有线电视技术02课件

无线电视信号是指以电磁波形式传播的电视信号，主要包括:VHF、UHF频段发射的本地区或电视差转台的电视节目；C波段、Ｋu波段转发的卫星电视节目；以微波传输的电视节目等。这些都是有线电视系统的节目源。第二章无线电视信号的接收第一节接收天线一、无线电波传播的特点电视广播使用的频段为VHF、UHF、SHF，发射的信号是上述频段内的射频调制信号。1.电磁波极化方向电视台将调制放大后的射频信号通过发射天线转换为电磁波辐射到空间，向四周传播。电磁波的极化方式分线极化和圆极化，而线极化分为垂直极化和水平极化。圆极化又分左旋极化和右旋极化。在传播过程中，电磁波是以电场矢量的取向作为波的极化方向，并以地面作为参照面。我们将电场方向与地面平行的电磁波称为水平极化波，而电场方向与地面垂直的电磁波称为垂直极化波。接收天线在架设时要根据电磁波的极化方向相应设置，即对于水平极化波在接收时要将天线水平设置，而垂直极化波在接收时要将天线垂直设置。2.电磁波在空间的传播无线电波的传播途径有地面波、空间波和天波，电视广播所用频段均划在超短波以上，因此电视信号主要由空间波来传播，属于视距传播。如图2.1所示。图2.1中h1表示发射天线高度，h2表示接收天线高度，发射与接收之间的距离为Ｄ。可用近似的公式来表示：在实际情况中，由于直射波和地面反射波叠加作用，会使信号场强出现峰点与谷点。在距离电视发射天线较近的地区，接收天线架设高度并不是与信号场强成正比，而是有一个最佳高度，用公式表示为：式中，h1——发射天线高度(m)；——接收电视频道波长(m)；d——发射天线与接收天线之间距离(m)。二、接收天线的种类天线的结构形式有多种，如八木天线、对数周期天线、环形天线等。在有线电视系统中最常用的是八木天线，它实际上是由一个有源振子作为主振子和若干个无源振子组成的定向天线。这种天线具有增益较高，结构简单、安装方便等特点。其基本结构图如图2.2所示。图2.2八木天线的基本结构

(a)(b)图2.3VHF频段用八木天线外型图2.

