2024/07/05 07/05/131、第四章 卫星接收系统 系统组成系统组成:天线、馈源、高频头、卫星接收机、天线、馈源、高频头、卫星接收机、功分器。功分器。卫星接收天线卫星接收天线：工作原理、主要参数、馈源：工作原理、主要参数、馈源高频头高频头：框图、特性参数：框图、特性参数卫星接收机卫星接收机：工作原理、特性参数：工作原理、特性参数功分器功分器：特性参数、无源功分、有源功分：特性参数、无源功分、有源功分 2022-4-18数字卫星广播1补充：接收卫星电视信号的简易步骤1、天线、高频头、接收机、监视器的正确物理链接。（1）安装好高频头（2）电缆连接高频头和卫星接收机的输入口。（3）卫星接收机的输出接监视器。2、设置卫星接收机设置
2、卫星接收机按下菜单设置卫星天线：主要是高频头的本振频率，C波段是5150MHz，Ku波段看高频头上的标识。2022-4-18数字卫星广播2补充：接收卫星电视信号的简易步骤2、设置卫星接收机设置卫星接收机按下菜单设置卫星天线：主要是高频头的本振频率，C波段是5150MHz，Ku波段看高频头上的标识。添加卫星转发器：主要设置下行频率，符号率3、调卫星天线（1）确定卫星的位置：根据经度和纬度确定仰角和方位角。2022-4-18数字卫星广播3补充：接收卫星电视信号的简易步骤3、调卫星（2）细调卫星2022-4-18数字卫星广播441卫星接收天线卫星接收天线1、广泛使用的卫星接收天线为反射面天线，由反
3、射面和馈源组成。2、分类：分类：按反射面与馈源的相对位置相对位置分为：前馈、后馈和偏馈天线。幻灯片 3按工作原理工作原理分为：旋转抛物面（前馈天线）、卡塞格伦幻灯片 4、格里高利幻灯片 5、球形反射面天线。 3、作用作用：收集电磁波2022-4-18数字卫星广播5格里高利411 工作原理工作原理反射面天线工作原理分析方法：几何光学法几何光学法、口面场积分法、口面电流法。几何光学法几何光学法两个基本出发点：光线沿直线传播入射角等于反射角2022-4-18数字卫星广播10411 工作原理工作原理一、旋转抛物面天线一、旋转抛物面天线 旋转抛物面天线（直径1-45米），又称为前馈天线。1、抛物线定义
4、：、抛物线定义：到一个定点（焦点）和一条直线（准线）等距离的点的运动轨迹。2、抛物面形成：、抛物面形成：抛物线沿对称轴旋转一周3、抛物线方程：、抛物线方程： 2022-4-18数字卫星广播f抛物线焦距)(42zffy411 工作原理工作原理4、旋转抛物面的四个几何参数：焦距、旋转抛物面的四个几何参数：焦距f、口面直径、口面直径d、口面半张角口面半张角0 0、抛物面厚度、抛物面厚度W。 2022-4-18数字卫星广播12几何参数之间的关系式：一、旋转抛物面天线一、旋转抛物面天线411 工作原理工作原理5、旋转抛物面的焦距口径比是天线的一项基本参数。、旋转抛物面的焦距口径比是天线的一项基本参数。f
5、=025d 中焦天线中焦天线f小于小于025d 短焦天线短焦天线f大于大于025d 长焦天线长焦天线f=038d 天线性能最好天线性能最好 2022-4-18数字卫星广播13一、旋转抛物面天线一、旋转抛物面天线411 工作原理工作原理6、抛物线的两个重要几何光学性质：、抛物线的两个重要几何光学性质：平行于抛物线对称轴方向入射的射线经抛物线反平行于抛物线对称轴方向入射的射线经抛物线反射后射后一定一定经过焦点经过焦点。证明：证明：==平行于抛物线对称轴平行于抛物线对称轴方向入射的射线经抛物方向入射的射线经抛物线反射后经过焦点时，线反射后经过焦点时，所走路程是相同的所走路程是相同的。证明：
6、证明：2022-4-18数字卫星广播14一、旋转抛物面天线一、旋转抛物面天线准线411 工作原理工作原理7、旋转抛物面天线的工作原理：、旋转抛物面天线的工作原理：天线对准卫星时，卫星发射的电磁波天线对准卫星时，卫星发射的电磁波平行平行于天线的于天线的轴线传播，经反射面反射后同相聚焦。轴线传播，经反射面反射后同相聚焦。同相聚焦两层含义：同相聚焦两层含义：电波传输电波传输距离相同，相位相同距离相同，相位相同；所有反射线都经过所有反射线都经过焦点处聚焦焦点处聚焦。2022-4-18数字卫星广播15一、旋转抛物面天线一、旋转抛物面天线天线的轴线偏离卫星方向，就形成散焦散焦。发射和接收状态相类似 一、旋
7、转抛物面天线一、旋转抛物面天线二、卡塞格伦天线二、卡塞格伦天线1、组成、组成卡塞格伦天线是卡塞格伦天线是双反射面天线双反射面天线。它由主反射面、副。它由主反射面、副反射面和馈源三部分组成。反射面和馈源三部分组成。主反射面主反射面是是旋转抛旋转抛物面物面，副反射面副反射面是是旋转双曲面旋转双曲面。2、主面的、主面的3个几何参数：个几何参数：焦距焦距f、直径、直径d、口面半张角。、口面半张角。3、副面有两个焦点：虚焦点和实焦点。虚焦点的位、副面有两个焦点：虚焦点和实焦点。虚焦点的位置置与主面焦点重合与主面焦点重合。卡塞格伦天线。卡塞格伦天线馈源放置在副馈源放置在副面实焦点面实焦点。 2022-4-
