數(shù)字電視衛(wèi)星接收天線的設(shè)計(jì)與制作

摘 要：衛(wèi)星天線作為數(shù)字電視通信系統(tǒng)中不可缺少且非常重要的部件，其本身的質(zhì)量直接影響著數(shù)字電視衛(wèi)星通信系統(tǒng)的整體性能.

關(guān)鍵詞：數(shù)字電視；衛(wèi)星接收天線；設(shè)計(jì)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.24.105

隨著社會(huì)的進(jìn)步與科技的發(fā)展，數(shù)字電視正以迅猛之勢(shì)進(jìn)入到普通老百姓的家中，數(shù)字電視信號(hào)與模擬電視信號(hào)相比不僅節(jié)目數(shù)量多，而且信號(hào)穩(wěn)定性好，信息量大，既可以收看電視節(jié)目，也可以實(shí)現(xiàn)多媒體信息傳送，人機(jī)智能交互等功能?，F(xiàn)在數(shù)字電視信號(hào)采用的是衛(wèi)星傳送，這就需要設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字電視衛(wèi)星接收天線來接收信號(hào)，所以衛(wèi)星天線作為數(shù)字電視通信系統(tǒng)中不可缺少且非常重要的部件，其本身的質(zhì)量直接影響著數(shù)字電視衛(wèi)星通信系統(tǒng)的整體性能，本文從數(shù)字電視衛(wèi)星接收天線的原理、天線設(shè)計(jì)要素、天線焦點(diǎn)確定方法、天線支架的選擇以及天線的調(diào)試與安裝等幾個(gè)方面來講述數(shù)字電視衛(wèi)星天線的設(shè)計(jì)與制作。

1 數(shù)字電視衛(wèi)星接收天線的原理

天線是任何無線電通信系統(tǒng)都離不開的重要前端器件，盡管設(shè)備的任務(wù)并不相同，但天線在其中所起的作用基本上是相同的，它是將發(fā)射機(jī)輸出的高頻電流能量轉(zhuǎn)換成電磁波輻射出去，或?qū)⒖臻g電波信號(hào)轉(zhuǎn)換成高頻電流能量傳送給接收機(jī)，天線一般要具備一定的方向特性，較高的轉(zhuǎn)換效率，并能滿足系統(tǒng)正常工作的頻帶寬度。天線的種類有很多，有面天線、板狀天線和柱狀天線等，設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)不同的情況來進(jìn)行選擇。數(shù)字電視衛(wèi)星接收天線通常采用面天線，其最常用的是拋物面天線。拋物面天線的主體是拋物面反射器，它的基本原理和聚光燈相似，即利用拋物面的光學(xué)性質(zhì)將衛(wèi)星傳到地面的微弱電視信號(hào)反射后聚焦，使信號(hào)能量集中到安裝在焦點(diǎn)上的饋源，通過饋源傳送到衛(wèi)星接收機(jī)進(jìn)行解碼成為高清的電視信號(hào)。天線的增益與拋物面的直徑、衛(wèi)星信號(hào)的波長、天線的效率有關(guān)，當(dāng)工作波長一定時(shí)，拋物面的直徑越大，其效率也越高，天線的增益也越大。

2 數(shù)字電視衛(wèi)星接收天線設(shè)計(jì)的要素

數(shù)字電視衛(wèi)星接收天線形式與尺寸的選擇要符合要求。設(shè)計(jì)制作數(shù)字電視衛(wèi)星接收天線時(shí)，要注意其反射面材料的選擇，以提高天線的增益，避免選擇那些表而粗糙對(duì)光線反射效果不好且不易加工的材料。比如鋁制的拋物反射面在這里就是一個(gè)很合適的選擇，它不僅能根據(jù)需要進(jìn)行方便的加工，而且其表面光滑平整對(duì)信號(hào)的反射效果也很好，總之，接收天線增益和口徑的選擇，主要依據(jù)接收衛(wèi)星的等效全向輻射功率和接收?qǐng)D像所要達(dá)到的質(zhì)量等級(jí)。通常先對(duì)接收系統(tǒng)的品質(zhì)因素提出要求，然后結(jié)合室外單元的噪聲溫度來確定。