UHF频段的接收天线UHF频段的频率范围是474～954MHz，频率高、波长短，其信号在传播过程中对树木及建筑物等的绕射能力较差，使得传播损耗较大。因此，接收天线的增益及架设高度应尽可能地提高。对有线电视系统而言，接收UHF频段通常采用15单元以上的八木天线，其外观及结构如图2.4所示。图2.4UHF频段用八木天线外型图2.工作频带满足天线各种性能规定参数的频率范围称为天线工作频带或带宽，它与天线的结构及接收的频段有关。半波折合振子天线的工作频带在VHF频段约40～60MHz，可适用接收5～8个电视频道。对于单频道天线一般要满足8MHz带宽。3.天线增益天线增益分为相对增益和绝对增益，一般接收天线的增益是指相对增益，它代表了天线接收信号的能力或灵敏度，用dB为单位，数越大增益越高。天线增益与振子单元数有关，天线单元数越多，增益也越高。另外，天线增益与接收频带宽度有关，频带越宽，增益越低。4.天线的方向性接收天线的方向性是指天线接收不同方向传来的电磁波所具有的能力。天线的方向性常用半功率角来表示。半功率角是指比引向器方向最大灵敏度低3dB之点的夹角θ。如图2.5所示。方向性保护一般指前后方的增益比，用dB表示，dB数越大表明天线方向性保护越大，天线定向接收性能就越好，抗干扰能力就强。图2.5天线的半功率角(二)接收天线及竖杆的安装天线一般是架设在楼房顶上，如果安装在非楼房地区，就需要单独立杆、建塔等。天线架设点在选择时应远离高压输电线、广播线以及电气设施，以保证安全和避免引进电磁干扰。1.竖杆的安装架设接收天线用竖杆有多杆式、单杆式和铁塔式。单杆式竖杆的高度通常在6～12m，一般由φ40～φ80mm的圆形镀锌钢管构成，包括竖杆、横杆、拉绳和底座。单杆式竖杆通常固定在建筑物顶上，底座要位于承重梁上，其常见结构如图2.6所示。图2.6预埋钢管天线底座2.天线的安装天线通常架设在竖杆和横杆上，高频段天线一般架设在天线杆上部，低频段天线架设在天线杆下部，各天线安装距离在1～2.5m之间，接收低频段信号的天线间距应较大。上部天线必须在避雷针的保护角内(一般约为45°内)，且距离不小于3m。天线架设应保持水平，不能向上或向下倾斜，以保证最大接收方向对准电视信号传来的方向。最低层天线与基础平面的最小垂直距离不小于天线的最长工作波长，一般为3.5～4.5m，否则会因基础平面对电磁波的反射，使天线受到干扰而产生重影等。天线到前端的连接馈线要选用屏蔽性能好、低损耗的75同轴电缆，其长度要小于20m，并要固定好以防风刮。另外，进入前端的天线馈线应加装天线避雷器，天线避雷器一般能通过45～750MHz的电视信号，插入损耗约0.8dB，耐冲击电压1.5kV，具有接地端。接地端必须与前端接地端分开。图2.7DS1870型电视信号电平表外形图2．目测法目测法是依据观察者的眼睛看到的电视图像来判断空中电视信号场强的方法。采用目测法要求观察者具有一定的实践经验。表2-1列出了电视机图像质量与接收场强对照情况，可根据图像收看质量大致估计出接收电视信号的场强值。表2-1图像质量与接收场强对照表(二)转换频道处理如果在接收点某电视频道的信号场强超过其他频道的电视信号场强20dBV以上，或接收点距离发射天线太近，强信号在宽带放大器中对弱信号会产生严重的交调和互调，使其他频道电视节目无法收看。此外，强信号所处电视接收天线附近的反射回来的信号也相当强，并且被天线接收进入系统形成严重的重影，严重时系统的馈线等都能感应到该电视信号，从而形成难以消除的重影。即使加衰减或移动天线位置以及转动天线方向都不能解决。重影分为前重影和后重影。重影出现在主图像的左侧，称为前重影，说明该干扰信号超前于主信号，通常是馈线感应的信号。重影出现在主图像的右侧，称为后重影，说明该干扰信号滞后于主信号通常是反射感应的信号。造成重影的干扰信号由于与接收信号同频，无法用滤波器消除，因此，这类问题最好的处理方法是加装频道转换器，将该频道的节目转换到其他频道上去。