8、18数字卫星广播17二、卡塞格伦天线二、卡塞格伦天线二、卡塞格伦天线二、卡塞格伦天线4、双曲线的两个重要几何光学性质：、双曲线的两个重要几何光学性质：对准虚焦点对准虚焦点发出的射线经过发出的射线经过双曲线反射双曲线反射之后之后，必必然经过然经过实焦点实焦点从反射点到两个焦点的从反射点到两个焦点的行程差为常数，行程差为常数，对于电磁对于电磁波来说就是波来说就是相位差为常数相位差为常数。双曲面的作用是将焦点进行搬移。双曲面的作用是将焦点进行搬移。2022-4-18数字卫星广播19三、三、 格里高利天线格里高利天线1、组成、组成格里高利天线是格里高利天线是双反射面天线双反射面天线。它由主反射面、副。
9、它由主反射面、副反射面和馈源三部分组成。反射面和馈源三部分组成。主反射面主反射面是是旋转抛旋转抛物面物面，副反射面副反射面是是凹椭球面凹椭球面 。2、主面的、主面的3个几何参数：个几何参数：焦距焦距f、直径、直径d、口面半张角。、口面半张角。3、副面有两个实焦点：焦点、副面有两个实焦点：焦点F1和焦点和焦点F2。焦点。焦点F1的的位置与主面焦点位置与主面焦点F重合。重合。2022-4-18数字卫星广播20三、三、 格里高利天线格里高利天线格里高利天线有两个实焦点，一个用于发射，另一格里高利天线有两个实焦点，一个用于发射，另一个用于接收。个用于接收。收发共用收发共用通常可以将接收馈源安放在焦点通
10、常可以将接收馈源安放在焦点F1处，由于这个位处，由于这个位置同时也是主面的焦点，因此接收天线就是一个旋置同时也是主面的焦点，因此接收天线就是一个旋转抛物面天线；而发射馈源则安放在焦点转抛物面天线；而发射馈源则安放在焦点F2处。处。2022-4-18数字卫星广播21三、三、 格里高利天线格里高利天线三、三、 格里高利天线格里高利天线4、椭球的几何光学性质：、椭球的几何光学性质：从一个焦点发出的射线经过凹椭球面反射之后，从一个焦点发出的射线经过凹椭球面反射之后，必然经过另一个焦点。必然经过另一个焦点。从反射点到两个焦点的行程之和为常数，对电磁从反射点到两个焦点的行程之和为常数，对电磁波来说相位为常
11、数。波来说相位为常数。凹椭球面的作用是将发射馈源从焦点凹椭球面的作用是将发射馈源从焦点F2变换到主反变换到主反射面焦点。射面焦点。于是对于发射天线来说，从焦点于是对于发射天线来说，从焦点F2处发出的射线经处发出的射线经过凹椭球面反射之后，同相聚焦在焦点过凹椭球面反射之后，同相聚焦在焦点fI处处(即主面即主面的焦点处的焦点处)，然后经过主面反射之后形成平面电磁波，然后经过主面反射之后形成平面电磁波2022-4-18数字卫星广播23四、四、 偏馈天线偏馈天线1、前馈天线由于馈源阻挡，后馈天线由于反射面的、前馈天线由于馈源阻挡，后馈天线由于反射面的阻挡，效率降低。阻挡，效率降低。2、偏馈天线截取前馈
12、和后馈天线的一部分构成。双、偏馈天线截取前馈和后馈天线的一部分构成。双反射面的偏馈天线是格里高利型。反射面的偏馈天线是格里高利型。 3、偏馈天线存在偏馈角。、偏馈天线存在偏馈角。4、按口面形状，偏馈天线分为椭圆形口面和圆形口、按口面形状，偏馈天线分为椭圆形口面和圆形口面。面。2022-4-18数字卫星广播24五、五、 球形反射面球形反射面球形反射面是球面的一部分，可用一副天线同时接球形反射面是球面的一部分，可用一副天线同时接收多颗卫星。收多颗卫星。2022-4-18数字卫星广播25412 主要参数主要参数 天线的主要参数天线的主要参数：增益、方向图、半功率角、等效：增益、方向图、半功率角、等效
13、噪声温度噪声温度一、增益一、增益G1、接收天线增益的定义：、接收天线增益的定义： 设从空间各个方向上传来的电磁波场强相同，天设从空间各个方向上传来的电磁波场强相同，天线在某一方向上接收时，向负载输出的功率与一线在某一方向上接收时，向负载输出的功率与一个理想无损耗天线在该处各个方向接收时，输入个理想无损耗天线在该处各个方向接收时，输入到负载中的功率平均值之比。到负载中的功率平均值之比。即：天线增益指定向天线较全向天线对电磁波接收即：天线增益指定向天线较全向天线对电磁波接收能力大的程度。能力大的程度。接收天线增益最大的方向称为天线的最大接收方向。接收天线增益最大的方向称为天线的最大接收方向。202
