直播衛(wèi)星北斗戶戶通一體化下變頻器關(guān)鍵技術(shù)研究

+ 孫功憲（泰斗微電子科技有限公司）

一、雙信號(hào)的接收通過同一電纜傳輸帶來的挑戰(zhàn)

直播衛(wèi)星戶戶通作為廣電的重大民生公益工程，一直都是政府重點(diǎn)監(jiān)管地帶。廣播電視作為黨和政府的喉舌，必須要保護(hù)其安全、綠色健康、可管可控。廣電總局于2017年頒布北斗LNB行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)《GD/J071-2017具備接收北斗衛(wèi)星信號(hào)功能的衛(wèi)星直播系統(tǒng)一體化下變頻器技術(shù)要求和測量方法》。北斗LNB接收L頻段的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)并濾波、放大；接收直播衛(wèi)星電視信號(hào)并進(jìn)行Ku波段濾波、放大及下變頻；將電視中頻信號(hào)和北斗信號(hào)合路送到同軸電纜（圖1）；也可以將北斗信號(hào)、電視信號(hào)采用合路器的方式進(jìn)行混頻（圖2）。

直播衛(wèi)星電視信號(hào)為950-1450MHz，北斗信號(hào)為1561MHz，兩者相差110MHz，頻點(diǎn)近，北斗信號(hào)要比電視信號(hào)弱約60dB, 并且越往北方地區(qū)（如新疆、內(nèi)蒙、哈爾濱等）定位、電視信號(hào)都越弱。在實(shí)際使用中，還需要充分考慮戶戶通應(yīng)用場景特點(diǎn)，例如有些鄉(xiāng)村地區(qū)會(huì)處在山區(qū)，山坡樹林等遮擋物較多，經(jīng)常會(huì)處于半天空甚至1/4天空，并且實(shí)際安裝時(shí)線纜一般品質(zhì)都不高，信號(hào)衰減很大，以及各種強(qiáng)抗干擾的情況（高壓線變電站、通信基站、特殊工業(yè)作業(yè)場所），還有極寒、雨雪等惡劣使用環(huán)境，必須具有良好的適應(yīng)性。

二、雙信號(hào)干擾關(guān)鍵技術(shù)問題的解決

為解決雙衛(wèi)星信號(hào)的干擾問題，必須在放大器電路后加入高阻帶抑制、頻率精確穩(wěn)定的濾波器，抑制直播衛(wèi)星電視信號(hào)對(duì)北斗衛(wèi)星信號(hào)的干擾。高抑制比是整個(gè)通路設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。由于雙衛(wèi)星信號(hào)頻率間隔很近，采用分立LC元器件的濾波器很難實(shí)現(xiàn)這種高抑制比，濾波器的矩形系數(shù)差。必須采用專門設(shè)計(jì)的濾波器，要求矩形系數(shù)好，阻帶抑制好，能有效保證北斗衛(wèi)星擴(kuò)頻信號(hào)不受到直播衛(wèi)星電視信號(hào)放大變頻電路放大本底噪聲的干擾；通帶插入損耗小，端口駐波比好，使得信號(hào)傳輸性能好。

圖1 典型的北斗戶戶通LNB架構(gòu)

圖2 雙信號(hào)合路典型原理

如圖2所示，北斗衛(wèi)星信號(hào)經(jīng)過兩級(jí)LNA放大、聲表濾波，信號(hào)強(qiáng)度約-90dBm；直播衛(wèi)星電視信號(hào)到達(dá)地面時(shí)信號(hào)強(qiáng)度約為-123dBm，經(jīng)過兩級(jí)LNA放大、鏡像抑制濾波，輸出的衛(wèi)星電視信號(hào)強(qiáng)度約-55dBm。由于放大變頻電路的作用，在1561-1575MHz的本底噪聲也提高到了-55dBm的信號(hào)強(qiáng)度，因此需要抑制到-90dBm以下，考慮到地域性差異和多云雷雨天氣、氣候溫度變化等因素，衰減應(yīng)大于38dB。輸出接口要加一個(gè)50歐姆轉(zhuǎn)75歐姆匹配電路，以匹配同軸電纜傳輸?shù)綑C(jī)頂盒。實(shí)際使用的低通濾波器的反射駐波比效果如圖3所示，帶通濾波器插入損耗效果如圖4所示。

圖3 低通濾波器的反射駐波比效果

三、北斗接收天線的設(shè)計(jì)方案

北斗信號(hào)接收天線通常有陶瓷、螺旋、PIFA三種方案。其中陶瓷天線源自于車載，設(shè)計(jì)簡單但成本較高；螺旋天線方向性較好；PIFA天線源自于手機(jī)，設(shè)計(jì)、測試難度較大但性價(jià)比最高。

圖5中，31為PCB板、12為PIFA天線輻射片、13、14為天線的饋電腳在PCB 上焊接孔、15為短路環(huán)接地腳、16為天線饋電腳。PCB接地平面作為天線反射面，天線輻射片與PCB平面平行，天線形狀優(yōu)選長方形、正方形、平行四邊形。

圖4 帶通濾波器插入損耗效果

四、展望

北斗戶戶通即將面臨爆發(fā)性增長。北斗LNB作為關(guān)鍵產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星電視、北斗信號(hào)同一電纜傳輸進(jìn)入千家萬戶，高性價(jià)比、高性能是其必然選擇，關(guān)鍵技術(shù)的解決將大大促進(jìn)我國戶戶通產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。SATNET

圖5 PIFA天線典型設(shè)計(jì)