第五章 卫星接收系统的工程设计与调试

1、第五章第五章 卫星接收系统的工程设计与调试卫星接收系统的工程设计与调试 卫星链路的计算方法 数字卫星链路的传输质量 链路方程：上行链路，下行链路，总链路 卫星接收站的工程设计 卫星接收天线的几何参数 卫星接收机的输入电平 接收系统的噪声温度 工程设计实例 卫星接收站的安装与调试5.1 卫星链路的计算方法1、卫星链路的计算，就是对信号传输质量与各项技术参数之间的关系进行定量分析。2、在诸多技术参数中起着举足轻重作用的是 （1）广播卫星的等效全向辐射功率EIRP （2）卫星接收天线的口径。3、卫星链路可分为上行链路和下行链路两部分，两个链路的性能指标串接之后就决定了整个卫星链路的质量，在实际工程问

2、题中，由于上行链路的性能一般要优于下行链路的性能，因此整个卫星链路的传输质量在很大程度上由下行链路来确定。512 数字卫星链路的传输质量1、在数字卫星链路中，由于存在着各种噪声和干扰的影响，因此在卫星接收机的解码过程中就会出现误码，于是误码率(误码数与总码数之比)就成为了传输质量的判断依据。误码率越小，则系统的性能就越好。2、误码率是Eb/N0的函数，数字卫星链路的传输质量是由系统的Eb/N0所决定的。在DVB-S系统中，误比特率与Eb/N0 门限之间的关系在表51中给出，该表是数字卫星链路的计算依据。内码码率内码码率RcRS译码后达到译码后达到BER=10-10 10-11，维特比译码后维特

3、比译码后BER=210-4所需的所需的Eb / N0（dB）1/24.52/35.03/45.55/66.07/86.4 513 链路方程卫星链路分为上行链路和下行链路两种，由于两种链路的已知参数是不同的，因此上行链路方程和下行链路方程的形式略有区别。一、上行链路1、已知参数已知参数为：卫星转发器单载波饱和通量密度s，卫星转发器的品质因素GT、卫星转发器的输入补偿B0i。发射天线的增益，固态功放的输出功率 513 链路方程2、卫星转发器单载波饱和通量密度是指，当卫星转发器中的行波管放大器处于刚刚饱和状态时，上行信号电磁波在卫星所在地点的功率通量密度，单位为dBwm2。目前，卫星转发器单载波饱和

4、通量密度的典型值在-70-80dBwm2的范围内。 513 链路方程3、卫星转发器的输入补偿B0i卫星转发器的输入补偿与传送节目的方式有关。（1）在转发MCPC方式的数字卫星信号时，由于在转发器的工作带宽之内只有一个载波，故不存在交调干扰，为了充分利用功率，转发器的输出功率接近饱和状态，也就是说，B0i0。（2）在转发SCPC方式的数字卫星信号时，在转发器的工作带宽之内存在多个载波，此时就会出现交调干扰，为了减少交调干扰的影响，转发器的输出功率要比饱和时低几个分贝；另外每一路载波都是转发器的激励信号，而转发器的输入功率为各个输入载波的功率之和，因此每一路载波的强度也要比单载波激励时小一些。考虑

5、到上述的两个原因，工作在单路单载波方式 SCPC时，卫星转发器的输入补偿大约在10dB左右。行波管的非线性 PoutPin0dB0dB1dB压缩点饱和点线性区热噪声极限行波管的非线性（续） 饱和点：输出功率最大的点。 线性区：从低端的热噪声极限至1dB压缩点所限定的区域。 1dB压缩点：实际的功率转移曲线比外插的直线低1dB的点。 非线性效应 多载波情况下，将产生互调/交调干扰。 单载波情况下，包络起伏将造成相位调制。输入补偿 多载波工作时，对任何载波，饱和点附近的功率输出小于单载波饱和点的值。 为了降低互调/交调失真，行波管的工作点必须靠近曲线的线性部分。如图。 输入补偿：任何载波的工作点输

6、入电平与单载波饱和点输入电平的dB差。 输出补偿：输出功率相应的下降值。输入补偿（续）PoutPin0dB0dB单载波输入多载波输入输入补偿输出补偿输出补偿 输出补偿与输入补偿的关系不是线性的。 考虑输出补偿值的经验方法如图所示。 在线性区，输入补偿与输出补偿的dB变化比例是1：1。 所以输出补偿比输入补偿小5dB，即 BOo= BOi 5dB。 例：BOi=11dB时， BOo=6dB。 也有 “7/11”经验法则： 即BOi=11dB时，BOo=7dB。输出补偿（续）PoutdBmPin dBm补偿工作点饱和点单载波多载波BOiBOo5dB24 广播卫星的电参数广播卫星的电参数 241 等

7、效全向辐射功率（等效全向辐射功率（EIRP） 反映了卫星的辐射能力，仅与卫星本身有关，与其反映了卫星的辐射能力，仅与卫星本身有关，与其他参数无关。他参数无关。表达式表达式：EIRP=10lgPTWTA-Lt+Gt（单位：（单位：dBW）其中：其中：PTWTA：行波管的输出功率（行波管和一般：行波管的输出功率（行波管和一般晶体管类似，只是其工作在微波频率波段上，输晶体管类似，只是其工作在微波频率波段上，输出功率较大。）出功率较大。）Lt：行波管至星载天线的功率损耗。：行波管至星载天线的功率损耗。Gt：卫星星载天线的增益，是一相对值。：卫星星载天线的增益，是一相对值。C波段波段EIRP ：3040

