2013繼續(xù)教育-衛(wèi)星廣播電視技術(shù)

衛(wèi)星廣播電視技術(shù)

福建廣播電視干部學(xué)校

2013.5.9

導(dǎo)

學(xué)

一、課程介紹

二、課程內(nèi)容目錄

一、課程介紹

數(shù)字衛(wèi)星廣播自從1994年誕生以來，由于

其優(yōu)異的性能迅速在世界范圍得到了采用，在

我國數(shù)字衛(wèi)星廣播已成為覆蓋全國的主要廣播

方式，中央電視臺的各套節(jié)目以及省級電視臺

的上星節(jié)目都采用了數(shù)字方式傳輸，同時數(shù)字

衛(wèi)星節(jié)目業(yè)已成為了各地有線電視臺的主要信

號源。

本課程力求對數(shù)字衛(wèi)星廣播進(jìn)行全面和系統(tǒng)的介紹，其中重點(diǎn)分析了數(shù)字衛(wèi)星廣播（DVB-S）系統(tǒng)的傳輸原理，詳細(xì)介紹了同步廣播衛(wèi)星、上行地球站、衛(wèi)星電視接收天線和饋源、數(shù)字衛(wèi)星接收機(jī)等技術(shù)內(nèi)容，并從使用的角度出發(fā)闡述了衛(wèi)星接收系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)方法。課程內(nèi)容以衛(wèi)星廣播系統(tǒng)的各組成環(huán)節(jié)為線索，條理清晰，重點(diǎn)突出，引用的資料較為豐富和實(shí)用。

二、課程內(nèi)容目錄

全課程分為六章，課件中各章以節(jié)為單位，內(nèi)容安排如下：第一章概論第一節(jié)衛(wèi)星廣播的歷史第二節(jié)衛(wèi)星廣播的特點(diǎn)第三節(jié)衛(wèi)星廣播系統(tǒng)的組成第四節(jié)模擬衛(wèi)星廣播第五節(jié)數(shù)字衛(wèi)星廣播第二章同步衛(wèi)星廣播系統(tǒng)第一節(jié)同步衛(wèi)星第二節(jié)日凌與衛(wèi)星蝕第三節(jié)衛(wèi)星廣播使用的頻率范圍第四節(jié)廣播衛(wèi)星第五節(jié)廣播衛(wèi)星的電參數(shù)第六節(jié)衛(wèi)星上行地球站第七節(jié)衛(wèi)星接收系統(tǒng)第三章衛(wèi)星天線與高頻頭第一節(jié)衛(wèi)星接收天線的主要參數(shù)第二節(jié)旋轉(zhuǎn)拋物面天線第三節(jié)卡塞格倫天線第四節(jié)格利高利天線第五節(jié)偏饋天線第六節(jié)球形反射面天線第七節(jié)饋源第八節(jié)高頻頭第九節(jié)極軸式衛(wèi)星接收天線第十節(jié)衛(wèi)星接收天線的極化角第四章DVB-S系統(tǒng)第一節(jié)DVB-S系統(tǒng)概述第二節(jié)復(fù)用適配與能量擴(kuò)散第三節(jié)RS碼第四節(jié)卷積交織與去交織第五節(jié)卷積編碼與維特比譯碼第六節(jié)基帶成形第七節(jié)QPSK調(diào)制與解調(diào)第五章數(shù)字衛(wèi)星電視綜合接收解碼器第一節(jié)綜合接收解碼器（IRD）組成框圖與功能第二節(jié)IRD技術(shù)要求和指標(biāo)測量第三節(jié)典型IRD介紹第六章數(shù)字衛(wèi)星接收系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)第一節(jié)數(shù)字衛(wèi)星鏈路主要參數(shù)和計(jì)算公式第二節(jié)數(shù)字衛(wèi)星鏈路計(jì)算步驟第三節(jié)數(shù)字衛(wèi)星鏈路實(shí)例計(jì)算第四節(jié)功分器與線路放大器

我國衛(wèi)星廣播的現(xiàn)狀

目前國內(nèi)衛(wèi)星廣播的基本情況如下：

1．亞太1A衛(wèi)星(134oE)

亞太1A衛(wèi)星的位置在134oE，也就是在我國

最東部地區(qū)（黑龍江省撫遠(yuǎn)縣）的正南方向上，

因此對于我國絕大部分地區(qū)來說，這顆衛(wèi)星位于

接收點(diǎn)的東南方向上。95年以來，中央電視臺和

若干個省臺一直租用亞太1A衛(wèi)星的C波段轉(zhuǎn)發(fā)器。

目前，我國各個衛(wèi)星接收站普遍接收這個衛(wèi)星轉(zhuǎn)

