漫谈卫星电视机器接收技术(续)

卫星电视高频头

卫星接收高频头,又叫降频器(LNB),是卫星接收系统中的一个重要有源部件（编者注：高频头学各称高频调谐器，是由高放和变频器组成。变频器分上变频器和下变频器两种类型，其中采用下变频的高频称为降频器）。其性能的好坏直接影响着卫星接收信号的质量。我们对高频头的要求是尽可能低的噪声温度、高可靠性和高稳定性、在所工作的频段内,幅频特性、功率增益等符合要求。其方框图见图1。

高频头的本振频率都很高(1GHz以上),为了保证振荡的稳定,采用的是介质谐振器,特点温度稳定性高、品质因数(Q值)高、与微带电路耦合制成微波集成电路,振荡频率稳定。介质的缺点怕振、要防摔。经低噪声高频放大的射频信号在混频器内混合,混频器利用高频二极管或三极管的非线性作用,将本振信号频率和射频信号频率混合产生一个新的频率成分,其射频信号频率与本振信号频率之差就是我们所需的第一中频。高频头本振频率高于信号频率,称为高本振,反之称为低本振。信号在混频时有损失,通过一、二级中放的放大,通过电缆与卫星接收机连接。

电源供给与中频信号输送用同一电缆,在高频头内设有高通、低通滤波器。卫星接收机供给高频头直流电压在10～24V间,高频头内部用三端稳压,视高频头品牌不同,稳压供电在5～8V间。常见的高频头见图2,现在多用一体化高频头(馈源、高频头二合一)。

在高频头包装外壳或铭牌上有常用参数,见图3、图4。下面对这些技术参数要求作一说明。

1.输入频率、本振频率、输出频率(频带宽):

实际上是指高频头与下行频率、本振频率、接收机输入频率之间关系,对于选择什么样的高频头很重要。现在市面上的卫星数字接收机输入工作频率多为0.95～2.15GHz,早期的机型有0.95～2.05GHz,高频头的输入频率必须在这个范围内。（编者注：输入频率数值是国家标准规定的）

对C波段而言,卫星工作下行频率带宽在3.4～4.2GHz,本振频率多用5.15GHz。C波段采用高本振信号频率技术,对抗干扰有一定作用。运算方法:本振频率－下行频率=输出频率。因此C波段输出频率在1.75～0.95GHz。在接收机的输入频率范围内。

Ku波段卫星的下行频率工作在带宽在10.7～12.75GHz范围内,各行政区域划分频段分区使用。Ku波段采用的是低本振技术,技术上容易做到。运算方法:下行频率－本振频率=输出频率,显然Ku波段过宽的带宽用单一本振难以实现,由于频段分区的划分,排生了适应区域带宽的高频头,而相对带宽较窄的高频头生产技术容易得多。下表1列出常用Ku高频头的带宽。

Ku全频带高频头,为适应宽带接收需要,用双本振技术配合22K切换器,切换高、低频段。常见双本振为0.975/10.6、10.75GHz两种规格。

2.噪声温度、噪声系数:

一般情况下,C波段用噪声温度(°K)表示,Ku波段用噪声系数(db)（编者注：以下db均应为dB）表示,两者可以换算,见表2。噪声系数定义为放大器输入端与输出端信噪比值,表示经放大后损失了多少信噪比。可见噪声系数越低损失也就越小，这正是我们希望的越小越好,用分子运动学理论解释在自然条件下不可能达到0°K。高频头的噪声系数大小关键决定在低噪声放大的节一、二级放大器上。高频头用的是半导体元件,温度增高噪声系数会增加,高频头在室外热带地区高温防热应考虑。

由表可见:真正C波段高频头能做到13°K(小于0.2db)、Ku波段0.3db是很困难的。而噪声系数标值有两种:最大值和最小值(多数没注明)，用国产较好的17°K高频头与早期的嘉顿28°K高频头比较收视足以说明。如按平均噪声系数谈,C波段较好高频头在20°K左右,Ku波段较好高频头大于0.8db较合理,普通级高频头就不用说了。（编者注：在一定宽带范围内高频头的噪声也不是一致的。所以，同一个高频头使用在不同的波段其噪声大小是不一样的，早期的进口高频头会标出不同频点的噪声值供选用）