8、dBW；Ku波段波段EIRP ：4060dBW2022-5-30数字卫星广播1424 广播卫星的电参数广播卫星的电参数 242 波束图波束图： 将地面各点的将地面各点的EIRP标注到地图上，称为波束图。标注到地图上，称为波束图。 一颗广播卫星的等效全向辐射功率是随着接收地一颗广播卫星的等效全向辐射功率是随着接收地点而改变的，在工程上为了便于使用，通常将卫点而改变的，在工程上为了便于使用，通常将卫星的等效全向辐射功率标注在地图上，星的等效全向辐射功率标注在地图上，称为卫星称为卫星的波束图或称为卫星的覆盖区域的波束图或称为卫星的覆盖区域。在进行卫星线。在进行卫星线路工程设计的过程中，波束图很重要，

9、根据波束路工程设计的过程中，波束图很重要，根据波束图能够确定接收地点的等效全向辐射功率，然后图能够确定接收地点的等效全向辐射功率，然后才可以进行以后的工程设计工作。才可以进行以后的工程设计工作。2022-5-30数字卫星广播1524 广播卫星的电参数广播卫星的电参数 243 品质因素：（品质因素：（G/T）1、定义：、定义：品质因素是衡量卫星转发器本身质量的一项特性品质因素是衡量卫星转发器本身质量的一项特性参数，反映了卫星转发器接收弱信号的能力。参数，反映了卫星转发器接收弱信号的能力。2、表达式：、表达式：G/T=G-10lg（Ta+Tt） （单位：（单位：dB/K）其中其中G：卫星星载天线在

10、上行工作频率（：卫星星载天线在上行工作频率（6或或14GHz）时的增益（）时的增益（dB）Ta：星载天线的噪声温度（：星载天线的噪声温度（K）Tt：卫星转发器的等效噪声温度（：卫星转发器的等效噪声温度（K）数字卫星广播24 广播卫星的电参数广播卫星的电参数 244 功率通量密度：（功率通量密度：（）1、定义：、定义：卫星发射出的电磁波达到地面时的功率通量密度。卫星发射出的电磁波达到地面时的功率通量密度。反映了卫星信号到达地面时的强度。反映了卫星信号到达地面时的强度。2、表达式、表达式=EIRP-20lgd-10lg（4）-L（单位：（单位：dBW/m2）其中其中d：卫星至地面的距离（：卫星至地

11、面的距离（m） L：附加损耗又称大气衰减（：附加损耗又称大气衰减（dB）数字卫星广播2.6.2 功率传输公式卫星链路计算的基本出发点就是弗里斯卫星链路计算的基本出发点就是弗里斯(Friis)功率传输公式。功率传输公式。2)4(dGGPPrttrPr：接收天线输送给匹配负载的功率Pt：发射天线的输入功率PrPt 513 链路方程4、上行地球站的等效全向辐射功率EIRPE与卫星转发器单载波饱和通量密度的关系为)()4lg(102dBWBOdEIRPiUsEdU:上行地球站与卫星之间的距离，单位为m5、噪声功率Pn的表达式：)lg(10kTBPnk：玻尔兹曼常数；B：信道带宽 513 链路方程6、模

12、拟上行链路的载噪比:)(lg10lg10)()4/lg(10)/(2dBWBkTGBONCdBisU:卫星上行信号的波长，单位为m7、数字卫星上行链路的Eb/N0表达式：Rb：数字信号的码率，单位：bit/s)(lg10lg10)()4/lg(10)/(20dBWRkTGBONEbdBisUbbbRBdBNCdBNElg10lg10)/()/(08、C/N与 Eb/N0 513 链路方程推导过程BkTGBONCdBWBkTdGdBOPCkTBPdLLGEIRPCdBisUdBUisUnndBElg10lg10)()4/lg(10)/()(lg10lg10lg10)4lg(20)4lg(10)/

13、()lg(10)/4lg(20,)(2200 513 链路方程卫星链路分为上行链路和下行链路两种，由于两种链路的已知参数是不同的，因此上行链路方程和下行链路方程的形式略有区别。二、下行链路1、已知参数已知参数为：卫星转发器的等效全向辐射功率EIRP，接收点与卫星转发器间的距离d，卫星接收天线的增益G，卫星接收系统的等效噪声温度T。接收链路分析主要公式1、下行链路自由空间传播损耗L0,D 式中：d 星站距离，m； 工作波长，m。dBdLD2, 0)4lg(10接收链路分析主要公式（续）2、数字卫星下行链路的Eb/N0，即下行链路方程 kRTGLLmBOEIRPNEbDDDoDblg10lg10)

14、/(lg10)/( :SCPC, 00kRTGLLEIRPNEbDDDDblg10lg10)/()/( :MCPC, 00接收链路分析主要公式（续）式中：EIRPS转发器饱和等效全向辐射功率，dBW；BOo,S 转发器输出补偿，称为功率回退，dB；m 转发器载波数；LD 下行链路附加损耗，主要由降雨引起。 单位：dB；L0 电波的扩散损耗，dB；k玻尔兹曼常数，k=1.3810-23J/K， 10lgk=-228.6dBJ/K 接收链路分析主要公式（续）三、总链路方程 总链路的指标由上行链路和下行链路的指标串接而成。在实际工程问题中，由于上行链路的载噪比要比下行链路的载噪比大很多，因此总链路的

