电视与音响技术二卫星电视2011年09月.修改稿

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1、电视与音响技术之二卫星电视的接收由于科学技术的迅速发展，使信息的传递迅速而又简便。世界各地发生的重大事件，倾刻间就可以传遍全球。因此，人们把直径 1 万 2 千多公里，拥有五大洲、四大洋偌大的地球，称为地球村。其所以能如此，是因为人们有了卫星电视与卫星通信。卫星电视为什么能做到这一点，它有哪些特点，由哪些设备组成，如何接收等等，下面 我们分别予以简要的介绍。讲五个问题：一、为什么需要卫星电视？二、卫星电视的要求与优点。三、卫星电视组成。四、卫星电视接收系统41 卫星电视接收系统的组成。42 卫星电视接收系统中各设备的作用、要求与选择。43 卫星电视接收设备的安装。五、我国卫星电视与航天事业的发

2、展概况一、 为什么需要卫星电视？11 什么叫卫星电视？所谓卫星电视就是使用人造地球同步卫星（静止卫星）转发、地面接收信号的电视系统。详细一点说就是：地面发射台向空中的同步卫星定向发射电视信号，卫星收到信号将它放大并向地面转发，供地面接收站接收。这样一个电视系统谓之卫星电视系统。如图 1 所示.图 1 卫星电视转发示意图12 为什么需要卫星电视系统要说明这个问题，需从无线电波的传播方式及其特点说起。无线电波是一种电磁波，广播电视信号都是利用无线电波传输的。无线电波有三种传输方式：地波、天波和空间波（直接波） 。无线电波的频率不同，其传播方式及特点也不同。地波是沿地球表面传输的无线电波。其特点是衰

3、减快，且频率越高，衰减越快，因而传播不远。中波调幅（AM）广播主要靠地波传播。所以中波调幅广播传输距离不远，我们利用 AM 不能收听远地电台广播。它的频率范围为535KH21605KH2。天波是利用空间空气电离层的反射和折射传播的无线电波，它的特点是传播距离远，但信号不稳定。短波（SW）主要利用天波传播。因为短波广播传输距离远，我们收听远地电台（如国外电台）广播，需要使用 SW 波段。这个波段的频率是：3MH230MH2。空间波是在空间沿直线传播的无线电波，它又称为直接波。频率为 30300MH2 的超短波和频率为300MH2300GH2 的微波，由于频率较高，地波衰减很快；而电离层它们可以穿

4、透而不被反射。所以，这两个波段的无线电波不能依靠地波和天波向远方传播，只能靠空间波传播。我国的调频（FM）广播和陆地电视台开路发射的电视信号（包括 VHF 和 UHF 两个频段）的频率处在超短波和微波的范围，因而它们只能靠空间波传播。空间波的特点是传播距离不远。空间波在空间直接直线传播，地球是一个椭圆形的球体，因此空间波传播的最大距离为眼睛所看到的距离，即视距。其距离一般只有数十公里。这就是为什么收音机的调频波段和电视机不能接收远距离信号原因。我们已经知道，电视信号使用超短波发射。超短波在空间的传播为直接波即空间波方式。空间波在陆地上传播的距离最大为视距（人眼能见到的距离） 。可见，利用陆上天

5、线发射电视信号，其服务区域非常有限（200 千米。上海东方电视塔高 460 米，其服务半径也只有 106 千米。 ）为了提高电视信号覆盖率，就必须建许多地面发射台、转播台和微波中继站。这样，不仅建造费用高，而且由于经过多次中继转发与变换，信号质量变差。对于边远山区、湖泊沼泽地带，大洋中的岛屿、渺无人烟的大沙漠仍然无法收到电视信号。人们想，是否可以将电视信号转发站建到地球上方的空间去呢？1945 年，英国人克拉克提出了人工发射卫星在地球上空建转发站，转发电视信号的设想。现在，这个设想已经实现。这就是今天的卫星电视。二、 卫星电视的要求与优点要利用地球上空的卫星转发电视信号，使地面能稳定地接收到良