(三)信号的放大或衰减处理1.信号电平的放大有线电视系统所用的天线放大器，通常采用频道型天线放大器。为了保证系统的载噪比，要求天线放大器的噪声系数要低(应小于5dB)，增益要高，最大输出电平不小于90dBV。天线放大器有室外馈电型和室内型两种。为了减少接收天线到天线放大器之间的馈线所造成的损耗，天线放大器一般都安装在室外天线杆上距接收天线1m左右位置，这时需要使用外馈电型，其供电方式如图2.8所示。2.信号电平的衰减当接收点几个电视频道的信号场强值差别小于20dBV时，使用单频道天线接收，可以将强信号先接入衰减器进行适当的衰减。如图2.10所示。这样，由于各路强弱保持在同一水平上，就防止了强弱信号间的交调与互调现象发生。衰减器分固定衰减器和可调衰减器两种。图2.10信号电平衰减示意图第三节卫星电视接收天线一、卫星电视广播的特点1.卫星电视广播覆盖面积卫星电视广播的覆盖面积很大，从理论上讲，设置三颗间隔为120°的同步卫星便可覆盖全球。2.卫星电视广播频段及容量卫星电视广播主要使用SHF频段(3～30GHz)，其中亚洲地区主要使用C波段（3.7～4.2GHz）和Ku波段(11.7～12.2GHz、12.2～12.7GHz)，每个波段宽度为500MHz。3.卫星电视广播信号的传播卫星电视广播的电磁波穿越大气层直接进入卫星接收天线，属于视线接收，因而避免了重影现象。二、我国卫星电视广播现状我国从1985年9月开始进行卫星电视广播，到1998年能收看的节目已近40套，截止到1998年我国主要收看的卫星有亚洲1号、亚洲2号和亚太1A。1.亚太1A亚太1A（APSTAR-1A）位于东经134°，传播的节目见表2-2。此外，在中央电视台-1基带信号中附加NICAM-728副载波来传输中央广播电台1、2套单声道广播节目；在中央电视台-2基带信号中附加NICAM-728副载波来传输中央广播电台3套立体声广播节目。2.亚洲1号亚洲1号（ASIASAT-1）位于东经105.5°，有24个转发器，分南北两个波束，北波束水平极化，南波束垂直极化，我国处于北波束区，在我国的EIPR可达36dBW，传播的节目见表2-3。另外，在亚洲1号上还有香港卫视电影台，它属于加密节目，需授权接收。3.亚洲2号亚洲2号（ASIASAT-2）位于东经100.5°，有24个C波段转发器和9个Ku波段转发器。C波段波束中心EIRP为42dBW，Ku波段波束中心EIRP为53dBW。亚洲2号上传播的节目见教材表2-6。三、卫星电视接收天线的类型和性能卫星转发器发射的信号可以是C波段，也可以是Ku波段。卫星地面接收天线的作用是接收从空间传播到地面的微弱的卫星信号，并还原成高频电流，而后送至接收机进一步放大和处理，最终在电视机上获得图像和伴音。在卫星电视接收中，除接收L波段信号可选用螺旋天线外，像C波段和Ku波段普遍采用抛物面天线。抛物面天线是由初级辐射器（也称馈源）和抛物面反射器两部分组成，通常将馈源的相位中心置于抛物面的焦点。抛物面天线按结构分为板状和网状，所用材料通常是铝合金。根据馈源的安装位置，抛物面天线可分为前馈式天线和后馈式天线。(一)前馈式抛物面天线前馈式抛物面天线为一次反射型天线，其基本原理如图2.11所示。馈源放置在抛物面的前方焦点下处，当天线对位卫星时，抛物面将卫星来波反射并聚焦至馈源。馈源有C波段单馈源、Ku波段单馈源、双极化馈源（能同时接收同一卫星转发的水平极化和垂直极化波）、C和Ku波段双馈源（能同时接收同一卫星转发的C、Ku波段节目）等。图2.12所示为馈源的外形图。(二)后馈式抛物面天线后馈式抛物面天线是二次反射型天线，由主反射面、副反射面及馈源组成，如卡塞格伦天线。基本原理如图2.13所示。图2.13后馈式抛物面天线原理

(三)卫星接收天线的性能1.天线的增益天线增益与天线的口面直径、工作波长和天线的效率有关。天线增益工程计算式为：式中，λ——波长；D——天线口径；η——天线效率。一般的天线效率为55%~70%，性能好的天线可达75%以上。2.极化卫星转发器发射的信号可采用圆极化和线极化方式，因此，天线馈源要适应各种极化方式，而且要方便易调。3.天线的旋转性天线根据指向角确定接收不同卫星的电视信号，指向角包括仰角和方位角。在我国，要求天线仰角应能在5°~70°范围内旋转变化，天线方位角0°~360°。4.机械强度天线的机械结构要具有足够的强度和精度。要求能抗风（设计抗风能力范围内）、防腐蚀、不易变形、耐寒耐热（工作环境）等。第四节卫星电视接收系统的安装与调试一、卫星电视接收系统的组成卫星电视地面接收系统主要由天线、高频头、馈线、功率分配器、卫星电视接收机等组成，如图2.14所示。图2.14卫星电视接收系统方框图(一)高频头在卫星电视接收系统的室外单元中，连接着馈源的是高频头。它是一种灵敏度极高的高频放大、变频电路，故又称为低噪声下变频器（LNB）。高频头在卫星电视接收系统中的作用是将来自馈源的微弱信号进行低噪声宽带放大、下变频到第一中频和中频放大，然后通过射频电缆送至卫星电视接收机。