15、载噪比主要由下行链路的载噪比确定。对于数字卫星链路有式中：U 上行链路噪声因子，dB。通常取U =0.5dBUDbbNENE)/(/005.2 卫星接收站的工程设计 在卫星接收站的工程设计过程中，主要的工作是要根据卫星的等效全向辐射功率相对接收信号质量的要求，（1）确定接收天线的直径；（2）计算卫星接收天线的几何参数：仰角、方位角、极化角（3）卫星接收机的输入电平（4）整个卫星接收系统的等效噪声温度。521 卫星接收天线的几何参数 卫星接收天线的几何参数有天线的仰角EL、方位角AZ和极化角p，以及接收地点与广播卫星之间的距离d。 可以通过公式计算，也可以通过查曲线求得。工程上通常用查曲线的方法

16、。521 卫星接收天线的几何参数（1）、卫星接收天线的仰角EL位置矢量R与地平面的夹角就是接收天线的仰角EL ，（113页，式5-18，或114页，图5-2）（2）、卫星接收天线的方位角AZ位置矢量R在地平面上的投影与接收点正南方向的夹角，（114页，式5-19，或114页，图5-2）22/coscos115127. 0coscos/tanRRELsin/tan/tanxyRRAZ26卫星广播中的电波传播问题卫星广播中的电波传播问题261 极化极化1、 极化方式：极化方式：电磁波通过交变的磁场和电场向前传输，电磁波通过交变的磁场和电场向前传输，其中其中以电场方向表示极化方向以电场方向表示极化方

17、向。1）、）、线极化线极化 定义定义: 当时间变化时，若电场矢量的方向始终平当时间变化时，若电场矢量的方向始终平行于某一直线，这样的电波就称为线极行于某一直线，这样的电波就称为线极化波化波(线极化线极化)。数字卫星广播261 极化极化 应用：广播和通信领域广播和通信领域中，大量地使用着线极化波中，大量地使用着线极化波发射和接收线极化波的天线就称为发射和接收线极化波的天线就称为线极化天线线极化天线。分类：线极化又可以根据极化方向分为：分类：线极化又可以根据极化方向分为：垂直极化和水平极化两种方式垂直极化和水平极化两种方式。通常是以通常是以地平面为参考面地平面为参考面，垂直于地面的线极化，垂直于地

18、面的线极化称为垂直极化，而平行于地面的线极化则称为水称为垂直极化，而平行于地面的线极化则称为水平极化。水平极化普遍应用于短波广播、电视平极化。水平极化普遍应用于短波广播、电视广播、调频广播等领域，而垂直极化则普遍应用广播、调频广播等领域，而垂直极化则普遍应用于中波广播、移动通信等领域。于中波广播、移动通信等领域。26卫星广播中的电波传播问题卫星广播中的电波传播问题261 极化极化1、 极化方式极化方式：2）、圆极化圆极化定义：定义：沿着电波传播的方向看，圆极化波中电场矢沿着电波传播的方向看，圆极化波中电场矢量端点的运动轨迹为一个圆。量端点的运动轨迹为一个圆。分类：分类：圆极化波也可以分为左旋圆

19、极化和右旋圆极圆极化波也可以分为左旋圆极化和右旋圆极化两种方式。化两种方式。顺着波的传播方向看去，若电场矢量顺时针旋顺着波的传播方向看去，若电场矢量顺时针旋转，就称为右旋极化波；若电场矢量逆时针旋转，转，就称为右旋极化波；若电场矢量逆时针旋转，就称为左旋极化波。就称为左旋极化波。数字卫星广播24 广播卫星的电参数广播卫星的电参数 247 频率复用频率复用 1、目的、目的 充分利用宝贵的频谱资源充分利用宝贵的频谱资源 2、在两种线极化波之间存在着所谓的在两种线极化波之间存在着所谓的“极化极化隔离隔离”：具体说就是，水平线极化天线接收水：具体说就是，水平线极化天线接收水平线极化波，而不接收垂直线极

20、化波；反之，平线极化波，而不接收垂直线极化波；反之，垂直线极化天线接收垂直线极化波，而不接收垂直线极化天线接收垂直线极化波，而不接收水平线极化波。这样在同一频率范围之内，我水平线极化波。这样在同一频率范围之内，我们同时使用水平线极化波和垂直线极化波来传们同时使用水平线极化波和垂直线极化波来传送两路信号，两者之间互相不干扰。送两路信号，两者之间互相不干扰。数字卫星广播24 广播卫星的电参数广播卫星的电参数 247 频率复用频率复用 区域性的卫星广播普遍采用线极化方式，其优点区域性的卫星广播普遍采用线极化方式，其优点是设备相对简单，而缺点是接收天线调整赂微复是设备相对简单，而缺点是接收天线调整赂微

21、复杂一些。杂一些。 两种圆极化波之间也存在极化隔离，故我们可同两种圆极化波之间也存在极化隔离，故我们可同时使用右旋圆极化波和左旋回极化波来传送两路时使用右旋圆极化波和左旋回极化波来传送两路信号。洲际性的卫星广播普遍采用圆极化方式，信号。洲际性的卫星广播普遍采用圆极化方式，其优点是接收天线调整相对简单，而缺点是设备其优点是接收天线调整相对简单，而缺点是设备复杂一些。复杂一些。数字卫星广播（3）、卫星接收天线的极化角）、卫星接收天线的极化角p接收点地平面与水平极化波电场平面之间的夹角。接收点地平面与水平极化波电场平面之间的夹角。（4）查曲线法确定仰角、方位角和极化角 给出的3个计算公式都比较复杂。