3. 增益：

指高频头的功率增益。在高频头原理中已谈到,低噪声放大是满足混频的噪声系数,再经中放达输出60db（编者注：以下为dB）的功率电平是与接收机的输入功率电平匹配,其中间(指高频头与接收机)有电缆连接,电缆工作在1G～2G高频信号下百米衰减常数彼很大,75-5电缆达40db以上,高频头的增益(视品牌)在60～65db间,接收机的输入电平最低功率要大于45db,一般配接电缆小于30米,高增益头小于50米。我们希望高频头有较高的增益,①对电缆线损有好处,②有较高的输出功率能提高干扰能力(地面1～2GHz微波及杂波),总体来说对提高载噪比有好处。

4.工作电压、极化电压:

高频头的工作电压来自接收机,为适应接收机的需要,设计供电直流电压较宽10～20V,高频头内工作电压由稳压电路供给。一体双极化单输出高频头为切换极化需要,设计了电压高、低切换供电电路,国产高频头多为13/17V切换电路,与接收机配合使用。

高频头工作在上千兆赫兹的高频环境中,对电子元件、电路设计有很高的要求。高增益、低噪声在高频放大电路中是一对予盾,高频头设计专家在寻求以上最高水平时把其它因数降到最低水平。

九十年代初玩卫视时,配套的是嘉顿28°K单极化高频头,后有购美鹰25°K高频头把单馈源改为双馈源配13/17V切换器使用。当一体双极化单输出高频头国内面世时购置使用,使用效果总比当初购的嘉顿、美鹰差,总想购一只至少相当的高频头使用,国内知名品牌我都用过,高频头最多时有一个加强班。2001年初当O.S222头并不出名时,试用17°K头时与25°K美鹰头相当。这几年也想寻求能超过嘉顿的高频头,标13°K头也不过如此,只好作罢不必白花银子（编这注：为什么出现这种情况呢？1.高频头的噪声在不同工作频率下是不一样的，从而有噪声最大值和最小值。2.有的品牌用最为标称值，如嘉顿。有的用最小值作为标称值，那么在其它频率工作时，噪声都会大于标称值）。在业余条件下对高频头的参数难以测定,唯一的途径是使用鉴别,寻求知名品牌,测试讯噪比的高低来判别。最常用的是对比测试法,入道多年的发烧友,手中自然有一两只象样的高频头,以此为标准对比测试。

①无信号时测试增益:将高频头与接收机连接,高频头端口用黑布遮挡或倒扣(其作用防止自然光线干拢),看数字接收机百分比讯号强度栏,通常讯号强度高的高频头增益高,噪声系数低。并不排除高增益高噪声高频头的存在。有烧友把讯号强度值误认为是分贝值是大错特错,在这里特别提醒。

②用同一频点或多频点对比测试噪声系数(噪声温度):用数字接收机讯噪比或讯号品质对比可大致测定高频头噪声系数高低。表3是台扬与百昌Ku头对测试。这两种品牌4只高频头是不同地点同批次同型号购置,同型号频点增益误差0.2-0.8dB,不同型号误差大于1dB。这还是知名品牌,如果用杂牌货对比不同型号某些频点大于1.5dB也不足为奇，要知道0.75米与0.9米偏馈增益差才1.8dB,可见选择LNB之重要,选购1只满意宽频LNB并非易事。(编者注：高频头的噪声大小，直接影响到高频头信号的载噪比C/N,而不是文中的接收机的信噪比S/N。该文是把信噪比误以为是载噪比，基带音视频信号才有信噪比载频信号是载噪比。)

集合以上,业余条件下用数字机讯号强度栏可测试高频头增益；用讯噪比可测试高频头噪声系数高低(注意以下有关dB的说明)；用多只高频头多频点接收比较,利用接收机讯噪比可测试高频头的幅频特性。

卫星电视接收器材-字接收机

模拟电视信号简介

说卫星电视数字接收机,得先从模拟电视信号谈起。模拟黑白电视出现在上世纪三十年代中期，彩色电视在后五十年代初产生，区域的不同派生了彩电的三大制式(NTSC、PAL、SECAM),由于视频带宽和伴音制式不同又派生了数种制式。模拟信号存在许多缺点,信号在传输过程中有畸变累积和掺入杂波,最终使模拟信号品质下降,模拟信号带宽占用卫星转发器量大。模拟信号最终会被数字信号替代是必然趋势,我国模拟信号在2015年终止,在我们周边国家,俄罗斯、印度都关闭了卫星模拟信号，现在亚太上空卫星上所有模拟信号都关闭了。地面微波、有线电视也逐步走向数子化。