14、2-4-18数字卫星广播26412 主要参数主要参数 2、表达式、表达式2022-4-18数字卫星广播27)4lg(102AG dB：天线的工作波长 C波段：fo=4GHZ、=0075m Ku波段：fo=12GHZ、=0025m：天线的效率A：天线的口面面积天线的口面面积是垂直于电波传播方向上的天线的横截天线的口面面积是垂直于电波传播方向上的天线的横截面面积。天线的口面面积越大，就反映了天线能够截获面面积。天线的口面面积越大，就反映了天线能够截获的电磁波能量越多，因此天线输出电平就越强，天线的的电磁波能量越多，因此天线输出电平就越强，天线的增益也就越高。增益也就越高。一、增益一、增益G41
15、2 主要参数主要参数 3、天线的口面效率、天线的口面效率2022-4-18数字卫星广播28天线的优劣就是由天线的口面效率来确定的。天线的口面效率主要依靠测量确定。卫星天线的口面效率受很多因素的影响，馈源的性能对天线的口面效率的影响起主导作用。=507050：合格; 60：良好; 70：优良4、对圆形口面的卫星天线，增益表达式： （dB）lg10)lg(20dGd：圆形口面的直径一、增益一、增益G412 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2022-4-18数字卫星广播291、卫星天线的方向图：卫星天线的方向图：反映了天线增益随方向的变化。为了方便，通常采用相对增益的概念来
16、画天线的方向图，相对增益Gr的定义是Gr=G（）-GmaxGmax表示最大接收方向上天线的增益， G（）表示天线增益随方向的变化。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2022-4-18数字卫星广播302、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2022-4-18数字卫星广播313、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
17、。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。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2022-4-18数字卫星广播323、几个参数几个参数（2）旁瓣电平：）旁瓣电平：衡量旁瓣衡量旁瓣(后瓣后瓣)的参数叫做天线的旁瓣电平，记为的参数叫做天线的旁瓣电平，记为SLL。定义是某个旁瓣中
18、心方向上的增益与最大增。定义是某个旁瓣中心方向上的增益与最大增益之间的差。益之间的差。天线的后瓣和旁瓣都反映了天线接收干扰信号的能天线的后瓣和旁瓣都反映了天线接收干扰信号的能力。为有效地抑制干扰，希望天线的旁瓣电平越小力。为有效地抑制干扰，希望天线的旁瓣电平越小越好。天线的旁瓣电平可以有苦干个，对于卫星接越好。天线的旁瓣电平可以有苦干个，对于卫星接收天线来说影响最大的往往是紧靠着主瓣的收天线来说影响最大的往往是紧靠着主瓣的“第第一旁瓣一旁瓣”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2022-4-18数字卫星广播333、几个参数几个参数在我国关于卫星接收天线的国家标准中
19、对天线的第在我国关于卫星接收天线的国家标准中对天线的第一旁瓣电平提出了具体的要求：一旁瓣电平提出了具体的要求：5m直径以上的天线，直径以上的天线，SLL1-14dB；45m直径以下的天线，直径以下的天线，SLL1-12dB。（3）天线半功率角的近似计算）天线半功率角的近似计算d：圆形四面天线的直径，单位为m；:天线的工作波长思考：小口径的天线好调还是大口径的好调？由于小口径天线的半功率角比较大，因此在由于小口径天线的半功率角比较大，因此在调整天线的指向时是比较容易的，同时对卫调整天线的指向时是比较容易的，同时对卫星的漂移不太敏感；而大口径天线的情况正星的漂移不太敏感；而大口径天线的情况正好相
20、反，由于其半功率角比较小，故在调整好相反，由于其半功率角比较小，故在调整天线的指向时是比较困难的，且对卫星的漂天线的指向时是比较困难的，且对卫星的漂移比较敏感。出于上述的原因，很多大口径移比较敏感。出于上述的原因，很多大口径的天线，如的天线，如c波段内波段内7m以上的天线通常要安以上的天线通常要安装自动跟踪装置。装自动跟踪装置。412 主要参数主要参数 三、天线的等效噪声温度（三、天线的等效噪声温度（TA）2022-4-18数字卫星广播351、天线的等效噪声温度反映了天线接收下来并传送给匹天线的等效噪声温度反映了天线接收下来并传送给匹配负载的噪声功率的大小。配负载的噪声功率的大小。2、表达式天