22、而在工程设计过程之中，往往采用查曲线的方法来求出天线的仰角、方位角和极化角，这样做的好处是计算方便、简单易行，同时精度也足以满足工程上的需要。 图52为接收天线仰角和方位角的曲线，其中横坐标为接收地点与卫星经度差的绝对值，而纵坐标为接收地点的纬度，由这两个参数就可以根据图52来估算出天线仰角和方位角的数值，其误差不超过2.5度。方位角仰角接收地点的纬度接收地点与卫星经度差的绝对值查表的具体步骤如下：根据(5-16)式求出接收地点与卫星的经度差。注意： 0，表示卫星在接收地点的西南方向上； =0 ，表示卫星在接收地点的正南方向上： 0 ，表示卫星在接收地点的东南方。在图5-2上找到代表接收地点纬

23、度的横线，并根据经度差的绝对值在该线上标出相应卫星的位置如亚洲二号在图52中的“1”点，亚太IA在“2”点，泛美四号在“3”点。 根据每颗卫星在图中的位置，估计出具体的仰角和方位角数值，若细心一点的话，估计数值的误差小于2.5度。根据仰角的数值从图4-12（84页）中找到对应的天线噪声温度的数值。采用类似的方法在图5-3（114页）中标出卫星的位置，然后估计出极化角的具体数值，估计数值的误差不超过1.25度。查表的具体步骤如下（续）： (5)接收地点与同步卫星间的距离d接收地点与同步卫星间的距离也是由接收点经纬度和卫星位置所共同确定的，其计算公式为在地球上任何地点，卫星天线到同步卫星的距离的取

24、值范围是计算卫星到接收地点间距离的目的是为了求出自由空间中电波的扩散损耗L0。将距离的实际数据代入(510)式，可以得到扩散损耗的取值范围:在工程上C波段的电波扩散损耗可以按照1962dB来计算，而Ku波段的电波扩散损耗可以按照205.8dB来计算，其误差均不会超过0.67dB。 (5)接收地点与同步卫星间的距离d（续）阶段小结1、卫星转发器单载波饱和通量密度2、卫星转发器的输入补偿B0i3、上行链路和下行链路涉及的的参数4、如何确定仰角，方位角（计算，查图）5、接收地点与同步卫星间的距离5.2.5 工程设计实例任务：以亚洲3S卫星C波段转发器为例，进行上行和下行系统的链路计算。 已知条件：发

25、射端和接收端地点选择济南，设备参数：发射天线口径为9米，固态功率放大器功率为200W ，接收天线口径为2.4米、2米、1.5米。亚洲3S卫星参数：（以济南为例） 转发器带宽：36MHz工作频段：上行58456425 MHz 下行 36254200MHz轨道位置：105.5E上/下行极化方式：线性双极化饱和功率通量密度：S=89.3dBW/m2（上行链路）卫星转发器有效全向辐射功率：EIRPs=40.6dBW（下行链路）5.2.5 工程设计实例济南地理位置：经度117E，纬度36.65N(=36.65)，与卫星的经度差：=接收地点的经度-卫星的经度=117105.5=11.5。天线仰角：45.7

26、8度，（113页，式5-18，或114页，图5-2）方位角：18.82度（即南偏西18.82度，若为负数则卫星在接收地点的东南方），（114页，式5-19，或114页，图5-2）卫星到地球站距离：du为37498 Km。（ 115页，式5-21 ）5.2.5 工程设计实例上行系统链路计算上行系统链路计算 ：已知（1）卫星转发器饱和通量密度S：-89.3dBW/m2（2）卫星转发器的输入补偿BOi :6dB（3）卫星发射天线的增益G:53.1dB（或者已知固态功放的发射功率）任务：固态功放需要多大的发射功率，或者确定上行站需要多大直径的天线。上行地球站的等效全向辐射功率EIRPE与卫星转发器单载

27、波饱和通量密度的关系为：)()4lg(102dBWBOdEIRPiUsE5.2.5 工程设计实例上行系统链路计算上行系统链路计算 ：考虑到在多载波情况下保持良好的线性，转发器的输入功率回退6dB左右：EIRPE=-89.3+162.48 - 6 = 67.18 dBW由于租用的带宽为BMHz，则分配到一个SCPC载波EIRP值为：EIRPES=EIRPE-10lg（36/B）,B为每路SCPC的带宽如何确定B?)()4lg(102dBWBOdEIRPiUsE5.2.5 工程设计实例上行系统链路计算上行系统链路计算 ：租用转发器带宽B一路标清数字视频压缩后按照标准为: 5Mbps一套立体声电视伴

28、音压缩后标准为: 0.256Mbps六套立体声广播压缩后标准为：60.256= 1.536Mbps；低速串行数据：0.0384 Mbps；总信息速率: 5 + 0.256 + 1.536+ 0.0384 = 6.8304 Mbps.开销为信息率的10%, 则数据率为:6.8304(1 + 0.1 ) = 7.513Mbps传输速率Rb: 取FEC = 3/4, RS纠错编码为(204，188), 则:Rb=7.5134/3204/188 = 10.87 Mbps字符率 (QPSK调制) : 10.872 = 5.435Mbaud，取5.4Mbaud。占用带宽(滚降系数为0.4): 5.41.4

29、=7.56 MHz 加保护带后租用带宽: 7.56+0.16=7.72 MHz ，取7.7 MHz5.2.5 工程设计实例上行系统链路计算上行系统链路计算 ：EIRPES=EIRPE-10lg（36/B）=67.18- 10lg（36/7.7） =67.18-6.7=60.48 dBW上行站使用9米发射天线，增益为53.1dB6.2GHz。 天线发射端口功率P= EIRPES G = 60.48 53.1 =7.38dBW 考虑到功放到天线的馈线损耗约为2dB 因此上行站固态功放的输出功率应为9.38 dBW，即8.67W。 5.2.5 工程设计实例下行系统链路计算下行系统链路计算 ：（1）卫

