接收机与数据接收卡互不影响技术的研究

农村中小学现代远程教育工程是由教育部、国家发展改革委员会、财政部联合投资的百亿元工程项目,旨在使优质教育资源共享，缩小城市和农村教育的不均衡配置，提高农村中小学的教育水平。在工程实施过程中,存在数字卫星接收机与数据接收卡互相影响接收的问题。本文针对这一问题进行了探讨，提出了调换使用高频头探针和研制专用高频头两种解决方案。

从2000年开始，教育部实施西部中小学现代远程教育工程，2003年底，在西部十二省（区、市）、新疆建设兵团、中部六省和吉林省的农村中小学进行连片试点。2005年开始在全国农村中小学全面实施农村中小学现代远程教育工程，工程将于2007年完成。到2007年，在全国38.4万所农村小学建设卫星教学收视点,在3.7万所农村初中建设计算机教室。在我省投入的前期准备工作中，发现存在一个很大的技术问题亟待解决，即卫星数字接收机和计算机(接收卡)同时接收信号时，由于互相影响 ,导致接受信号时断时续。接收卡在接收储存IP信息时，一般一个循环需要几天，但中途断开一分钟，就会产生打不开接收文件的现象，须等下个循环的几天时间才能补齐，这对机器的损耗和电力的消耗是巨大的，我院曾耗时一个月才完整接收并能使用“信息技术与应用”节目，这对电力供应不足的农村中小学是难以做到的，这种情况的出现必然会使广大农村中小学远程教育系统的利用率受到很大的影响。根据计划，到2007年我省将有10865所农村中小学校的卫星教育接收系统（其中农村小学9424所、农村初中1438所），而全国将有42.1万个农村中小学校的卫星教育接收系统。如果卫星接收机和计算机(接收卡)同时接收信号时互相影响的问题不及时解决，其影响是巨大。因此，为使国家上百亿的投资发挥其应有的价值，节约电力能源，提高远程教育系统的利用率，让所有的孩子都能受到更好的教育，我们研究并解决这一问题，具有极大的社会效益和经济效益。

产生影响的原因

本次工程分为三种模式：即模式一、模式二和模式三，除模式一外，其余两种模式都是用一套天馈接收系统经过功率分配器后其中一路信号供给卫星数字接收机电视机/语音广播，另一路信号供给卫星数据接收卡计算机校园网因特网（见图1、2）。

天馈接收系统的高频头极化切换是由接收机或接收卡提供的直流电压来控制的，向高频头供给18V的直流电压，高频头的水平探针工作，如图3所示。向高频头提供13V的直流电压，高频头的垂直探针工作，如图4所示。

功分器在系统中的连接如图5。

功分器的直流馈电如图6和图7所示。

工程在安装调试时都是将接收机、接收卡设在垂直状态下工作，这时只要接收机的频道预选器内存有水平极化的节目参数，当接收机的频道预选器选在水平极化节目的频道，高频头就会自动切换到水平极化状态，这时尽管卫星接收卡的设置参数还是垂直极化工作方式，还是向高频头提供13V的直流电压，但高频头已经得到了接收机的18V直流电压，处于水平工作状态，所以此时卫星数据接收卡接收不到任何信号和信息，有些数字卫星接收机只要接通电源(待机状态)就向高频头输出18V直流电压，此外还存在卫星数据接收卡不接收信息时，但只要安装接收卡的计算机启动，接收卡就会向高频头输出18V的直流电，按教育部的要求，卫星数字接收机和卫星数据接收卡不在同一个教室里。这又给问题发现和解决带来了极大的不便和困难。

解决影响的方法

根据各种接收设备的特点，设计配置能保证接收信号稳定工作的系统方案。具体的研究技术路线对现有的接收设备进行优化组合。将两台卫星数字接收机和计算机IP接收卡同时接入一套天馈系统，用卫星频谱仪分别监测四功分器的四个输出端的卫星信号频谱，并测出每台设备输出的电压变化，从而找出高频头不同极化工作方式的频谱变化，在理论设计和大量的实验数据的基础上，改变现有高频头的极化工作方式，使整个接收系统各个接收设备合理配置。达到在不更换任何设备的前提下，使我省的数字卫星接收机和计算机IP接收卡同时工作时，互不影响，接收信号稳定目的，进而向全国推广应用。

1、调换使用高频头的探针

改变极化角使高频头的水平极化探针接收垂直极化信号；使高频头垂直极化探针接收水平极化信号，即将高频头安装的极化角转90°，数字卫星接收机和卫星数据接收卡的极化全部设置为水平极化，此时只要有一部机器向高频头提供18V的直流电压，系统就能正常工作见图7，这对不需要接收水平信号（应用意义不大）的地区可将影响的问题完全解决。我省在本次工程中在哈尔滨地区作了试点，影响问题得到了很好的解决。但是对于需要接收水平极化节目的情况，如山东教育台的12660H3617，新疆教育台的12648H3472，就只有使各个设备均处于垂直极化状态才能正常接收，这时系统在接收水平节目时将存在相互影响。目前鑫诺一号卫星上的教育节目90%以上都是垂直极化，所以将极化互换还是值得推广的。要想彻底解决卫星数字接收机和卫星数据接收卡的互相影响问题，做到同时接收水平极化和垂直极化工作状态下的所有信息，只能从高频头着手。