21、线送给高频头的噪声功率与天线等效噪声功率的关系：Pn=kTAB（W）k：玻尔兹曼常数 13810-23（J/K）B：接收系统带宽412 主要参数主要参数 3、天线等效噪声温度的测量曲线、天线等效噪声温度的测量曲线2022-4-18数字卫星广播36人们经过大量的实际测量发现，尽管影响天线噪声温度人们经过大量的实际测量发现，尽管影响天线噪声温度的因素很多，但其中天线的的因素很多，但其中天线的仰角和工作波长仰角和工作波长两项因素对两项因素对噪声温度影响为最大。噪声温度影响为最大。三、天线的等效噪声温度（三、天线的等效噪声温度（TA）413 馈源馈源 用于发射时，馈源系统将功率转化为电磁波。用于发射
22、时，馈源系统将功率转化为电磁波。用于接收时，馈源系统将电磁波转化为电功率。用于接收时，馈源系统将电磁波转化为电功率。 2022-4-18数字卫星广播37复习：复习：反射面天线是由反射面和馈源两部分组成的，而馈反射面天线是由反射面和馈源两部分组成的，而馈源本身就是一副小型天线。源本身就是一副小型天线。卫星接收天线使用的馈源大多为喇叭天线。卫星接收天线使用的馈源大多为喇叭天线。413 馈源馈源 2022-4-18数字卫星广播38一、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矩形或圆形的金属
23、管，传播的电磁波称为导行波。，传播的电磁波称为导行波。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边方电场的极化方向为波导的窄边方向向。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 2022-4-18数字卫星广播396、圆形波导是卫星天线馈源的核心组成
24、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磁电磁波。由于圆波导的结构是完全对称的，因此它既可以接收波。由于圆波导的结构是完全对称的，因此它既可以接收(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，它可以辐射或接收，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。波导的开口电磁被，因此是一种最简单的口面天线形式。波导的开口面是一种面是一种弱方向性弱方向性的天
25、线，它存在着两个明显的不足之处：的天线，它存在着两个明显的不足之处：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，因此其增益比较低增益比较低。由。由于于波导内的波阻抗与自由空间的波阻抗不匹配，因此在口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面上存在着比较强的反射波，这样就会影响天线的口面效，这样就会影响天线的口面效率。由于上述的原因，开口波导很少直接作为馈源使用。率。由于上述的原因，开口波导很少直接作为馈源使用。一、波导与喇叭天线一、波导与喇叭天线413 馈源馈源 2022-4-18数字卫星广播408、解决的办法、解决的办法将波导的开口面逐渐地扩大，
26、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线喇叭天线。喇叭天线的口面面积较大，因此与开口波导相比，喇叭天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，波阻抗是逐渐地由波线的增益较高；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，阻抗匹配状况有了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比较小。很大的改进，因此口面上的反射系数比较小。卫星接收或发射天线广泛使用喇叭天线作为馈源，喇叭天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线的核心部分是一个直径为
27、06至至11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 2022-4-18数字卫星广播419、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。变换段和法兰盘