30、星转发器等效全向辐射功率EIRP（2）卫星接收天线的直径、口面效率（3）卫星接收天线的品质因数G/T（4）下行链路的损耗 任务：确定下行链路的Eb/N0，与DVB-S系统的误码性 能要求对照，确定能否正确接收卫星信号。kRTGLLmBOEIRPNEbDDDoDblg10lg10)/(lg10)/( :SCPC, 005.2.5 工程设计实例下行系统链路计算下行系统链路计算 ：由于租用的带宽为7.7MHz，则分配到一个SCPC载波的EIRP值为：40.610lg（36/7.7）=33.9dBW。 考虑到在多载波情况下保持良好的线性，转发器的输出功率还应回退4dB左右，从而一个SCPC载波的EIR

31、P值为：EIRPS7.7 =33.94=29.9dBW。 kRTGLLmBOEIRPNEbDDDoDblg10lg10)/(lg10)/( :SCPC, 005.2.5 工程设计实例下行系统链路计算下行系统链路计算 ：天线和接收系统的噪声温度估算为80K。k为波兹曼常数1.3810-23焦耳/K，下行链路总的损耗196 dB（1）2.4米接收天线：天线直径D = 2.4m，口面效率65%G2.4= 10 lg (D / )2= 10lg ( 2.4/0.075 ) 20.65= 38 dB(G/T)2.4 = 38 10lg80 =19 dB /K(Eb/N0)2.4= EIRPS7.7Ld+

32、(G/T)2.4 10lg k 10lg Rb=29.9196+19(-228.6)70.3=11.2dB (门限5.5dB)5.2.5 工程设计实例下行系统链路计算下行系统链路计算 ：（2）2米接收天线：天线直径D = 2m，G2= 10 lg (D / )2 = 10lg ( 2/0.075) 2 0.65= 36.6 dB(G/T)2 = 36.610lg80=17.6 dB /K(Eb/N0)2= 29.9196+17.6(-228.6)70.3=9.8dB (门限5.5dB)5.2.5 工程设计实例下行系统链路计算下行系统链路计算 ：（3）1.5米接收天线：天线直径D =1.5mG1

33、.5= 10 lg (D / )2 = 10lg (1.5/0.075) 2 0.65= 34.1 dB(G/T)1.5 = 34.110lg80=15.1 dB /K(Eb/N0)1.5= 29.9196+15.1(-228.6)70.3= 7.3dB (门限5.5dB)53 卫星接收站的安装与调试5.3.1 天线位置的选择5.3.2 天线的防雷5.3.3 天线的安装与调试5.3.4 系统的日常维护531 天线位置的选择为了减轻地面微波中继线的干扰，可以采用的措施有：（1）将天线放置在地面上，利用周围现有的建筑物对微波干扰进行遮挡。 理论分析和实际测量均表明，合理地利用建筑物的遮挡，可以将干

34、扰信衰减20dB左右，一般来说这样的衰减量是足够的了。（2）天线放置在楼顶上、电梯间或水箱间等楼顶建筑物对微波干扰进行遮挡。（3）在微波干扰的方向设金属屏蔽网。（4）在山区内，适当地选择在盆地或谷地安装天线。在平原地区，在干扰十分严重的清况之下，可以考虑在地面上挖一个大坑，将天线放置在坑内。 531 天线位置的选择 在天线位置选择过程之中，除了要考虑微波干扰的问题之外、还要考虑在天线的主瓣方向上是否存在遮挡。对于卫星接收天线来说，要求在距天线波束中心(即天线方向图主瓣的中心线)5度的范围以内，不能有任何建筑物。 412 主要参数主要参数 二、方向图与方向函数二、方向图与方向函数2022-5-3

35、0数字卫星广播622、坐标系内卫星天线的方向图：坐标系内卫星天线的方向图：主瓣主瓣:包含最大接包含最大接受方向受方向旁瓣：其余旁瓣：其余的瓣的瓣后瓣：与主后瓣：与主瓣方向相差瓣方向相差180度度412 主要参数主要参数 二、方向图与方向函数二、方向图与方向函数2022-5-30数字卫星广播633、几个参数几个参数（1）半功率角：）半功率角：衡量主瓣的参数，记为衡量主瓣的参数，记为HP。定义为天线的相对增。定义为天线的相对增益比最大值下降益比最大值下降3dB的点对应的角。的点对应的角。即：只要方向偏离主瓣中心到达半功率角数值的即：只要方向偏离主瓣中心到达半功率角数值的一半，天线的实际增益就要下降

36、一半，天线的实际增益就要下降3dB以上。以上。所以：天线主瓣的中心应该对准接收的卫星。所以：天线主瓣的中心应该对准接收的卫星。 532 天线的防雷 天线的防雷工作应该按照国家标准建筑物防雷设计规范(CBJ5783)来实施。 若卫星接收天线附近已经有合格的避雷针的话，同时卫星天线又处于该避雷针的有效防护区域之内，则无需给卫星接收天线加装避雷针，但此时要求卫星底座的接地电阻要小于4欧姆。 避雷针的有效防护区域的形状类似于一把雨伞，见图511，其中避雷针的高度为H.避雷针一定要位于卫星接收天线的背面，否则它也会对天线产生遮挡 532 天线的防雷 若卫星接收天线处于空旷地带或处于已有避雷针的有效防护区

