如何为数字卫星接收系统选择合适的低噪声高频头

1、如何为数字卫星接收系统选择合适的低噪声高频头 卫星通信传送系统已逐渐由数字调制的方式如BPSK和QPSK取代传统的FM或FSK模拟调制方式。在同一卫星上，用数字方式调制比模拟方式调制可传送更多的信息和更优质的信号。更具体地说，数字调制信号能传送大量的数据，而误码率和所占用卫星频道资源却减小了，这一切都是过去沿用已久的模拟调制方式所不能比拟的。低噪声变频器(LNB)在完全发挥卫星数字系统的优越性能及其功效方面起着极其重要的作用。它与数字系统的信号传输特性完全配合才能使系统的传输性能最佳化，并且误码率降至低。严格来说，大约有50多项技术指标可用来衡量LNB的优良与否，例如射频泄漏、带外抑制、带内杂

2、波、带外杂波、老化现象、防震功能、防腐蚀、接头种类、防静电功能、互调、工作动态范围、抵御外界环境、可靠性及其他。本文选出几项主要的指标加以讨论，为读者提供选择LNB的基本知识，也为日后深入厂解LNB特性打下基础。图1和图2分别是典型的LNB设计原理图和结构图。一、噪声 LNB的噪声可以解释为LNB的灵敏度或其固有的噪声加在接收信号上。因此，LNB的噪声越低对微弱信号的接收就越灵敏。C波段LNB的标准频率范围是3442GHz，噪声的单位用开氏温度K(Kelvin)来表示。开氏温度是一个测量单位，是有关分子在某一个温度下的运动量。不少人认为开氏温度就是C波段的噪声，这在技术上而言是不正确的。因为开

3、氏温度只是一个测量单位，而并非温度值。开氏温度在零度时(0K)表示分子完全处于静止状态，换句话说，在一系统内完全没行噪声的存在。C波段LNB的噪声测量值在15K已是相当低了，一般LNB的噪声都在30K以上。Ku波段(10.712.7GHz)的LNB所使用的噪声单位与C波段不同，般以分贝(dB)为测量单位。然而开氏温度(K)和dB可以通过公式计算互相换算： NF=10log1+(NT290)式中，NF是dB表示的噪声，NT是用K表示的噪声系数。例如35K=0.5dB。Ku波段LNB的噪声系数测量值为0.6dB，是很低的噪声，一般LNB的噪声都为0.8dB。表1LNB震荡器的种类稳定度应用介质共振

4、DRO+/-1.0MHz +/-250kHz数字电视广播宽带数字广播内参考锁相环Internal PLL+/-100MHz +/-5.0kHzSCPC数字声音广播VSAT数字通信外参考锁相环External PLL+/-0Hz +/-1.0kHz卫星传呼通信系统窄频宽数字通信二、增益 当信号从卫星传到地面的接收天线时，其强度已有很大的衰减。若不重新处理放大，便不能通过同轴电缆到达卫星接收。信号放大的单位以dB来计算。LNB在一特定的噪声温度和接收频率范围内，其增益不平坦度不应过大，在卫星数字传送系统中，增益平坦度比模拟系统显得更为重要。 一般的数字接收系统，在任何情况下都要求LNB增益为556

5、5dB。接收带宽在500-800MHz范围内，增益不平坦度应小于5.0dB，而每个27GHz带宽的频道内，增益不平坦度应低于110dB。若不平坦度大于这范围，数字接收的效果就会受到影响。三、本振频率稳定度 LNB的频率稳定度由其本机振荡的频率稳定度决定。LNB的本机振荡器大致分为三种： 1介质共振振荡器(DRO)其振荡频率的产生和稳定性完全取决于一小块介质材料的 自由振荡频率和稳定性。 2锁相环振荡器(PLL)其振荡频率的生产和稳定性完全取决于内置温度补偿晶体振荡器及数字锁相电路。 3外参考锁相环振荡器(External Reference)其振荡频率的生产和稳定性完全取决于一外置振荡器，它的

