卫星电视接收技术杂谈

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世界上第一颗人造卫星上天至今年刚好半个世纪，随着科学技术的发展，而今人造卫星被广泛应用于科学、气象、地球物理、军事和其它研究用途，掌握卫星应用技术多少及卫星科技含量的高低，是象征一个国家是否迈向世界强国的标志。而广播卫星（BS）缘于通信卫星（CS）还要晚几年，而实用的广播卫星应用于70年代，80年代卫星直播电视、高清晰电视等进入实际使用阶段。90年初数字技术的成熟推动了卫星数字电视的迅猛发展。我国和亚洲地区较西方发达国家在卫星领域又要晚一、二十多年。我国的卫星广播起源于70年代初，而作为后起之秀的卫星大国，中国在卫星领域有研发现代卫星的能力，长征系列运载火箭及东方红卫星 3号、4号卫星平台就是例证，现在同世界卫星大国的差距是越来越小。 而我们今天谈的卫星广播电视（简称卫星电视），就是人造卫星中的同步卫星（又称静止卫星）在卫星通信电话、电报、数据等电信业务中的一种主要用途，是用来传送声音和图像的广播电视卫星。它位于赤道上空35786KM，绕地球同步运转，地面观察者看卫星是相对静止，俗称同步卫星，运行的轨道为同步轨道或静止轨道。静止卫星其实就是一个高空定点微波差转台，可实现点到点、点到面的卫星通信。早期的通信卫星转发器功率较小，地面站接收天线需几十米大的天线。进入广播卫星时代，地面站接收天线达到实用阶段。现代的直播卫星地面站0.5米以下天线是标准配置。就INTELSAT卫星现在也发展到第九代了，现代卫星集通信卫星、广播卫星、直播卫星为一体，全面担负卫星通信的工作。由地面无线传输、有线传输和卫星传输三大主流传输电视信号，组成完善的电视信号服务系统。而卫星电视广播具有覆盖面广、传输距离远、信息量大、信号质量高、不受地理条件限制等优点，近几年发展迅速。特别是直播卫星数字电视（简称 DTH-TV或DBS-TV）用户使用很小的天线，安装维护简单，可靠性高是卫星电视发展的方向、个体接收用户的首选。今后Q波段（40.5- 42.5GHZ）以上V波段（84-86GHZ）卫星广播频段的开通应用，卫星天线还会小许多，名副其实碟形将会出现。 本文作者在少年时代就痴迷于无线电，70年代始我国的第一颗人造卫星上天，就购过第一本卫星书籍，《同步卫星》的科普读物。也曾记得中美建交美国总统访华，为了进行实况转播美国自带上星设备，电视信号直接在北京上星，后听说这套设备还赠送了我国，而当时的我才第一次见到黑白电视的模样。此后一直关注我国的卫星发展，84年“东方红二号”同步卫星上天，标志作我国的广播电视卫星的开始，85年租用国际通信卫星开始向全国转播CCTV-1模拟电视信号，以后“东二甲”上天，亚洲一号的播出，购买漂来的卫星（中星5号），教育、中央省市台的模拟电视信号上天，90年代中期中央、省市台开始了卫星数字电视广播。至今已基本实现中央、省市卫星电视数字化，上百套数字电视在自己的几颗广播卫星上播出，也即将启用我国的直播卫星数字电视和高清电视。 而我国个体电视接收（TVRO）源于80年代初714荧光屏的L波段，也算我国卫视发烧的起源。90年代初亚洲一号升空，掀起了卫星电视实用收视热潮，有着电子爱好又一直从事这方面工作的我，自然是会赶时髦、凑热闹、随大潮紧跟形势走。随着90年代中期亚洲上空数字电视的不断增多，从C波段向KU 波段迅速发展，小型KU天线出现，KU波段无疑是广播卫星、直播卫星的最佳选择，面对国内直播卫星启用在即（如果不是鑫诺2号卫星故障，已经启用），国家广电部门、器材制造商也作好了充分准备，发烧友期待个体卫星接收的解禁。国家129号令对规范市场曾起过积极的促进作用，随着科技进步与市场发展，修改 129号令的呼声不断。现实的状况是在有线电视没覆盖地区，卫星收视国内信号是禁而不止，一大批卫星电视发烧友不论城镇乡村，为探索卫星接收技术，确实是悄然存在。面对卫星电视的普及发展，卫星电视接收技术也不再是广电部门、卫星电视发烧友掌握的专利，而要向电子爱好者、卫星电视用户普及这方面的科学知识。