28、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、减小口面的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一反射、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、前馈馈源二、前馈馈
29、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导由于高频头的输入
30、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，保证波阻抗匹配，在圆矩变
31、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、前馈馈源三、后馈馈源三、后馈馈源1、后馈馈源是安装在主反射面上的，因此其长度不大、后馈馈源是安装在主反射面上的，因此其长度不大受到限制。受到限制。2、后馈馈源的形式有圆喇叭、阶梯喇叭、变张角喇叭、后馈
32、馈源的形式有圆喇叭、阶梯喇叭、变张角喇叭、介质加载喇叭和波纹喇叭等几种。介质加载喇叭和波纹喇叭等几种。3、目前，效率最高的后馈馈源形式为波纹喇叭。、目前，效率最高的后馈馈源形式为波纹喇叭。卡赛格伦天线中使用波纹喇叭作为馈源，天线总的效卡赛格伦天线中使用波纹喇叭作为馈源，天线总的效率可达率可达75%85%。虽然波纹喇叭的性能是最好的，但是由于其结构复虽然波纹喇叭的性能是最好的，但是由于其结构复杂，机械加工有相当的难度，因此限制了它的广泛使杂，机械加工有相当的难度，因此限制了它的广泛使用。用。413 馈源馈源四、圆极化波的接收四、圆极化波的接收1、优点：接收天线调整相对简单一些。、优点：接收天线调
33、整相对简单一些。2、不便：卫星接收系统之中的高频头都是线极化、不便：卫星接收系统之中的高频头都是线极化的，为了接收圆极化波就必须在高频头之前将圆极的，为了接收圆极化波就必须在高频头之前将圆极化波转变成为线极化波。化波转变成为线极化波。3、办法：圆极化波转换为线极化波：、办法：圆极化波转换为线极化波：圆极化波是由两个幅度相同、方向互相垂直、相位圆极化波是由两个幅度相同、方向互相垂直、相位相差相差90度的线极化波组成的，因此如果能改变两个度的线极化波组成的，因此如果能改变两个线极化波的相位差，设法使其向相，这样两个线极线极化波的相位差，设法使其向相，这样两个线极化波叠加之后就仍为线极化波。化波叠加
34、之后就仍为线极化波。413 馈源馈源四、圆极化波的接收四、圆极化波的接收在卫星接收系统中就是使用了在卫星接收系统中就是使用了90度移相器度移相器来完成圆来完成圆极化波到线极化波的转换工作，卫星接收天线里极化波到线极化波的转换工作，卫星接收天线里常常用的用的90度移相器度移相器有有介质移相器介质移相器和和销钉移相器销钉移相器两种，两种，前者用于前馈天线，而后者用于后馈天线。前者用于前馈天线，而后者用于后馈天线。413 馈源馈源五、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
35、化波，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种馈源的两个法兰盘位于个平面上，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面上，另一种馈源
36、的两个法兰盘位于相互垂直的平面上，见图见图424。由于圆形波导的对称性，它可以同时接。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，一个法兰盘仍然位于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，同时在波导壁的一例开一个矩形的圆波导的后面，同时在波导壁的一例开一个矩形的口，电磁波的能量可以这儿输出到另一个法兰盘。口，电磁波的能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，法兰盘
37、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42
38、5。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1、目前常用卫星接收天线的机械结构可以分目前常用卫星接收天线的机械结构可以分为仰角方位角式和极轴式两种为仰角方位角式和极轴式两种大部分的卫大部分的卫星接收天线采用仰角方位角式。星接收天线采用仰角方位角式。2、极轴式卫星