37、域之外，这种情况下就应该在天线的背面安装合乎防雷规范的避雷针，或直接在天线主反射面单独焊接一个长度约为25m、直径约0.02m的避雷针，材料应该选择镀锌的圆钢，顶部成针状。 533天线的安装与调试 天线的安装与调试包括：（1）物理连接正确地安装好馈源，防止偏焦，偏焦包括纵向偏焦和横向偏焦； 调整好天线的极化方式。调整好天线的指向。在实际中，一般可将天线的安装与调试分为粗调和细调两部分来进行。 413 馈源馈源 2022-5-30数字卫星广播一、喇叭天线与波导一、喇叭天线与波导1、喇叭天线就是波导的开口面逐渐扩大形成的。、喇叭天线就是波导的开口面逐渐扩大形成的。2、波导是矩形或圆形的金属管波导是

38、矩形或圆形的金属管，传播的电磁波称为导，传播的电磁波称为导行波。行波。矩形波导矩形波导的主模为的主模为TE10波，为横电波。波，为横电波。圆形波导圆形波导的主模为的主模为TE11波，为横电波。波，为横电波。3、标准矩形波导内壁的宽边和窄边长度为、标准矩形波导内壁的宽边和窄边长度为2：1。4、矩形波导是线极化的，、矩形波导是线极化的，电场的极化方向为波导的窄电场的极化方向为波导的窄边方向边方向。对调整馈源很重要。对调整馈源很重要。圆形波导基本也是线极化。圆形波导基本也是线极化。5、波导相当于高通滤波器。波导相当于高通滤波器。413 馈源馈源 2022-5-30数字卫星广播696、圆形波导是卫星天

39、线馈源的核心组成部分圆形波导是卫星天线馈源的核心组成部分。圆形波导圆形波导(圆波导圆波导) 可以可以发射发射电磁波，同时也可以电磁波，同时也可以接收接收电电磁波。由于圆波导的结构是完全对称的，因此它既可以磁波。由于圆波导的结构是完全对称的，因此它既可以接收接收(发射发射)圆极化波，也可以接收圆极化波，也可以接收(发射发射)线极化波。线极化波。7、圆形波导的不足、圆形波导的不足 圆形波导的开口面又称为圆形波导的开口面又称为波导辐射器波导辐射器，它可以辐射或接，它可以辐射或接收电磁被，因此是一种最简单的口面天线形式。波导的收电磁被，因此是一种最简单的口面天线形式。波导的开口面是一种开口面是一种弱方

40、向性弱方向性的天线，它存在着两个明显的不的天线，它存在着两个明显的不足之处：足之处：由于波导开口面的面积有限，因此其由于波导开口面的面积有限，因此其增益比增益比较低较低。由于由于波导内的波阻抗与自由空间的波阻抗不匹波导内的波阻抗与自由空间的波阻抗不匹配，因此在口面上存在着比较强的反射波配，因此在口面上存在着比较强的反射波，这样就会影，这样就会影响天线的口面效率。由于上述的原因，开口波导很少直响天线的口面效率。由于上述的原因，开口波导很少直接作为馈源使用。接作为馈源使用。一、波导与喇叭天线一、波导与喇叭天线413 馈源馈源 2022-5-30数字卫星广播708、解决的办法、解决的办法将波导的开口

41、面逐渐地扩大，就形成了所谓的将波导的开口面逐渐地扩大，就形成了所谓的喇叭天喇叭天线线。喇叭天线的口面面积较大，因此与开口波导相比，。喇叭天线的口面面积较大，因此与开口波导相比，喇叭天线的增益较高；另外在喇叭天线中，波阻抗是喇叭天线的增益较高；另外在喇叭天线中，波阻抗是逐渐地由波导的波阻抗过渡到自由空间的波阻抗，阻逐渐地由波导的波阻抗过渡到自由空间的波阻抗，阻抗匹配状况有了很大的改进，因此口面上的反射系数抗匹配状况有了很大的改进，因此口面上的反射系数比较小。比较小。卫星接收或发射天线广泛使用喇叭天线作为馈源，喇卫星接收或发射天线广泛使用喇叭天线作为馈源，喇叭天线的核心部分是一个直径为叭天线的核心

42、部分是一个直径为0.6至至1.1的圆波导。的圆波导。一、波导与喇叭天线一、波导与喇叭天线413 馈源馈源 2022-5-30数字卫星广播719、圆喇叭的结构、圆喇叭的结构 圆喇叭的结构如图圆喇叭的结构如图4-16所示。因喇叭内传播的电波模式为所示。因喇叭内传播的电波模式为TE11被，与圆波导中的主模是一样的。被，与圆波导中的主模是一样的。一、波导与喇叭天线一、波导与喇叭天线二、前馈馈源二、前馈馈源1、前馈馈源多采用、前馈馈源多采用90度波纹喇叭，既可以接受线极化度波纹喇叭，既可以接受线极化波，也可以接受圆极化波。由圆波导、波纹、圆矩波，也可以接受圆极化波。由圆波导、波纹、圆矩变换段和法兰盘组成

43、。变换段和法兰盘组成。2、圆波导：圆波导：是馈源的核心部分是馈源的核心部分,馈源的相位中心在波馈源的相位中心在波导口面的内侧，距离口面很近，安装馈源时应该将导口面的内侧，距离口面很近，安装馈源时应该将相相位中心调整到反射而的焦点位中心调整到反射而的焦点f处处，这样才能保证馈源的，这样才能保证馈源的纵向安装误差为零。纵向安装误差为零。4、 90度波纹喇叭：度波纹喇叭：为了提高馈源的效率、减小口面为了提高馈源的效率、减小口面的反射、改善馈源的方向图，在圆波导的外部安装的反射、改善馈源的方向图，在圆波导的外部安装一个或多个波纹，构成一个或多个波纹，构成90度波纹喇叭度波纹喇叭。413 馈源馈源 二、