(二)功率分配器功率分配器简称功分器，它是将一路卫星电视第一中频输入信号分成几路信号输出的装置，使一副地面卫星接收天线能同时带几台卫星电视接收机。功分器的工作频率应能覆盖第一中频的频率范围，即与高频头的输出频率范围一致。功分器的主要技术参数有：工作频率范围、分配损耗、隔离度（要求在20dB以上）等。功分器分为无源功分器和有源功分器。无源功分器要求能馈电，以保证卫星电视接收机能向高频头供电。有源功分器实际上是无源功分器加上相同工作频段的放大器组成，其提供的增益用于补偿分配损耗，也可同时向水平极化和垂直极化的高频头供电。功分器按输出几路称为几功分器，在图2.14中的功分器就是四功分器，无源四功分器在工作频率高端的分配损耗约9dB。

(三)卫星电视接收机卫星电视接收机的主要功能是将来自高频头（或功分器）的第一中频信号进行放大、变频（第二中频）和解调处理后输出视、音频信号或射频信号提供给电视机。卫星电视接收现分模拟式和数字式，包括C波段、Ku波段接收。1.卫星模拟电视接收机卫星电视接收机可接L、C、Ku波段高频头输出的第一中频信号，并且是高频头的供电电源。目前常见的接收机是C/Ku兼容的卫星电视接收机。2.卫星数字压缩电视接收机由于数字压缩编码技术的发展，使原有模拟式频道带宽内可容纳多套电视节目，并可传输话音、数据等。接收卫星数字压缩电视节目，必须使用数字压缩卫星电视接收机（综合接收解码器IRD——IntegratdReceiverDecoder）。

(四)制式转换器我国的电视采用PAL-D制式，有线电视系统所传送的电视信号也必须是PAL-D制。制式转换器（简称制转器）是一种将不同制式的电视信号经过解码后再重新编码而形成另一种制式的专用设备。制式转换器有模拟式和数字式两种。二、卫星电视接收天线的安装与调整（一）天线安置地点的选择在有线电视系统中，架设卫星接收天线，首先需要考虑的是安置地点的选择，它关系到图像质量和日常维护等多方面的问题。在选址过程中，根据接收卫星的轨道位置，需要考虑如地理位置，视野范围、电磁干扰、地质和气象情况等多种因素。不仅要进行实地勘察和测试；还要进行综合分析。最终确定接收天线基座的位置。1.天线仰角及方位角计算仰角是指天线对准卫星时，波束主轴与地平面之间的夹角。方位角是指波束主轴在地面上的投影与天线架设点的正南（特指北半球）方向线之间的夹角。计算结果是正角为正南偏西角度，负角则为正南偏东角度。式中，——接收站经度与卫星经度之差；θ——接收站纬度；