39、接收天线调整起来比较简单，一、极轴式卫星接收天线调整起来比较简单，一般仅仅转动一个角度即可对相当多的卫星位般仅仅转动一个角度即可对相当多的卫星位置进行跟踪，作为电动式卫星接收天线比较置进行跟踪，作为电动式卫星接收天线比较方便，近年来市场上出现了许多极轴式卫星方便，近年来市场上出现了许多极轴式卫星接收天线。接收天线。414 极轴式卫星接收天线极轴式卫星接收天线阶段小结1、馈源的作用馈源的作用2、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()3、矩形波导是线极化还是圆极化？、矩形波导是线极化还是圆极化？4、波导相当于（）通滤波器（高通，低通，、波导相当于（）通滤波器（高通
40、，低通，带通）带通）5、圆形波导基本也是（线极化）、圆形波导基本也是（线极化）6、前馈馈源的组成、前馈馈源的组成7、什么是双极化馈源？、什么是双极化馈源？8、什么是一体化馈源？、什么是一体化馈源？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
41、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、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
42、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，在波导口面处没有法兰盘，于与馈源连接，在波导口面处没有法兰盘，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波段高频波段高频头的法兰盘的外形则是一个正方形，头的法兰盘的外形则是一个正方形，两种两种法兰盘的形状和具体尺寸如图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
43、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10M，其上的螺纹有英，其上的螺纹有英制和公制两种类型，目前高频头使用的制和公制两种类型，目前高频头使用的多为英多为英制制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有、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的一个耦合装置，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进电磁波能量转换成为电流然后送入放大器进行放大。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
44、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
45、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。低噪声低噪声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大。整个高额头的增益主要由低噪声放大器决定。器决定。 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
46、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波段波段的高频头多采用低本标的高频头多采用低本标，而而C波段的高额头多采波段的高额头多采用高本振用高本振，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
47、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高，通过第一中频电缆输送到高频头频头。在高频头内部设有稳压电路，其输出为。在高频头内部设有稳压电路，其输出为高频头各个组成部分提供稳定的直流电压。高频头各个组成部分提供稳定的直流电压。 422 特性参数特性参数1 增益增益G 高频头的增益很高，其典型数值在高频头的增益很高，其典型数值在6070dB之间。之间。通常，低噪声放大器的增益在通常，低噪声放大器的增益在40dB以上，以上，中频放大的增益在中频放大的增益在25dB以上，以上，混频器大约有混频器大约有5dB左右的功率损耗，左右的功率损耗，这样加在一起，高频头的总增
