(yù)存在接收機(jī)中,使用很方便。這種接收機(jī)選臺(tái)、調(diào)聲采用鎖相環(huán)頻率合成電路保證二中頻高度穩(wěn)定,聲像質(zhì)量最優(yōu)良。為了克服目前三種彩色電視制式在衛(wèi)星電視直播中的缺點(diǎn),采用時(shí)間軸壓縮的MAC制解調(diào)器勢(shì)在必行。目前大部分衛(wèi)星電視接收機(jī)則不具備MAC制接收功能或外接的MAC接口。

隨著電視直播衛(wèi)星技術(shù)的飛速發(fā)展,為了轉(zhuǎn)發(fā)更多的電視節(jié)目,衛(wèi)星上的轉(zhuǎn)發(fā)器日益增多。比如在C波段,有些進(jìn)口衛(wèi)星電視接收機(jī)的接收范圍僅有900～1400MHz,不能滿(mǎn)足要求。我國(guó)目前已將C波段擴(kuò)展到950～1470MHz。又如,“亞洲1號(hào)”電視直播衛(wèi)星,有24個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器；“亞洲2號(hào)”電視直播衛(wèi)星,在C波段擁有28個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器,Ku波段有6個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器,轉(zhuǎn)發(fā)器可多達(dá)34個(gè)。為適應(yīng)此情況,很多衛(wèi)星電視接收機(jī)已將接收頻率范圍擴(kuò)展到了9

50～2050MHz,最大可接收48個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器轉(zhuǎn)發(fā)的電視節(jié)目。

2.衛(wèi)星電視接收機(jī)的基本電路

衛(wèi)星電視接收機(jī)實(shí)用電路的設(shè)計(jì)方案較多。一般而言,對(duì)不同型號(hào)的接收機(jī),設(shè)計(jì)方案不同,電路結(jié)構(gòu)會(huì)有所差別。通常,衛(wèi)星電視接收機(jī)有兩種超外差變頻方式,即一次變頻方

式和二次變頻方式。一次變頻方式的接收機(jī)電路簡(jiǎn)單,價(jià)格低廉,性能指標(biāo)較低,其電路結(jié)構(gòu)如圖2－31所示。圖2－31一次變頻電路方框圖天線接收的衛(wèi)星電視信號(hào)經(jīng)低噪聲寬頻帶放大器放大后,由電調(diào)諧濾波器預(yù)選信號(hào),并抑制掉鏡像干擾。電調(diào)諧本振與電調(diào)諧濾波器統(tǒng)調(diào),確保變頻器輸出準(zhǔn)確的中頻。該中頻經(jīng)前置中頻放大器放大后,通過(guò)30m電纜送給室內(nèi)單元。該信號(hào)經(jīng)中頻濾波和放大后,進(jìn)入鑒頻器,檢出基帶電視信號(hào)?；鶐盘?hào)經(jīng)放大后分兩路輸出。一路經(jīng)6MHz低通,取出圖像信號(hào),再經(jīng)去加重、去能量擴(kuò)散,輸出全電視信號(hào)。另一路經(jīng)6.5MHz帶通濾波器取出6.5MHz伴音調(diào)頻信號(hào),經(jīng)伴音鑒頻器輸出聲音信號(hào)。

一次變頻設(shè)計(jì)方案的優(yōu)點(diǎn)是:僅低噪聲前置放大器的帶寬是500MHz,其余電路均工作在27MHz窄帶上。其缺點(diǎn)是:節(jié)目頻道的選擇是通過(guò)電調(diào)本振電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)的,因此每調(diào)節(jié)一個(gè)本振調(diào)諧電壓,高頻頭只能輸出一個(gè)頻道的調(diào)頻節(jié)目信號(hào),而且抗干擾能力和圖像質(zhì)量也稍差,所以,一次變頻方式多用于普及型機(jī)器。圖2－32二次變頻電路方框圖二次變頻方式的接收機(jī)結(jié)構(gòu)如圖2－32所示。室外單元的頻率范圍,對(duì)C波段為3.7～4.2GHz。我國(guó)選用的第一中頻為0.97～1.47GHz,故第一本振頻率是固定的,可用高本振頻率5.17GHz。第一中頻信號(hào)經(jīng)寬帶前置中放后,通過(guò)30m電纜送給接收機(jī)室內(nèi)單元。該信號(hào)先經(jīng)第一中頻帶通濾波器濾除高次諧波,再經(jīng)第一中頻放大器放大,以補(bǔ)償?shù)谝换祛l器、傳輸電纜及帶通濾波器引起的損耗。第二本振的頻率在0.83～1.33GHz范圍內(nèi)可調(diào),以便獲得固定的第二中頻140MHz。

借助變?nèi)荻O管調(diào)諧去控制第二本振頻率,即可選擇出接收波段內(nèi)任一個(gè)電視頻道的節(jié)目。第二帶通波器的中心頻率通常為140MHz,3dB帶寬為27MHz，它確定了每個(gè)頻道的帶寬,用以提高第二混頻器的抗拒比。第二中放具有AGC功能,使輸出信號(hào)保持100mV左右,以滿(mǎn)足限幅器的限幅電平。鑒頻器的輸出為電視基帶信號(hào)。鑒頻器輸出的頻率誤差電壓經(jīng)直流放大后，得到自動(dòng)頻率控制電壓UAFC。用它控制第二本振變?nèi)荻O管的反偏電壓,以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定第二本振信號(hào)的頻率穩(wěn)定度目的?；鶐盘?hào)經(jīng)基帶放大器放大后分兩路輸出。一路經(jīng)6MHz低通濾波器,取出圖像信號(hào),再經(jīng)去加重、去能量擴(kuò)散、視放,輸出全電視信號(hào)。另一經(jīng)路經(jīng)6.5MHz帶通濾波器取出6.5MHz伴音調(diào)頻信號(hào),再經(jīng)伴音鑒頻器輸出聲音信號(hào)。如果要在電視頻道或有線電視頻道上轉(zhuǎn)播衛(wèi)星電視節(jié)目,可將第二中放后的信號(hào),經(jīng)限幅加到調(diào)幅-調(diào)頻直接變換器,產(chǎn)生要轉(zhuǎn)播頻道的殘留邊帶調(diào)幅信號(hào)。

二次變頻方式的優(yōu)點(diǎn)是：第一本振頻率是固定的,第一變頻器無(wú)需調(diào)諧,便于將室外單元和接收天線安裝在一起,且安裝比較方便;頻道選擇是通過(guò)改變室內(nèi)單元的第二本振頻率實(shí)現(xiàn)的,這樣就可以利用一副天線、一個(gè)后接功率分配器的室外單元,實(shí)現(xiàn)多機(jī)多頻道節(jié)目的同時(shí)接收;由于第二中頻為固定的140MHz,因而各種類(lèi)型的室外單元和室內(nèi)單元可以互換。所以,絕大部分的C、Ku波段的接收機(jī)都用二次變頻方式,且第二變頻后的電路對(duì)C波段和Ku波段是兼容的,二次變頻方式的