2、研制专用的Ku段双极化、双本振同时工作，单输出的高频头。

目前，高频头的产品品种主要有：C/Ku波段单本振单极化高频头、单本振双极化高频头、双本振双极化高频头等几种类型。单本振双极化高频头（我们本次工程中采用的），通过数字卫星接收机提供的直流电源13V/18V进行极化方式切换。下面主要介绍双本振高频头。

由于Ku波段频率范围在10.5~12.75GHz，带宽超过2000 MHz，超出了接收机的频率范围。为实现全频段接收，Ku双本振高频头把Ku波段频率分为高低两段，即10.7~11.8GHz和11.7~12.75GHz。对应的两个本振频率分别为9.75GHz和10.6GHz，两个本振的工作由0/22kHz开关来切换，两个本振始终只有一个在工作，这样可以把整个Ku波段频率转变到接收机所能接收的950~2150MHz中频范围内，但是双本振不是同时工作的，综上所述，可以得出这样的结论：目前现有的Ku波段的高频头是不能同时接收水平极化信号和垂直极化信号的。

要解决卫星数字接收机和计算机IP接收卡同时工作时互相产生影响的问题，需要研制出适合教育卫星多媒体网传输的高频头(Ku段双极化、双本振同时工作，单输出高频头)，该高频头能同时稳定接收水平极化和垂直极化信号见图８，从而使接收机和计算机IP接收卡同时工作时互不影响。

Ku波段(12.2-12.7GHz)双本振高频头双本振高频头的双本振是同时工作的，不需要切换。高频头内水平极化探针和垂直极化探针各连一个本振。接收到的双极化信号分别进入两个本振。比如，水平信号对应的本振频率为11.25GHz，则输出的中频频率在950 MHz-1450MHz范围内；垂直信号对应的本振频率为10.6GHz，则输出的中频频率在1600-2100MHz范围内；如果把高频头转动90°，高频头两个本振输出的中频频率则刚好相反。这样就可以把12.2-12.7GHz范围内的双极化Ku波段信号转变为950-2100MHz的中频信号同时输出，无需0/22kHz开关或13V/17V电源开关切换。这样做的目的主要是为了工程上的使用方便，因为不需要使用双极化馈源和两个高频头，只需要一根电缆就可以同时输出水平、垂直双极化信号。使用这种高频头的前提条件是：接收机的中频带宽一定要在950－2150MHz范围内，才能保证节目不遗漏。

使用这种高频头，对于数字卫星接收机，只要接收机带宽足够即可，不管有无双极化功能，都能收到双极化信号，这对于早期不具备13V/17V切换开关的机器来说非常适用。但对于现在的卫星数字接收机来说较麻烦，因为双本振同时工作，所以首先要搞清楚两个极化方向各自对应的本振频率，如让水平极化信号连接高本振频率11.25GHz，垂直信号连接低本振频率10.6GHz（当然也可以相反，只要高频头转动90°），然后在设置接收机参数时就要注意把水平信号的本振频率设在11.25GHz，垂直信号的本振频率设在10.6GHz。至于参数中的极化方式则可以任意设置，对接收没有任何影响，这样就可以把两个极化的信号收齐, 能同时稳定接收水平极化和垂直极化信号，从而使接收机和计算机IP接收卡同时工作时互不影响。真正使国家上百亿的投资发挥其应有的价值，提高远程教育系统的利用率。

本研究是在实际工作中发现问题并解决问题，是面对全省和全国广大农村中小学在远程教育中遇到的技术问题，这个问题的解决具有非常广泛的应用前景。同时因为要解决这一问题，需要研发采用Ku段双极化、双本振同时工作，单输出高频头。以填补在这一领域的空白，所以本研究具有较高的理论研究价值和较广泛的实际应用价值。因此，需要投入一定的人力、物力，由国家统筹协调，组织进行科研攻关，以最短的时间研制出高频头的样机，以最快的速度投入生产，争取在二期工程投标中采用这种工程专用的高频头。

编后话：对于普通用户而言，Ku波段双本振单输出高频头即可满足一般的使用要求。同时，由于Ku波段天馈系统的价格较低，因此普通用户很少有共享天馈系统的需求。而集体接收使用的多输出高频头往往价格较贵，并非经费微薄的地方教育系统所能承受。正是由于这样的市场真空，才造成了地方教育部门卫星远教系统当前的"极化困境"。相形之下，由于市场需求的推动，价格仅百余元的C波段双本振单输出高频头早已实现了量产。那么，我们为何不能照此类推，生产价格低廉的Ku波段双本振单输出高频头呢？显然，技术并不是问题。关键还在于挖掘巨大新兴市场的敏锐嗅觉与远见卓识。这一点，是否也应引起相关部门和广大厂家的重视呢？