48、益在这样加在一起，高频头的总增益在60dB以上。以上。 422 特性参数特性参数2 噪声温度噪声温度TLNB反映了高频头内部产生的噪声功率的大小。反映了高频头内部产生的噪声功率的大小。目前，目前，C波段高频头的等效噪声温度通常在波段高频头的等效噪声温度通常在18K30K之间。之间。KU波段一般在波段一般在75K左右左右3 噪声噪声系数系数NF度量高频头内部噪声的参数度量高频头内部噪声的参数 422 特性参数特性参数4 本振频率本振频率fOS目前目前,C波段高频头的本振频率是比较统一的，波段高频头的本振频率是比较统一的，一般都是一般都是5150MHz 下行频率：下行频率：37004200MHz
49、 第一中频：？第一中频：？Ku波段高频头的本振频率有多种，注意看标识。波段高频头的本振频率有多种，注意看标识。5 输入阻抗输入阻抗50 ，输出阻抗，输出阻抗75 9501450MHz阶段小结1、高频头的功能、高频头的功能2、高频头的组成，各部分的作用、高频头的组成，各部分的作用3、什么是高本振？什么是低本振？、什么是高本振？什么是低本振？C波段高波段高频头的本振频率是多少？频头的本振频率是多少？Ku波段高频头的波段高频头的本振频率是多少？本振频率是多少？4、高频头的输入阻抗？，输出阻抗？、高频头的输入阻抗？，输出阻抗？ 43 卫星接收机卫星接收机数字卫星接收机又称为综合接收解码器数字卫星接收机
50、又称为综合接收解码器(IRD)，并并分为分为DVBS和和DigiciPher两种两种(国际国际),以及我国的以及我国的ABS-S(直播星直播星)1、DVBS框图：框图： 43 卫星接收机卫星接收机2、主要特性参数、主要特性参数（1）输入信号频率范围）输入信号频率范围 卫星接收机输入第一中频信号带宽通常为卫星接收机输入第一中频信号带宽通常为500MHz、800MHz或或1200MHz；而输入信号频率；而输入信号频率范围的典型数值为：范围的典型数值为：9501450MHz，9501790MHz，950-2150MHz。（2）输入信号电平）输入信号电平Pi卫星接收机的输入信号电平为卫星接收机的输入信
51、号电平为功率电平功率电平，其单位，其单位dBm,即即0dBm相当于相当于1mW。典型数值为：典型数值为：Pi=-60-30 dBm 43 卫星接收机卫星接收机2、主要特性参数、主要特性参数（2）输入信号电平）输入信号电平Pi电压电平与功率电平两种单位之间的换算关系为电压电平与功率电平两种单位之间的换算关系为:对于对于75欧系统，则欧系统，则卫星接收机输入信号电平的典型数值还可以表示为卫星接收机输入信号电平的典型数值还可以表示为: 43 卫星接收机卫星接收机2、主要特性参数、主要特性参数（3）输入阻抗）输入阻抗Zin 目前，各种卫星接收机的输入阻抗均为目前，各种卫星接收机的输入阻抗均为75，故整
52、个卫，故整个卫星接收系统为星接收系统为75 系统即高频头和第一中频电缆都应选系统即高频头和第一中频电缆都应选用用75 的。的。（4）噪声系数噪声系数NF (5)第二中频频率第二中频频率 常见卫星接收机的第二中频频率有常见卫星接收机的第二中频频率有140MHz、400MHz、510MHz几种规格几种规格 （70MHz ）选择第中频的原则是选择第中频的原则是:1)邂开地面上电视广播的干扰。邂开地面上电视广播的干扰。2)邂开卫星上的镜像干扰。邂开卫星上的镜像干扰。镜像干扰来自于卫星转发器，信号频率镜像干扰来自于卫星转发器，信号频率fS，镜像干扰信号，镜像干扰信号的频率的频率fM ,和第二中频频率和
53、第二中频频率 fI 三者之间的关系为三者之间的关系为： 2 fI=| fS - fM| 43 卫星接收机卫星接收机2、主要特性参数、主要特性参数 (6)第二中频带宽第二中频带宽 数字卫星接收机的第二中频带宽为一个数字卫星接收机的第二中频带宽为一个数数字电字电视频道或数个视频道或数个数数字电视频道所占的频带宽度其字电视频道所占的频带宽度其典型典型数值数值为：为：7MHz(SCPC)和和30MHz(MCPC)。 (7)视频输出视频输出 卫星接收机输出的视频信号为正极性信号卫星接收机输出的视频信号为正极性信号(同步头同步头向下向下)，视频输出电平的典型数值为：视频输出电平的典型数值为：1Vp-p；
54、视频信号带宽的典型致值为：视频信号带宽的典型致值为：05MHz；视频输出阻抗为视频输出阻抗为75 。 43 卫星接收机卫星接收机2、主要特性参数、主要特性参数 8)音频输出音频输出卫星接收机音频信号带宽的典型致值为：卫星接收机音频信号带宽的典型致值为：003150 KHz ；音频输出电平的典型数值为：音频输出电平的典型数值为：0dBm；音频输出阻抗为音频输出阻抗为600 44 功功 分分 器器 功分器功分器是卫星接收系统中的一个必不可少的组件。是卫星接收系统中的一个必不可少的组件。 功能：将电线输送到室内的一路第一中频信号平均分功能：将电线输送到室内的一路第一中频信号平均分配为若干路，