6、振荡频率是从卫星接收器通过同轴电缆传送到LNB内。一般这样的外振荡参考源为10MHz。 不同种类及频宽的数字接收系统，对LNB的频率稳定度有不同的要求。宽频信号如MPEG2数字电视广播需要稳定度较低的LNB，因为传送的信号频宽较大，而接收器的自动频率凋谐范围较宽。然而，窄频宽的传送信号如SCPC广播则需要稳定度高的锁相环LNB，以使接收器能把信号锁定。表1列出各类LNB的稳定度及其应用。四、相位噪声 相位噪声是噪声的一种，它会出现在接收信号变频后的中频(I.F.)载波的边带上。因此在测量相位噪声时，必须测量以中频载波为中心的边带频率点，如100Hz、1.0kHz、10kHz、100kHz和1M

7、Hz等。相位噪声的来源与LNB的本振品质有直接的关系，它影响相位噪声的大小。 相位噪声直接影响数字系统中的误码率(BER)，相位噪声越高，接收信号的误码率越大，因而接收效果越差。图3列出不同种类的LNB的相位噪声；图4是锁相环LNB的相位噪声图示。五、图像微音效应灵敏度(Microphonic) LNB安装在接收天线上，会时刻受到户外环境的冲击，如强风、雨打及冰雪等。雨打和冰雪击在LNB的外壳上所产生的振荡会对LNB的电特性造成轻微的干扰。在早期的收音机中，这样的振动干扰往往与音频互调而产生怪异的声音。由于互调的声音好像微音器的声音一样，所以称为微音效应。虽然LNB的微音效应不一定与声频的微音

8、效应有关，但仍沿用这个名词来表示,其意相同。 微音效应对电性能的干扰会加到接收的信号上或与接收信号互调。这样的信号失真往往会影响LNB的接收特性，这是一般LNB普遍存在的现象。LNB的本机振荡器最容易受到这类的干扰，因此，高稳定度和高质量的商用LNB在外壳及电性能的设计上需把这类的干扰减至最小。 目前并没有种标准的单位或测试方法来测试图像微音效应，各人有不同的方法，如模仿雨打，用特别设计的工具，用振动台或用螺丝刀敲打LNB等。总之，用何种测量方法，将由系统没计人员决定。六、输入电压驻波比(Input VSWR) 电压驻波比亦可用回波衰减(ReturnLoss)来表示。驻波比是在传输电缆或波导管

9、内反射电波与输入电波的比值，能反映系统阻抗匹配的好坏。驻波比越高，阻抗匹配越差。在理想的情况下，馈源阻抗与LNB阻抗应完全匹配，输入电波不会因不匹配而出现反射现象，驻波比在阻抗完全匹配时应是1：1。然而，在真实的应用环境中完全匹配是不可能的，不同传输电缆或波导管行不同的电特性及物理特性，要达到完全匹配是很困难的。接收的电波经馈源传到LNB时，由于不匹配使电波反射造成信号的衰减，使LNB的噪声增加。 在馈源及LNB之间具备良好的抗阻匹配是十分重要的。表2、表3列出了不同的驻波比如何影响LNB的噪声。假设C波段LNB的本身噪声为30K，理想的馈源驻波比是1：l。假设Ku波段LNB的本身噪声为0.8

10、dB，馈源驻波比是理想的1：1。表2LNB驻波比馈源驻波比驻波比损失噪声LNB的等效噪声3.5：11：175K30K+75K=105K3.0：11：159K30K+59K=89K2.5：11：151K30K+51K=81K2.0：11：139K30K+39K=69K表3LNB驻波比馈源驻波比驻波比损失噪声LNB的等效噪声3.5：11：11.6dB0.8dB+1.6db=2.4dB3.0：11：11.2dB0.8dB+1.2db=2.0dB2.5：11：10.8dB0.8dB+0.8db=1.6dB2.0：11：10.5dB0.8dB+0.5db=1.3dB从表2、表3中可以得知，LNB的驻波比

11、对整个接收系统的噪声造成很人的影响。所以在选择LNB时，驻波比是重要的考虑之。只考虑LNB的本身噪声不足以说明应用时真正的等效噪声，必须与LNB的驻波比同考虑。商用LNB的驻波比都小于2.0:1。七、应用例子 在接收不同的卫星信号时，正确选择LNB非常重要，不同种类的LNB能提供不同的接收功能。笔者并不认为只有高价的LNB才有良好的接收效果，要看接收信号的种类而言。以下提供一些如何正确选择LNB的参考意见： 1卫星数字寻呼系统，必须选用锁相环或外参考锁相环的LNB，如Norsat的1000或3000 系列。 2数字压缩视频MPEG-2需要稳定度高的介质共振(DRO)LNB，如Norsat的4000或8000系列。 3VS