44、前馈馈源二、前馈馈源5、90度波纹的作用：在波纹内激励的度波纹的作用：在波纹内激励的TE10波和波和TE11波叠波叠加，使得波纹口面的场分布均匀；改善了馈源和自由空间加，使得波纹口面的场分布均匀；改善了馈源和自由空间波阻抗匹配状况；在正负波阻抗匹配状况；在正负50度范围内保证馈源的方向函数度范围内保证馈源的方向函数基本不变。基本不变。前馈式卫星接收天线大多采用它作前馈式卫星接收天线大多采用它作90度波纹喇叭。度波纹喇叭。6、法兰盘、圆矩变换、法兰盘、圆矩变换作为卫星接收天线，馈源是通过作为卫星接收天线，馈源是通过法兰盘与高频头法兰盘与高频头连接在一连接在一起的，起的，由于高频头的输入端为矩形波

45、导由于高频头的输入端为矩形波导，因此在馈源内，因此在馈源内部必须要设有一个圆矩变换段，将圆形波导逐步地过渡到部必须要设有一个圆矩变换段，将圆形波导逐步地过渡到矩形波导。矩形波导。413 馈源馈源 413 馈源馈源从波导的正前方观察，圆波导中心有一条短的竖线，从波导的正前方观察，圆波导中心有一条短的竖线，它是它是高频头输入端内的探针高频头输入端内的探针。它的方向就是天线的极。它的方向就是天线的极化方向。化方向。阻抗变换器：阻抗变换器：圆波导和矩形波导的几何形状不同，它们的圆波导和矩形波导的几何形状不同，它们的波阻抗波阻抗也也不同，为了减少反射，保证波阻抗匹配，在圆矩变换不同，为了减少反射，保证波

46、阻抗匹配，在圆矩变换段内设有阻抗变换器，它是由两段段内设有阻抗变换器，它是由两段长度为长度为4的的过渡过渡段组成。根据传输线理论，长度为段组成。根据传输线理论，长度为 4的波导或馈线的波导或馈线本身就构成了阻抗变换器。采用圆矩变换之后，改变本身就构成了阻抗变换器。采用圆矩变换之后，改变了波导的形状，保证了阻抗匹配，同时还有利与极化了波导的形状，保证了阻抗匹配，同时还有利与极化方向的稳定。方向的稳定。二、前馈馈源二、前馈馈源五、双极化馈源五、双极化馈源1、为什么用双极化馈源、为什么用双极化馈源为了能够使用一副天线来同时接收卫星转发的水平为了能够使用一副天线来同时接收卫星转发的水平极化波和垂直极化

47、波，就必须使用双极化馈源。极化波和垂直极化波，就必须使用双极化馈源。双双极化馈源上有两个相互垂直的法兰盘，分别连接两极化馈源上有两个相互垂直的法兰盘，分别连接两个高额头来接收水平极化波和垂直极化波。目前在个高额头来接收水平极化波和垂直极化波。目前在卫星接收系统中，普遍采用了双极化馈源。卫星接收系统中，普遍采用了双极化馈源。413 馈源馈源 五、双极化馈源五、双极化馈源 2、目前常见的双极化馈源的结构、目前常见的双极化馈源的结构 有两种类型：有两种类型： 一种馈源的两个法兰盘位于一个平面上，一种馈源的两个法兰盘位于一个平面上，见图见图423， 另一种馈源的两个法兰盘位于相互垂直的平另一种馈源的两

48、个法兰盘位于相互垂直的平面上，见图面上，见图424。由于圆形波导的对称性，。由于圆形波导的对称性，它可以同时接收水平极化波和垂直极化波，它可以同时接收水平极化波和垂直极化波，一个法兰盘仍然位于圆波导的后面，同时在一个法兰盘仍然位于圆波导的后面，同时在波导壁的一侧开一个矩形的口，电磁波的能波导壁的一侧开一个矩形的口，电磁波的能量可以这儿输出到另一个法兰盘。量可以这儿输出到另一个法兰盘。413 馈源馈源五、双极化馈源五、双极化馈源由于后馈馈源的长度是比较长，因此后馈式由于后馈馈源的长度是比较长，因此后馈式双极化馈源中，增设的法兰盘就直接安装在双极化馈源中，增设的法兰盘就直接安装在圆波导的侧面，法兰

49、盘的宽边与圆波导的轴圆波导的侧面，法兰盘的宽边与圆波导的轴线平行，这样两个法兰盘就位于两个相互垂线平行，这样两个法兰盘就位于两个相互垂直的平面上。直的平面上。前馈馈源的长度受到了一定的限制，所以增前馈馈源的长度受到了一定的限制，所以增设的法兰盘往往与波导后方的法兰盘安装设的法兰盘往往与波导后方的法兰盘安装在一个平面之上。在一个平面之上。413 馈源馈源六、一体化馈源六、一体化馈源1、所谓所谓“一体化馈源一体化馈源”就是将馈源与高频头组就是将馈源与高频头组合在一起。合在一起。目前作为集体接收系统比较流行目前作为集体接收系统比较流行的是双极化双输出一体化馈源。见图的是双极化双输出一体化馈源。见图4

50、25。2、一般结构、一般结构这种一体化馈源内部有这种一体化馈源内部有两个独立的高频头两个独立的高频头，分别对应着水平极化和垂直极化，输出端有分别对应着水平极化和垂直极化，输出端有两个两个F型接头型接头，分别输出水平极化频道的第一，分别输出水平极化频道的第一中频信号和垂直极化频道的第一中频信号，使中频信号和垂直极化频道的第一中频信号，使用起来十分方便。用起来十分方便。413 馈源馈源42 高高 频频 头头 1、高频头通常记为、高频头通常记为LNB，功能是，功能是（1）低噪声低噪声放大，（放大，（2）下变频，（）下变频，（3）中频放大。）中频放大。2、卫星广播的一个主要特点就是信号微弱，为、卫星广