β——cos-1(cos-cosθ)。2.天线指向前方应视野开阔

当已知天线的仰角和方位角后，观察接收前方视野是否开阔空旷，要求无树木、铁塔、高压线、建筑物和高山等障碍物阻挡。3.选址应避开干扰目前我国的地面微波中继通信干线所采用的波段（4GHz）与卫星C波段重合。因而，在选址时应注意周围是否存在地面微波站、微波通道、雷达站或其他电气设备的干扰，特别要注意避免同频干扰。一般要用微波干扰场强仪进行测试，要求干扰信号比最小的接收信号低30dB以上，才能保证卫星地面接收系统的正常工作。4.选址应考虑安全因素选址尽量避开多雷区、强风口区。应重视接收天线的避雷措施，以保证安全可靠；天线基座位置要避开风口和地质松软的地方，若天线架设在建筑物顶上，天线基座尽可能选在有梁（承重梁）部位。总之，要考虑抗风性能及不发生基底倾陷情况，以保证天线指向的长期精确度。(二)天线口径的选择在选择卫星接收天线的口径时，应根据所接收卫星电视信号的波段及EIRP值、信噪比要求等因素来确定。(三)天线的安装厂家生产天线都配有天线结构安装图和安装说明书，一般应按照说明书给定的步骤进行安装。尤其是6m以上的大口径天线包含跟踪装置，安装复杂，更要仔细对照各部件的安装位置，正确安装。(四)防雷与接地卫星接收天线的防雷与接地要符合国家有关规定。当卫星接收天线位于开路电视接收天线避雷针保护范围之外，或单独位于空旷之处，则要单独竖一根比卫星接收天线高出2~3m的避雷针，并使卫星接收天线在其45°角的保护范围之内。避雷针接地电阻要不大于4Ω。位于建筑物顶层上的卫星接收天线，其防雷与建筑物的防雷可使用同一防雷系统，所有引下线及天线基座向应与建筑物顶部的避雷网可靠连接。并至少有两个不同方向的泄流引下线。在多雷地区，主反射面上沿或副反射面顶端应加装避雷针。当卫星接收天线安装在地面上时，由于离建筑物（前端机房）较近且高度低，可不装避雷针，而通过天线基座直接与大地相连形成地线，但要求接地电阻不大于4Ω。(五)天线的保养天线的使用效果和寿命与日常保养密不可分，在使用中应定期时进行保养和维护。比如对天线的调整机构（丝杆、轴承、手轮等）要涂上黄油以防生锈；对脱落的漆层应及时修补；对非正常使用造成的反射面机械变形要及时排除；天线对卫星指向角（仰角和方位角）的变动，馈源与反射面相对位置的变动，馈源密封性变差使异物或水汽进入高频头等均会引起天线接收性能下降，在定期维护时都应特别注意。当天气预报有10级以上大风时，卫星天线最好停止工作，并将其仰角调到90°角，以减小风阻，增大安全系数。在冬季，如果馈源口或反射面内有积雪或冰块，也应及时清除。三、卫星电视接收系统的调试1.调试的准备工作(1)检查卫星接收天线是否依据所要接收的卫星，大致对好了仰角、方位角和极化方式。(2)在不通电的情况下，将高频头连接电缆的另一端（做好连接头）接到卫星接收机RF或LNB输入插口上，这根电缆在接收机工作时会将直流电压馈送给高频头。(3)用SYWY-75-5同轴电缆，将接收机的RF输出端与电视机连接，或用视、音频电缆从接收机视、音频输出口接监视器。高频头、接收机及电视的连接示意如图2.15所示。图2.15卫星接收系统调试连接方框图2.安装现场的系统调试卫星接收天线的安装位置一般离前端机房有一定距离，系统调试情况如何应及时反馈给调试者。因此，按图2.15所连接的设备最好放置在天线的安装现场。(1)按下接收机电源开关，接收机面板上电源指示、频道指示等均应有显示，表明电源已接通；观察电视机或监视器，如有大量雪花、沙沙声，说明接收系统已连通。(2)按下频道选择键（也可用遥控器操作），选择所接收的频道位置，观察电视机（监视器）是否有微弱图像显示或有伴音。(3)对接收天线的方位角做±2°～±5°的调整，同时观察电视机（监视器）有无图像。如收到了图像再微动天线方位，调到图像最佳为止。然后，固定方位；再微调仰角，直到图像最清晰（无雪花点、画面干净）伴音最宏亮（无噪声）时为止。(4)固定方位角、仰角的位置，然后调整馈源的位置，使其准确置于天线反馈面焦点处，同时细调极化角度，最终使卫星接收机输入信号指示电平为最大值，图像、伴音均达到最佳。(5)将以上调整过的方位角、仰角位置及馈源位置全部固定，并将现场调试的设备撤除，按前端设计方式进行恢复，至此，卫星接收系统的调试工作即告完成。习题二参考答案一、是非判断题（正确画“√”，错误画“×”）1.接收电磁波必须要有接收天线。（√）2.将电场方向与地面垂直的电磁波称为水平极化波。（×）3.电视信号场强的单位是dBV。（√）4.天线的主振子也称反射器。（×）5.引向器的长度比主振子约短5%～10%。（√）6.半波折合振子天线的输入阻抗为75。（√）7.接收天线单元数越少，其增益越高。（×）8.天线方向性保护越小，抗干扰能力越强。（×）9.架设天线必须注意防雷措施。（√）10.重影出现在主像的右侧，称为前重影。（×）11.接收场强大于73dBV，可使电视图像质量达到4级。（√）12.带通滤波器实际上是阻止标定频率范围的信号通过。（×）13.如果接收信号场强小于40dBV，可接入两级天线放大器进行放大。（×）14.同步卫星接收地面发送的电视信号称为上行。（√）15.卫星电视广播的电波穿越大气层进入卫星天线，由于大气层的遮挡，可能产生接收重影。（×）16.前馈式抛物面天线是将馈源放置在抛物面的前方焦点处。（√）17.后馈式抛物天线的实焦点处于双曲反射面。