設(shè)計(jì)天線時(shí)還要考慮各種波段的特點(diǎn)，如 C波段天線，口徑越大接收效果越好；Ku波段天線，當(dāng)接收信號(hào)強(qiáng)度達(dá)到接收機(jī)門限后，其接收效果與天線口徑大小無直接關(guān)系，但接收天線口徑增大后可以減小電波在雨中傳播時(shí)引起的損耗。這方面Ku波段的電波受降雨的影響較C波段的大，為此為提高信號(hào)接收質(zhì)量，可以適當(dāng)增大接收天線的口徑，即提高增益來減少雨衰，還可以通過在饋源口處罩上一個(gè)尖形塑料帽等方法減少饋源口雨滴的存在時(shí)間，最終來降低能量損耗。

設(shè)計(jì)數(shù)字電視衛(wèi)星接收天線在饋源的選擇時(shí)應(yīng)選擇能靈活方便地工作于垂直極化與水平極化兩種狀態(tài)的饋源，若是接收中星9號(hào)的下行信號(hào)，它的極化方式為圓極化，只需特定的高頻頭即可，因此可不考慮極化角的調(diào)整。

另外根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂驙顩r、環(huán)境以及使用壽命來選擇板狀天線還是網(wǎng)狀天線。對(duì)于一些化工業(yè)比較集中的地方還應(yīng)當(dāng)選擇抗腐蝕的材料來制作，以提高使用壽命。

3 數(shù)字電視衛(wèi)星接收天線焦點(diǎn)確定的方法

從數(shù)字電視衛(wèi)星信號(hào)接收的效果上看，Ku波段的扁饋接收天線容易制作，也是設(shè)計(jì)者的首選。其接收天線焦點(diǎn)的確定，是以橢圓中心為天線中心，天線接收面的直徑為橢圓的長軸2a，然后確定橢圓的短軸為2b=D（其中2a=1.1D）。當(dāng)長軸、短軸確定之后，利用橢圓的焦點(diǎn)公式確定橢圓的兩個(gè)焦點(diǎn)，如圖所示。當(dāng)兩個(gè)焦點(diǎn)確定之后下一步的工作就是高頻頭支桿L桿的設(shè)計(jì)制作。在L桿相對(duì)較短的一邊AB安裝反射面，較長的一邊BE安裝高頻頭，L桿兩邊的夾角為65°—75°，高頻頭至L桿拐點(diǎn)的距離BE為0.6一0.65D。反射面的安裝高度應(yīng)以橢圓的長軸為準(zhǔn)，反射口面CD應(yīng)平行于支桿AB，這樣可以使天線仰角測(cè)量比較準(zhǔn)確。另外應(yīng)該保證DF與支桿BE平行，F(xiàn)為它的焦點(diǎn)，高頻頭安裝線在L桿上時(shí)要正對(duì)著反射面的中心，側(cè)面看高頻頭中心線對(duì)著反射面中心偏上一點(diǎn)。天線正焦點(diǎn)C1與拋物面焦點(diǎn)F的距離為0.6D—0.65D。

由于反射面制作時(shí)有一定誤差，難以達(dá)到理想的拋物面效果，所以有時(shí)可以通過增大反射面的直徑來提高信號(hào)質(zhì)量。天線正焦點(diǎn)C1處可以較其他部位多凹1cm左右，這樣可使得接收的信號(hào)能更有效地反射進(jìn)入高頻頭，使天線的效率得到進(jìn)一步的提高。

天線的焦距確定的一種方法是利用太陽光對(duì)焦，在調(diào)好天線的仰角之后，讓光線通過窗戶照在反射面上，讓反射后的光線聚在一個(gè)平面上，這時(shí)慢慢地移動(dòng)反射面，當(dāng)平面上的光斑最小或光點(diǎn)最亮處即為天線的焦點(diǎn)F。但也要注意這樣做會(huì)有兩個(gè)焦點(diǎn)，其中一個(gè)是正焦點(diǎn)。調(diào)整方法是將反射面中心正對(duì)太陽，然后將反射面向下壓，讓光點(diǎn)和L桿接近，使光點(diǎn)滿足FE等于DG間的距離，并使DF平行于BE，便可安裝高頻頭了。在安裝時(shí)，應(yīng)讓CDBEF五點(diǎn)共面，并且使該面和反射口面在水平面上的交線相互垂直，這樣才能使天線的效率最大。

另一種方法是已知衛(wèi)星方位和仰角，將反射面對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星，接好接收機(jī)，調(diào)星時(shí)手拿高頻頭，在L桿上沿BE方向移動(dòng)（要注意的是，極化角的存在不要有太大的晃動(dòng)），當(dāng)然如果是接收中星9號(hào)的下行信號(hào)，由于它的極化方式是圓極化的，可以忽略極化角這個(gè)因素，以減少對(duì)焦的工作量。