模拟电视信号数字化简介

对模拟电视信号进行模数转换就能形成数字电视信号,另外数字摄像机和数字录像机输出的信号本身就是数字信号。模拟电视信号经过采样、量化和编码就变成了数字式电视信号，在这里编码用二进制数字表示。为了便于数字信号国际间交换,制定了数字信号格式,即数字演播室的4:2:2和普通4:2:0格式。

经过以上处理的数字信号,存在着大量数据,其占用的频带比模拟信号还多，这样传输非常不利，必须对这些数据进行数码压缩,普通卫星电视采用的是国际标准MPEG-2/DVB压缩编码技术。其简单原理包括视频、音频信号编码、打包，再通过复用器供硬盘、光盘存储，或通过复用器用电缆供卫星、地面广播用。现在的卫星数字广播实际上用数字传输手段来传输模拟电视信号。

数字电视特点

就具体技术而言,数字电视(或数字视频),相对模拟电视有以下优点:

(1)可以多次中继、编辑、复制、存储引起杂波可以方便的消除。

(2)采用压缩编码技术压缩码率,节省信道及存储空间；

(3)采用纠错编码技术,提高抗干扰能力；

(4)采用大规模集成电路,可使设备功耗降低,体积减少、重量减轻、可靠性提高、测试维修简便,降低成本；

(5)易于与通信线路及计算机联网,提供新业务。

值得指出的是模拟信号传输图象声音质量的劣化是渐变的。而数字信号质量是突变的,数字信号传输只能有以下三种模式:门限值以上,图象声音质量不受影响、门限值附近,图象声音断续停顿、门限值以下完全无图象声音。

卫星数字视频广播(DVB-S)系统

欧洲DVB是一个国际组织机构,我国是该组织的成员。DVB的重要标准是针对卫星电视(BVB-S)电缆电视(BVB-C)、普通电视的地面广播(DVB-T)和高清电视(HDTV)广播与传输制定的,规范数字广播技术通用的国际标准。其推进广播电视技术的国际交流、合作与发展。

DVB标准其系统原理是:节目源的视频、音频信号及相应的数据分别在编码器中将其压缩到所需码率,然后按标准将视频、音频及数据复接成一个传输数据流,如果有多套节目的数据再行复接之后送到信道编码及调制器。卫星广播中采用QPSK(正交相移键位)调制,在发送端为付费电视需求还加入了加扰及有条件接收的处理部分。BVB系统框图见图1。一般来说在一个数据包中节目套数的多少、符码率的高低及纠错码影响图象质量。当视频压缩码率到6-10Mb/s才有优质图象,当压缩码率达8Mb/s可达演播室标准,当压缩码率达4Mb/s时,与目前的PAL/NTSC电视节目相同。图1中的信道编码又叫纠错编码,在数字传输中防止误码,用来降低误码率,是在信号数码中加入一定的控制误差用数码以组成具有纠错能力的码,采用前向误码校正(FEC)方法,在BVB标准中,规定了5种纠错比率(即1/2、2/3、3/4、5/6、和7/8)。

DVB-S卫星上应用较多,现在卫星传送数字高清多数采用DVB-S2制式,我国的村村通直播采用的是具有自主知识产权的ABS-S制式。

数子压缩卫星电视接收机

数字压缩卫星电视接收机,又称QPSK综合解码接收器(简称IRD),是当代计算机技术、数字通讯技术和微电子技术融合的结晶,由硬件组成,软件支持,协调工作。

卫星数字接收机种类繁多,其称谓不少,按基于功能称简称“卫星数字接收机”、“数字接收机”、“数字机”；按其核心技术称“卫星数字综合解码电视接收机”或简称“数字解码器”(IRD)；按其结构特点又称“卫星数字接收机顶盒”,又广告也称“机顶盒”(STB)。按其用途,又有数字工程机和数字家用机之分；按其类型又分免费数字机(简称FTA)和有条件接收机(简称CA),有条件接收机又分单系统机和多系统机,有条件接收还有模块机(CI)。有条件接收加密系统常见有：法国电信Viaccess、以色列的爱迪德Irdeto、美国的NDS、瑞士的NagraVision(梦幻)系统,这些加密系统分布在我国上空数颗卫星上,接收这些加密卫视需要专用解码器和相应的智能卡。