科学技术的发展即便你是卫视领域的专家教授，也得要不断地学习新的技术，况且卫星广播电视是门年轻学科。前些年卫星电视接收技术的专业类书籍相当贫乏，只有报刊杂志卫视器材商的零碎介绍，加之卫视器材制造商的技术封锁和高得出奇的价格，使普通人诸如一般电子爱好者很难有机会探索卫星电视接收的奥秘。现在的情况与昔日完全不同，互联网上可查到卫星电视的最新信息，专业书刊不再难求，普通卫星接收器材也非当初，昔***喜爱电子技术、有点电工基础，或从事家电行业，学点卫星电视接收的专业知识，会很快掌握卫星电视接收技术，达到一个较高的接收水平。 四年前，作者写过几篇小烧文章，一搁笔四年没再推出新作，干嘛去了？其实这几年也没闲着。在此期间拥有令其它烧友羡慕寻星设备，用SVEC2.4 米网状极轴卫星天线，一网打尽了从东（174E）到西（36E）四十多颗卫星上的C、KU信号，创造了亚洲2.4米天线收视卫星之最；在本地（东径 104°、北纬29.5°）首次收下了日星膛东北亚波束，为内地收视这些卫星和波束提供了一手资料。网上常见到本人身影，一直在某论坛任版主，零碎介绍了一些接收知识，也透露一些发烧成果，可也没多少人在意，在意之人也少有哼声。用现有的条件、设备，及自己一直从事电子方面知识和经验，致力于在业余条件下，用简单的常用的设备，试图探索一套卫视接收的常用方法，几年来应当说初有成效。同时利用工余时间认真地读了点卫视专业书籍，结合以前发烧实践和自身的动手能力，通盘细研卫星电视实用接收技术。在网上仔细查找亚洲上空广播卫星的场强与波束，判断试收的可能性，用常用的卫视接收设备，探索卫星电视实用接收技术，有资料查询、简单收视计算、发烧创作整一套业余收视实用方法。搞清楚卫星收视器材的原理及主要参数，发烧制作收视附件，动手最多的是馈源改研技术，做到有理有据不要被卫视专家及同行笑话，还得经受读者的检验和历史的考验。回头再看我以前写过的文章，卫视理论上得重新检讨认识。 近几个月几经思索决定把这几年的卫视发烧经验、部分花了大量心血研制首次面世的发烧制作首次面世，以多篇连载文章刊出，同卫视界及发烧友作一实用技术交流，而以前发表的技术文章（包括网上）中的创作的实用的技术成果，虽没申请专利保护尽可共享，但发明创造权不能被他人据为己有，在此也有必要澄清。连载文章通俗易懂，没有卫视专家教授级冗繁原理推导及复杂的公式计算，有点简单原理和计算，所用是普通设备，收视实践及发烧制作尽力给出精确数据、图片、图纸以便参考制作，文章追求原理性、启发性、实用性，一看就懂，人人会做。全文是浅谈卫星电视接收技术，如果读者需要深入研究，建议去阅读专业的卫视书籍弄个明白。连载文章主要内容有卫星波束与场强、卫星电视接收器材、馈源技术三大部分，卫星波束与场强，简介卫星广播信号发射技术，波束场强的形成，以及获取卫星接收资料的方法；卫星电视接收器材分卫星天线、降频器（LNB）、接收机三个部分，简单介绍原理与结构，着重介绍某些害用参数与性能，深入了解卫星器材，解决收视迷惑。馈源技术简单介绍馈源原理及构造，再又分三个部分，分别是圆极化波接收技术、正馈天线KU波段接收技术和偏馈天线C波段接收技术。以上在卫视发烧界称为高手玩家的活儿，我们再作进一步的理论与实践的探讨，希望某些争论不休问题了解馈源技术后划上句号。本文作者在艰苦的业余条件下对馈源研究前后也有八年之久，设计制作点经典作品也不足为奇，发表的作品经过本人严格的业余测试。连载文章不涉及有条件接收，可能涉及境外卫星电视，全文以纯技术性来探讨卫星电视收视，共享我这些年的发烧成果，共同提高卫星电视接收水平就是作者创作本意。同时以发表文章的形势来感谢这些年支持我卫视发烧的业界朋友。 同步静止轨道卫星波束与场强 同步静止轨道卫星由星体、转发器及其接收、发射天线、太阳能电源系统、姿态控制与轨道控制系统、遥测与遥控系统等组成。转发器接收地面发来的电视信号（上行信号），将其变频并放大到足够的功率，大功率的功率放大管由行波管担任。现代大功率广播卫星C波段行波管放大器功率超过55W、KU波段功率更高达150W以上。