6、好的信号，对卫星电视系统必须有一定的要求。对卫星及其转发的信号有如下要求：（1）对地球而言，必须是同步卫星或静止卫星。地球在不停地转动，它的自转周期为 23 小时 56 分 4 秒。要使地球上的接收站能随时接收到卫星转发的电视信号，卫星也必须以同样的周期绕地球运动，即两者的角速度 相等。这种卫星称为地球的同步卫星。因为它与地球同步运转，对地球上任何一点都是相对静止的，所以又称为静止卫星。（2）卫星必须位于地球赤道上空，离地球的最佳距离为35786K ，近似为 3 万 6 千公里。这是因为要使卫星在一定m的轨道上运行，不会因地球的引力（向心力）而下落，也不会因离心力而飞离地球，必须使其向心力=离

7、心力。卫星还有一些其它要求，如必须能随时调整卫星的位置与姿态；星上的发射与接收天线必须定向良好；要保证工作的可靠性和一定的工作寿命；提高太阳能利用率，使之可以提高足够大的稳定的电源功率。（3）所使用的信号频率的电波，对电离层必须是“透明”的，即不被大气层吸收和反射，并不易被云雾等气候所干扰。地球上空的大气层只对可见光和微波是“透明”的，所以卫星电视只能使用微波即超高频 SHF 频段（厘米波）进行传输。目前使用 C 和 两个波段。从地球到卫星的发射所使用Ku的频率称为上行频率 ；从卫星向地球转发的频率称为下上f行频率 。目前， 使用的值为：下f下fC 波段：3.4G -4.5G 波段：10.7G

8、 -12.7GzHzKuzHz（4）对地面接收系统也有一定的要求（另述）卫星电视具有以下优点：（1）卫星电视信号覆盖区域广，面积大，建设投资省。由于卫星处于离地球 3 万 6 千公里的上空，居高临下，向地球发射信号，其覆盖地域广，面积大。如果卫星发射天线的波束宽度为 ，就能覆盖 亿 的地球面积，即地球177.12Km的 。也就是说，在赤道上空 36000 公里的轨道上，每隔31设置一个同步卫星，即只用 3 个卫星就能覆盖全球。如20图 2 所示。图 2 三颗卫星电视覆盖全球示意图对于一个国家和地区，一般只需要一个卫星就能覆盖全S3国，使全国每个地方，任何一个角落都能收到电视信号。这与要建众多中

9、继站、转播台的地面电视比较，要节省许多开支。我国地域辽阔，地形复杂，有远隔大陆的小岛，有广阔尚未开发的沙漠，有世界最高峰的大山，利用卫星电视，与地面电视比较，可以省 60%以上的投资。（2）信号稳定，质量好，由于卫星居高临下，又是直播，传输路线大多是外层空间，不受地形，建筑物，气候影响，不需多次转接和变换；载频高，人为干扰少；信号稳定均匀，无地面电视信号的重影、干扰噪波，信噪比高，图像质量好。（3）载频高，频带宽，传输容量大，尤其在利用数字技术以后，一个转发器可以转发 4-8 个不同的电视节目。一个卫星拥有 24 个转发器，可以转发一百多个不同的电视节目。三、卫星电视系统的组成卫星电视系统由发

10、射、卫星与接收三部分组成，如下图所示。Satellite主发射接收站测控站 直 接接收站 下f 上f 下f下f上f图 3 卫星电视系统的组成示意图四、 卫星电视的接收系统卫星电视系统通过位于离地球 36000 公里的卫星转发信号，到达地球的信号微弱，同时采用了不同于地面电视系统的频率和信号处理方式，所以其接收设备也不同于地面电视的接收。例如，它必须有高灵敏度的接收天线，要使用特定的接收机，通过该接收机接收并变换信号以后，一般电视机才能收视。41卫星电视接收系统的组成卫星电视接收系统的设备组成分两种情况，一种为个人直接接收，一种为接收以后通过有线电视再转发分配到用户。其组成分别由图 4、5 所示

11、。卫星电视接收系统主要包含三部分：接收天线、高频头和卫星电视接收机。接收天线和高频头安装在室外，合称为室外部分。卫星电视接收机安装在室内，又称室内部分。两部分通过电缆连接起来，构成信号通路 图 4 卫星电视直接接收系统 图 5 卫星电视接收供给 CATV 信号系统42卫星电视接收系统中主要设备的作用、要求与选择卫星电视接收系统的主要设备是接收天线，高频头和卫星电视接收机。它们的作用，要求与选择如下所述。421接收天线接收天线形如炒菜锅，故俗称“锅子” ，它有正馈天线与偏馈天线之分。作用：收集与放大卫星转发至地面的电视信号。由于卫星处于离地球 3 万 6 千公里的高空，所转发的电视信号经过广阔领