55、提供给各个卫星接收机配为若干路，提供给各个卫星接收机。对各个卫星接收机之间进行有效的隔离，以减少由各接对各个卫星接收机之间进行有效的隔离，以减少由各接收机本振泄漏引起的相互干扰。收机本振泄漏引起的相互干扰。 1、分类、分类 从结构上看，功分器可分为从结构上看，功分器可分为无源功分器无源功分器和和有源功分器有源功分器两两大类；大类； 所谓所谓有源是指内部有放大器有源是指内部有放大器，若，若没有放大器就称为无源没有放大器就称为无源功分器功分器。根据输出的端口数目，常见的功分器可以分为二功分器、根据输出的端口数目，常见的功分器可以分为二功分器、三功分器、四功分器、八功分器、十二功分器等等三功分器、四
56、功分器、八功分器、十二功分器等等。 44 功功 分分 器器 441 特性参数特性参数 功分器的特性参数有：接人损耗、隔离度、输入功分器的特性参数有：接人损耗、隔离度、输入阻抗、输出阻抗、输入驻波比、噪声系数等，其阻抗、输出阻抗、输入驻波比、噪声系数等，其中中接人损耗和隔离度接人损耗和隔离度是功分器的主要特性参数，是功分器的主要特性参数，而其他参数与卫星接收机的参数类似。而其他参数与卫星接收机的参数类似。 1、接人损耗接人损耗L 是指功分器的输入信号电平与输出信号电平之差。是指功分器的输入信号电平与输出信号电平之差。 2、隔离度隔离度S 隔离度的数值为功分器一个输出端口的干扰信号隔离度的数值为功
57、分器一个输出端口的干扰信号输入电平与该干扰信号在功分器其他输出端口的输入电平与该干扰信号在功分器其他输出端口的输出电平之差输出电平之差 44 功功 分分 器器 442 无源功分器无源功分器3、无源功分器的构成：由微带线构成，或由电感、无源功分器的构成：由微带线构成，或由电感、电容、磁芯等无源器件构成电容、磁芯等无源器件构成4、主要特点是：工作稳定；结构简单；基、主要特点是：工作稳定；结构简单；基本上无内部噪声。本上无内部噪声。5、无源功分器的接入损耗估算、无源功分器的接入损耗估算在工程上，考虑到内部损耗之后，无源功分器的在工程上，考虑到内部损耗之后，无源功分器的接入损耗可按下式估算接入损耗可按
58、下式估算 44 功功 分分 器器 443 有源功分器有源功分器1、组成：、组成：有源功分器是由放大器、电阻分配器和射随器三有源功分器是由放大器、电阻分配器和射随器三部分组成其核心部分为电阻分配器。部分组成其核心部分为电阻分配器。 电阻分配器对愉入信号进行平均分配，放大器的增益用电阻分配器对愉入信号进行平均分配，放大器的增益用来弥补电阻分配器的损耗；射随器在卫星接收机与电阻来弥补电阻分配器的损耗；射随器在卫星接收机与电阻分配器之间起到缓冲的作用，同时完成各输出端口间的分配器之间起到缓冲的作用，同时完成各输出端口间的隔离。隔离。45线路放大器线路放大器 作用是弥补电缆的产生的损耗作用是弥补电缆的产
59、生的损耗 线路放大器 数字卫星接收系统中线路放大器的作用是弥补电缆的产生的损耗，在卫星天线与系统前端的距离过 远的情况之下，就可以采用线路放大器。 在卫星接收系统中线路放大器的作用：线路放大器的作用是为了补偿卫星接收系统中电缆产生的损耗。2022-4-18数字卫星广播84第四章第四章 卫星接收系统小结卫星接收系统小结 一、卫星接收天线 1、卫星接收天线的类型是反射面天线。 2、 反射面天线是由反射面和馈源两部分组成的，馈源 本身就是一种天线。 3、 在工程上通常根据馈源与反射面的相对位置，将反射面天线分为前馈天线、后馈天线和 偏馈天线三种形式，而从工作原理上来说，卫星广播系统中使用的反射面天线
60、可以分为旋转抛物面天线、卡 赛格伦天线、格里高利天线、球形反射面天线等几种类型。 2022-4-18数字卫星广播854、旋转抛物面天线、旋转抛物面天线 旋转抛物面天线是最常用的卫星接收天线。旋转抛物面天线是最常用的卫星接收天线。馈源位置为抛物面焦点，也称前馈天线或单反射面天线。馈源发出的电磁波经反射面反射后沿着平行于抛物面轴线方向传播；对接收天线，当天线对准卫星时，来自卫星方向的电磁波平行与天线轴线，经反射后聚焦在馈源处。2022-4-18数字卫星广播865、卡赛格伦天线 由主反射面、副反射面和馈源组成，主反射面为旋转抛物面，副反射面为双曲面，副反射面的虚焦点与主反射面的焦点重合，馈源设置在副
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