卫星数字电视接收机有很多的技术参数,主要有接收机门限值(Eb/No)、卫星接收系统的载噪比(C/N)、接收天线系统品质因数(Q)、电视视频信噪比(S/N)。接收机门限是指可收到的最差信号,用载噪比(C/N)来表示。卫星接收系统的载噪比是指包括门限值以上的有用数字信号幅度值,是数字接收系统的重要参数。电视视频信噪比(S/N),在模拟系统中衡量信号质量的视频标准,在数字系统中表示电视视频质量。以上值都用分贝(dB)表示。（编者注：载噪比是数字接收机的信道系统（载频）的指标，信噪比是数字接收机的信源系统（音视频）的指标，它们分别代表载频信号和图像信号的质量指标）

一般用户对卫星数字电视接收机的要求相应简单的多,要求质量可靠,故障率低,图象声音要好,门限要低。发烧友对数字的还要求要多些,除以上要求外,还需具有22K、DiSEqC等多星切换功能、信号强度、信噪比显示灵敏,符码率足够高,大小通吃、节目参数兼容性好、存储参数多,最好具有升级接口等。

九十年代最早玩数字机,如帝霸201、高斯贝尔5000型机,就只有信号强度百分比条显示,功能单一,好的是这些机型信号强度对有信号频率反映灵敏,调星看讯号强度显示也能找准卫星。本世纪初,一批新机型出现,不但有百分比信号强度显示,还有讯噪比用分贝(db)显示,有的机型用百分比讯号质量显示,其两位小数(或百分比),比看频谱议幅度直观。带信号质量屏显的机型可以不接显示器调星(看数字机窗口屏讯号质量),给调星工作带来极大方便。看信号强度搜寻卫星,当找准卫星过门限讯噪比值会自动显示,在无邻星干扰时,调至讯噪比值最大即可,同时也知过门限值有用数字信号的多少。图2是帝霸901的显示菜单,此机在我制作卫星参数时,对盲扫参数(容错宽)进行标准参数(频率、符码率)校正,自动侦寻纠错码(FEC)。此机不足之处符码率最高只能达42Mb/S,2Mb/S以下符码率寻星反映特慢。寻星时还发现,对俄星老频率3675 33483 信号不能识别下载。

数字接收机主要是用来解调图象和声音,看卫星数字电视。在业余(非专业)条件下并不是人人都拥有专业测试仪器,能否利用卫星接收机自带的调星功能作简易测试仪器用,只要误差不是太大就行了。当我用上带有分贝讯噪比显示数字机后,我一直在揣摩这数字机显示的分贝与我们常见到的卫星信号场强、卫星天线增益、高频头噪声系数、载噪比、门限值这些用的分贝表示的参数是否有关,其显示值是否比较准确？如果显示分贝比较准确的话,可当简易分贝仪使用,与这些分贝相关的参数均可作简易测量,对调星寻星取得的数据用分贝记载,免除用信号强度等用百分比显示值带来的误差,无疑是普通发烧友的福音。这些前几年我做过,也发表过文稿《帝霸机讯噪比应用几例》(注4)和《门限载噪比C/N及其应用》(注5)。验正测试是一项极细致工作,要求精确到0.1dB以下对不断跳动的讯噪比正确观察确是不易,稍有偏差将导致较大误差,使得验正结果误差较大。这些年我又反复多次用多面天线测量,最后得到较准确的数据,数字机讯噪比(帝霸901类机型)的分贝与天线增益分贝是等值关系。从链路计算公式得知,当载噪比是定值时,卫星场强与天线增益成反比,说明场强的分贝与天线的分贝表示单位值是一样的,同理高频头的噪声系数分贝值也是一样。（编者注：分贝是衡量接收机或网络某点电平大小的单位，这时的单位是相对值，是相对某一固定值的，比如，1mw所表示的是相对于1mw的电平大小，虽然都用电平即文中的分贝表示，但其实含义是不一样的，文中所说场强和天线的电平分贝一样，并不是说内容是一样的）