12、域的分散和长途路程的衰减，到达地面的信号强度非常微弱，因此，必须有高灵敏度的，能放大所接收到的电视信号的天线。图 6 为正馈天线收集与放大电视信号示意图。图 6 卫星电视接收天线反射面收集信号示意卫星电视接收天线由反射面、馈源、方位与俯仰调整机构，座架以及有关支持杆构成。其主体是反射面和馈源。反射面一般用薄金属板（如 AL）作成抛物面形状利用抛物面的聚集作用，将微弱信号反射到位于焦点的馈源上，如同凹形镜将太阳光聚集一样，以利于集中接收并放大信号，提高信号增益，如图 6 所示。由此可见，抛物面越大，收集的信号就越多，天线的增益就越高。对接收天线有以下主要要求：（1）有足够的增益（即放大倍数） 。

13、（2）有一定的机械强度，抗腐蚀、抗老化。（3）有足够的频带宽度。 （C 波段要求500M ， 波zHKu段要求2G ） 。zH（4）有良好的旋转性能，能在俯仰 5- 、方位 90-70（以正北为 ）内可以旋转。2700（5）极化可调。广播电视卫星信号下行转发器的信号发射有水平极化（H） 、垂直极化（V）和圆极化三种不同的方式。不同的卫星采用不同的极化方式。有时同一卫星不同频道分别采用水平或垂直极化方式。因此，天线的馈源的极化方式应该方便易调，以提高天线的适应能力。天线的选择卫星电视接收天线的选择主要取决于所要接收的卫星电视信号的强弱和对信号质量的要求，因此主要考虑增益。影响接收天线增益的主要因

14、素是天线的尺寸大小。所以，对于抛物面板状天线，主要是选择它的直径的大小。一般有如下要求：对 C 波段，大型 CATV 系统，要求直径 D6 米。中型CATV 系统，要求直径 D3 米。对于家用直接接收，直径D1.5 米。均为铝合金或镀锌铁皮板状抛物面天线（后者适于家用） 。对于 波段，通常是定向向小区域广播，地面信号较强，Ku其天线尺寸较小，直径 D0.35 米即可。且一般使用偏馈式。在调试中要求仰角准确对准所收的卫星、误差要求小。同质、同尺寸的接收天线质量还与制造精度、反射面材料的厚薄以及表面涂层的质量有关。422高频头（调谐器（TUNER）作用：高频头将天线接收到的电视信号，进行低噪声放大

15、，并变频将信号的下行频率降低到卫星接收机接收的频率上。由此可见，它的确切名称应该是“低噪声放大与变频器” ，这就相当于收音机的变频级。它的作用相似于电视机的高频头之作用。我们称之为“高频头” ，是沿用电视机相似作用的部件之习惯称法。接收机的低噪声放大与变频器其英文简写为“LNB” 。高频头有 C 波段与 Ku 波段两种，每一种又有单本振与双本振之分。主要要求：（1）噪声系数，这是对高频头最重要的要求。对 C 波段，噪声系数一般用绝对温度 的数值表示，如K25 、22 、20 、17 、13 等。数值越小越好，优质KK产品其值17 ，家用可选（17-22 ） 。波段常用分贝（ ）表示，如 0.8

16、 、0.6 、0.5udBdB等，数值越小越好。优质品其值0.7 。家用可选 0.7dB。噪声系数小，表示信号还原性好，信噪比高，画质清晰，音质纯正。（2）增益（Gain）用分贝值表示高频头增益的大小，其值越大，增益越高。常见的一般为 60 ，精品在 65 以上。此值高一点好，dBdB但也不能太高。否则系统易自激使工作不稳定。（3）输入频率高频头的输入频率是指它能接收到的卫星转发器的下行频率范围。分两种：C 波段：3.4G -4.2 G 3.7G -4.5 GzHzorzHz波段：10.7 G -11.8 G 11.7 G -12.7 GKuzz zzH(4)输出频率 ouTf高频头的输出频率是指卫星下行频繁与它的本振频率混频后所产生的信号中频频率,有以下几种：950 M -1450 M ；950 M -