4 數(shù)字電視衛(wèi)星接收天線支架的選擇

支架的選擇應(yīng)根據(jù)天線的大小和重量來選定。一般來講天線反射面為鋁制材料，支架可采用硬度較小且便于加工的普通角鋼，通過鐵釘、毛螺絲、鉸鏈將各部分連成一體。通過鉸鏈的使用，可方便天線仰角的調(diào)整。endprint

5 數(shù)字電視衛(wèi)星接收天線的調(diào)試

數(shù)字電視衛(wèi)星天線的調(diào)試就是對(duì)其仰角、方位角與極化角的調(diào)整，所以調(diào)試時(shí)首先要知道當(dāng)?shù)亟?jīng)緯度及衛(wèi)星定點(diǎn)的軌位，并利用曲線圖來查找當(dāng)?shù)氐难鼋羌胺轿唤恰＠缣旖虻谋本暈?9.13N，東經(jīng)為117.20E，其所接收的亞洲3號(hào)衛(wèi)星軌位是東經(jīng)105.5°，當(dāng)?shù)亟?jīng)度與衛(wèi)星經(jīng)度差為11.70°，在曲線圖可以找到該點(diǎn)仰角為43°，方位角為19°。另外還可以登陸中國電視衛(wèi)星網(wǎng)站查詢各個(gè)城市接收衛(wèi)星的方位角、仰角及極化角。

數(shù)字電視衛(wèi)星天線方位角調(diào)整時(shí)一般以正南方向?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)，根據(jù)接收地與接收衛(wèi)星的經(jīng)度關(guān)系將衛(wèi)星天線的指向偏東或偏西調(diào)整一個(gè)角度，接收最強(qiáng)的衛(wèi)星信號(hào)。仰角的大小調(diào)整可以通過天線螺桿上的螺母，螺母向上調(diào)，天線下沿邊向上調(diào)，仰角增大，反之減小。調(diào)整好天線的方位角和仰角后，通過正確連接衛(wèi)星接收機(jī)與電視機(jī)的連接線接口，啟動(dòng)電視機(jī)與衛(wèi)星接收機(jī)，將電視機(jī)置于對(duì)應(yīng)的AV接口狀態(tài)下。對(duì)于目前常見的盲掃型的衛(wèi)星接收機(jī)，當(dāng)天線的方位角、仰角、極化角調(diào)整好之后，只要進(jìn)行一次自動(dòng)搜索之后就可以收看電視節(jié)目。衛(wèi)星接收饑多數(shù)為盲掃型，直接按搖控器進(jìn)入調(diào)星界面，在視窗界面中天線仰角與方位角正確或差不多時(shí)，立即出現(xiàn)相應(yīng)的信號(hào)強(qiáng)度與信號(hào)質(zhì)量，在接收的“信號(hào)質(zhì)量”達(dá)到一定數(shù)值后（一般為30%以上時(shí)）就能正常觀看衛(wèi)星傳送的數(shù)字電視節(jié)目。

6 數(shù)字電視衛(wèi)星接收天線安裝

安裝數(shù)字電視衛(wèi)星接收天線時(shí)不能影響電視信號(hào)的接收，盡量避免裝在高層建筑和樹木的后方，以及干擾信號(hào)較強(qiáng)的地方。另外天線的基礎(chǔ)要牢固，防止在風(fēng)力大的時(shí)候產(chǎn)生位移及損壞，與天線連接的F型連接頭性能要良好，射頻電纜質(zhì)量較高，選擇正確的阻抗，室外天線與IRD之間的距離不要過長，正確連接天線避雷線，并牢固連接或深埋地下。

總之，數(shù)字電視衛(wèi)星接收天線的設(shè)計(jì)與制作過程并不簡單，需要細(xì)心收集、整理材料，精確地確定焦點(diǎn)，精心地制作出表面光滑，符合要求的天線面，這樣設(shè)計(jì)出的數(shù)字電視衛(wèi)星接收天線才能接收到更多高質(zhì)量的節(jié)目信號(hào)。

參考文獻(xiàn)：

[1]宋錚，張建華，黃冶.天線與電波傳播[M].西安電子科技大學(xué)出版社，2011.

[2]姚軍，李白萍.數(shù)字微波與衛(wèi)星通信[M].北京郵電大學(xué)出版社，2011.

[3]張寶安.高清電視節(jié)目轉(zhuǎn)播與傳輸[M].中國廣播電視出版社，2011.

作者簡介：嚴(yán)勇（1974-），男，江蘇揚(yáng)州人，本科，高校實(shí)驗(yàn)師，研究方向：電子與通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)自動(dòng)化。endprint