数字接收机讯噪比值最大显示15dB,用作测试13dB以下信号有1％准确度,13dB～15dB段显示间隔跳跃不大准确。我用讯噪比测试过几种数字机门限值,其门限值误差在0.5dB左右,表10是帝霸901纠错码(FEC)门限值实测结果,与国家规定的纠错码(接收机门限6dB)参考值相差不大(差值在于接收机门限高低)。假定收视某一卫星参数纠错码FEC=3/4(标准纠错码),讯噪比显示为10.2dB,可视此值就是我们在数字机里常提及的载噪比(C/N)（编者注：此观点值得商榷）,此时C/N=10.2dB,减去FEC=3/4门限值Eb/No=5.2dB,其收视余量为5dB。我用讯噪比值调试2.4米极轴天线,Ku极轴轨道各星误差可小于0.3dB,不过高精度准确调试较大Ku极轴天线相当费时。

我也验正过带信号质量的机型与讯噪比显示间的关系,其显示信号质量为100％,用两种机型用22K切换器切换测量对比,得出信号质量与讯噪比间的换算关系,信号质量X0.2=讯噪比,即信号质量上升1％换算成讯噪比为0.2dB。如收视亚S3凤凰卫视(FEC=7/8),其信号质量门限在36％,与讯噪比显示7.2dB相符。信号质量显示机型也有个别数字间隔跳跃,如信号质量36％直向上跳跃到39％,没有37％、38％的显示值。两种显示比较：信号质量显示值较稳定,讯噪比显示总有0.3db左右值的跳动；信号质量显示值要宽的多,讯噪比显示刚好到14.0～15db,而信号质量显示在70％左右,到100％还有30％的余量,换句话说信号质量显示机型显示值要比讯噪比机型多出6db,按标准码FEC=3/4值计算,讯噪比机型显示C/N≤15db,较能准确反映门限余量值在8db左右;信号质量显示机型C/N≥20db,门限余量值高达15db左右,在没有可变衰解器情况下,用于大天线测量卫星信号强度有极大好处。

今日卫星电视接收机今非惜比,10年刚出现数字机时价格上万,前几年价格还高高在上,当今FTA机比VCD还便利的百元机型都有,虽然这些FTA机画质一般,质量并不上乘,对并不挑剔经济不富裕的边远乡民电视收视难的地区,却圆了卫星电视收视梦。

我们常提到卫星电视的画质,在卫星上找寻画质良好的频道节目。其实影响卫星电视画质因数很多。信号节目源方面,在卫星上FTV节目源高画质的节目不多。首先上星前制作的节目信号源画质要好,上星后频带宽度足够,才能得够保证优质画质。一个36MHz的转发器要达到广播级的标准,5套节目最合适,如果达10来套节目,由于频带宽度不够,再好的节目源画质也会变差。其次是卫星接收机,卫星接收机要达高画质,在硬件上要选用优质的元器件,良好的电路设计,可靠的软件支持,成本自然升高,自然价格不会便利,通常画质高的机型门限值偏高,是保证了卫星接收机足够的中频带宽所致。而普通FTV机选用一般元器件,又要达到较低门限值,通常采用适当压缩中频带宽,牺牲部分画质来保证较低门限值。

对于卫星接收机的品质,现代技术的发展的确有所提高,新机型不断推出,知名高品质的卫星接收机也有不少。可惜在国内市场上,恶性的价格竞争,有些名机说好听点,几经OEM后,除软件外,硬件品质也面目全非,导致名机品质严重下降,摩机成了发烧友时髦专利,可谓是小字辈胆敢挑战大专家。10多年前的诺基亚9500,一再被发烧友软硬兼施,烧的峰峰火火,大有可能再烧几年的架势,可见名机的品质随现代科技进步不会落伍太快。现在的国内多数低价位FTV机,单片一体板,机内就两部分电源和主板,的确给生产厂家制造带来了方便,即便不具备生产数字机的厂家,也可以进主板组装卫星接收机。有的机型是过于省成本品质下降太多,故障率奇高。笔者从事电器工作多年,并不赞同以目前利益省去或降低一些附属元件从成本上去价格竞争,导致品质下降。如过小的主板热量集中,导致故障率升高。高频电路设计防干扰屏蔽很重要,也认为金属外壳也不能省,金属外壳屏蔽至少可减低电磁向外幅射干扰,或其它干扰源进入数字机内影响解调数据。生产厂商而要从长远利益创建自己的卓越品牌才是出路,知名品牌的接收机,从不把高频头集成在主板上,打开外壳,主板与机身相符,没有剩余空间。多数ETV一体板机,外观漂亮,腹内空空。