51、播的一个主要特点就是信号微弱，为了尽可能地减少噪声的影响，在卫星接收系统中了尽可能地减少噪声的影响，在卫星接收系统中是将高频头直接与馈源相连接，若将高频头与馈是将高频头直接与馈源相连接，若将高频头与馈源组合在一起就称为一体化馈源。源组合在一起就称为一体化馈源。3、由于电缆对于微波信号的衰减是很大的，因、由于电缆对于微波信号的衰减是很大的，因此无论在此无论在C波段还是在波段还是在Ku波段，都需要把卫星的波段，都需要把卫星的下行信号频率降低至卫星接收系统中的第一中频。下行信号频率降低至卫星接收系统中的第一中频。421 高频头框图高频头由输入法兰盘、矩形波导、耦合装置、低高频头由输入法兰盘、矩形波导

52、、耦合装置、低噪声放大器噪声放大器(LNA)、本振、混频、中放和电源稳、本振、混频、中放和电源稳压几部分组成压几部分组成。9501750MHz5150MHz 1、高频头输入端为一个矩形波导高频头输入端为一个矩形波导，为了便，为了便于与馈源连接，在波导口面处有法兰盘，于与馈源连接，在波导口面处有法兰盘，而法兰盘都是按照标准的尺寸制造的。与而法兰盘都是按照标准的尺寸制造的。与馈源一样，馈源一样，C波段高频头的法兰盘型号为波段高频头的法兰盘型号为CPR229G,其外形是个矩形；而其外形是个矩形；而Ku波段高波段高频头的法兰盘的外形则是一个正方形，频头的法兰盘的外形则是一个正方形，两两种法兰盘的形状和

53、具体尺寸如图种法兰盘的形状和具体尺寸如图418所示。所示。 2、高频头的输出端是一个阴性的高频头的输出端是一个阴性的F型接头型接头 第一中频电缆通过此接头与高频头连接在一起第一中频电缆通过此接头与高频头连接在一起.阴性的阴性的F型接头的直径为型接头的直径为10mm，其上的螺纹有，其上的螺纹有英制和公制两种类型，目前高频头使用的英制和公制两种类型，目前高频头使用的多为多为英制英制F型接头。型接头。3、高频头中的低噪声放大器与矩形波段之间设、高频头中的低噪声放大器与矩形波段之间设有一个耦合装置，这个耦合装置将波导内传播有一个耦合装置，这个耦合装置将波导内传播的电磁波能量转换成为电流然后送入放大器的

54、电磁波能量转换成为电流然后送入放大器进行放大。进行放大。4、耦合装置有电耦合和磁耦合两种方式、耦合装置有电耦合和磁耦合两种方式电耦合方式是在矩形波导内放置一个金属探针，电耦合方式是在矩形波导内放置一个金属探针，各探针与矩形波导的窄边平行，各探针与矩形波导的窄边平行，它代表了高频头它代表了高频头的极化方向的极化方向，探针在电场的激励之下产生电流；，探针在电场的激励之下产生电流；磁耦合方式磁耦合方式是在矩形波导内放置一个小金属环，是在矩形波导内放置一个小金属环，环的法线方向与波导内的电场垂直，小环在磁场环的法线方向与波导内的电场垂直，小环在磁场的激励之下产生感应电流。的激励之下产生感应电流。5、低

55、噪声放大器通常由四级放大或五级放大、低噪声放大器通常由四级放大或五级放大组成点组成点，前两级放大电路按照低噪声要求，前两级放大电路按照低噪声要求设计，工作电流比较小，而后两级设计，工作电流比较小，而后两级(后三级后三级)则按照高增益要求设计，工作电流比较大。则按照高增益要求设计，工作电流比较大。6、放大器的输入阻抗为放大器的输入阻抗为50，同时为了保证，同时为了保证工作稳定，各级放大电路均设有阻抗匹配工作稳定，各级放大电路均设有阻抗匹配电路，故各级的输入阻抗和输出阻抗都是电路，故各级的输入阻抗和输出阻抗都是50。整个高额头的增益主要由低噪声放整个高额头的增益主要由低噪声放大器决定。大器决定。

56、7、混频器产生第一中频信号：、混频器产生第一中频信号： 混频器中的射频信号频率混频器中的射频信号频率fRF与本振信号频率与本振信号频率fOS之差就是第一中频信号之差就是第一中频信号: fi= |fRF- fOS|8、高本振与低本振：、高本振与低本振：高本振：高本振：当本振频率高于射频信号频率时，称为高本振；当本振频率高于射频信号频率时，称为高本振；低本振：低本振：而当本振频率低于信号频率时，就称为而当本振频率低于信号频率时，就称为低本振低本振。目前，因为本振频率不容易做得很高，目前，因为本振频率不容易做得很高，Ku波波段的高频头多采用低本振段的高频头多采用低本振，而而C波段的高额头波段的高额头多采用高本振多采用高本振，高本振抗干扰的能力较强高本振抗干扰的能力较强。 9、高频头所使用的电源：、高频头所使用的电源： 是卫星接收机提供的直流电压，电压数值一般是卫星接收机提供的直流电压，电压数值一般在在13v18v之间之间，通过第一中频电缆输送到，通过第一中频电缆输送到高频头高频头。在高频头内部设有