现代大功率卫星有数十个转发器，通过技术处理用多工器将各频道的下行信号遥测合并，再经环行器送到发射天线（卫星发射天线属通信类定向天线）向地面覆盖区转发卫星电视信号（下行信号），为提高地面卫星电视信号强度，有效利用下行信号资源，发射天线的方向图应根据地面服务区的形状来确定。卫星发射天线按其覆盖区的大小，可分为全球波束天线（覆盖地球面积的42.4%）、点波束天线、区域波束（覆盖地球面积的10%）、半球波束天线（覆盖地球面积的20%）、赋形波束天线。卫星发射天线其形状属喇叭口馈源外加反射器形成定向发射天线，其张角的大小决定波束面积的大小，对广播卫星而言，全球波束的半功率宽度约17.4%、点波束的半功率宽度只有几度或更小、而赋形波束天线，覆盖区轮廓不规则，视服区的边界而定。为使波束成形，通过修改反射器或用多个馈源从不同方向经反射器产生多波束的组合来实现。在大容量广播卫星中往往用多副天线产生多个波束，还备用了可移动波束及波束扩展技术，提供给卫星用户更多便利的服务。 卫星信号传送的极化方式有两种标准：线极化和圆极化，利用垂直极化（V）和水平极化（H）、左旋圆极化（L）和右旋圆极化（R）相互隔离之特性传送不同的电视节目，即采用频率复用技术以提高卫星的传输容量。这两种极化有各自的优缺点。圆极化雨、雪衰减小，穿透电离层能力强，不受地球两极磁场产生的法拉地效应，安装调试简单（不用调整极化）；制造性能较好的线极化LNB比圆极化容易的多，其效率较高，线极化10GHZ以上频段法拉地效应甚微，在中纬度地区广泛应用，缺点需调整极化。这也就不难理解，俄星C波段用圆极化，KU波段用线极化的原因。而我国即将启用的直播卫星采用的是圆极化，一是国际规定受保护的波束、频段、极化方式避免可能引起的干扰，二还有降低雨、雪及电离层的衰减。 广播卫星通过转发器-发射天线，将电视信号传达地面。其强度，技术用语定义是等效全向辐射功率，简称场强（EIRP），其功率大小值单位用DBW 表示。由于卫星发射天线定向地面发射，功率分布并不均匀、再加“自由空间路经损失”，因此卫星覆盖区域中心位置的功率，要大于其边缘位置的功率。我们将这些相同与不同系列EIRP等值线重叠在地图上，得到一个完整的波束覆盖图，简称场强图。卫星信号场强图的作用，是为接收者提供参考。通常我们看到的卫星场强图都是理想值，即单一转发器的最大功率。 有些卫星场强图提供的数据，实际接收时感觉误差较大，这与上行、下行信号的功率有关，而影响功率的因素多多。如卫星器件的老化，电力供应等。必须指出：卫星数字信号的强度，EIRP值小于模拟卫星信号值，在于数字信号压缩、打包过程对数字信号的隔离功率损失（编者注：是这样的原因吗？）。在使用单载波（SCPC）同一转发器、或使用多载波（MCPC）不同转发器，各频点信号强度都有差值，我们俗称前者（单载波）为频点误差，后者（多载波）为转发器误差。（编者注：此观点值得商榷）一般广播卫星正常情况下，同一波束通常频率低端信号较高，各转发器频点误差在1~2DB属正常，而超过3DB以上就值得怀疑卫星传送网络及各转发器的功率等问题。而在波束边缘收视时，个别卫星场强值与实际收视值误差较大。 由于C频段（3.4~4.2GHZ）与地面微波共用同一频段，为防止相互干扰，限制C频段广播卫星地面场强在40DBW左右，也限制了小型接收天线（1米以下）接收C频段的可能，（编者注：是这么回事吗？）这种情况近年发射的大功率卫星地面场强限制有所突破，90°E的俄星及今年升空的中星6B、鑫诺3号其C波段中心场强都超过了40DBW，甚至高达45DBW左右，为小型接收天线创造了收视条件。而KU频段地面场强就不受此限制，现代直播卫星的 KU场强高达55DBW以上，直播场强覆盖区用0.35米天线就可满意接收。 我们要了解卫星场强图，看懂卫星场强图，要根据场强图选择合适的接收器材，接收相应的卫星信号，是广大读者所期待的。以后在卫星器材章节逐一介绍。 获取卫星频道场强图，最方便的是上网查询。国内有几个专做卫星参数的网站，参数更新快，受区域条件限制不太全面。