發(fā)的多套模擬電視節(jié)目和數(shù)字衛(wèi)星電視節(jié)目。

亞太1A衛(wèi)星C波段轉(zhuǎn)發(fā)器的頻道設(shè)置；轉(zhuǎn)發(fā)的主要節(jié)目參數(shù)見表1，

波束中心的等效全向輻射功率為36dBW。

表1亞太1A衛(wèi)星C波段轉(zhuǎn)發(fā)器的主要節(jié)目參數(shù)節(jié)目制式波段轉(zhuǎn)發(fā)器下行頻率MHz極化傳輸方式符號率MS/sFEC寧夏電視臺PALC2B3730VDVB6.93?海南衛(wèi)視PALC2B3745VDVB6.93?甘肅電視臺PALC2B3765VDVB6.93?重慶電視臺PALC2B3780VDVB6.93?CETV-SDPALC3B3820V模擬

CCTV-1,2,7,10,11PALC4A3840HDVB27.686?CCTV-1PALC4B3860V模擬

CETV-2PALC5B3900V模擬

貴州電視臺PALC7A3960H模擬

CETV-1PALC7B3980V模擬

云南電視臺PALC8A4000H模擬

浙江電視臺PALC8B4020V模擬

四川電視臺PALC10A4080H模擬

山東衛(wèi)視PALC10B4100V模擬

新疆電視臺-1,2,3PALC11A4120HDVB27.5?CCTV-2PALC11B4140V模擬

CCTV-7PALC12A4160H模擬

亞太1A衛(wèi)星C波段轉(zhuǎn)發(fā)器的主要節(jié)目參數(shù)

2．亞洲二號衛(wèi)星（100.5oE）

亞洲二號衛(wèi)星的位置在100.5oE，大約在青

海湖的正南方向上，因此除了新疆、西藏和青

海的部分地區(qū)之外，這顆衛(wèi)星均位于接收點(diǎn)的

西南方。

對于我國各有線電視臺來說，亞洲二號是

一個重要的節(jié)目來源，其上既有C波段信號，也

有Ku波段信號，即有水平極化，也有垂直極化。

亞洲二號衛(wèi)星上Ku波段和C波段的

主要節(jié)目參數(shù)見表2和表3；

頻道設(shè)置如圖2所示；

Ku波段波束圖見課件內(nèi)容圖2-10，波束中心

的等效全向輻射功率為53dBW；

C波段轉(zhuǎn)發(fā)器在我國全國范圍的等效全向功率

約為39dBW。亞洲二號衛(wèi)星的頻道設(shè)置

圖2

亞洲二號衛(wèi)星的頻道設(shè)置表2

亞洲二號衛(wèi)星Ku波段轉(zhuǎn)發(fā)器的主要節(jié)目參數(shù)表3

亞洲二號衛(wèi)星C波段轉(zhuǎn)發(fā)器的主要節(jié)目參數(shù)

3．鑫諾一號衛(wèi)星（110.5oE）

鑫諾一號衛(wèi)星是法國宇航公司專門

為我國設(shè)計(jì)制造的，1998年由我國的運(yùn)

載火箭送入同步軌道。

鑫諾一號衛(wèi)星的的特點(diǎn)是：

（1）容量大，

（2）工作壽命長達(dá)15年，

（3）可靠性高，

（4）在Ku波段中，專門針對我國的

具體情況進(jìn)行了抗雨衰設(shè)計(jì)。

國家廣電總局的“村村通”工程（36個省級

臺的衛(wèi)視節(jié)目），就是通過鑫諾一號衛(wèi)星上的

Ku波段轉(zhuǎn)發(fā)器實(shí)施的；

另外，鑫諾一號衛(wèi)星還轉(zhuǎn)發(fā)中央電視臺的

8套節(jié)目和中央教育臺的4套電視節(jié)目和各種教

育節(jié)目。

鑫諾一號衛(wèi)星的位置在海口市的正南方。

上海衛(wèi)視節(jié)目是通過鑫諾一號的C波段

轉(zhuǎn)發(fā)器發(fā)送的，在全國范圍內(nèi)其效全向輻射

功率為36～37dBW。表4

鑫諾一號C波段的上海衛(wèi)視技術(shù)參數(shù)圖3

鑫諾一號衛(wèi)星Ku波段的頻道設(shè)置

鑫諾一號衛(wèi)星Ku波段轉(zhuǎn)發(fā)器的主要

節(jié)目參數(shù)見表5，

頻道設(shè)置見圖3，

波束圖見圖4。圖3

鑫諾一號衛(wèi)星Ku波段的頻道設(shè)置圖4鑫諾一號衛(wèi)星Ku波段的波束圖

4．亞太2R衛(wèi)星（76.5oE）

亞太2R衛(wèi)星的位置在76.5oE，大約在

我國新疆喀什市的正南方向上，因此對于

我國絕大部分地區(qū)來說，這顆衛(wèi)星均在

接收點(diǎn)的西南方上。

西藏電視臺租用了亞太2R衛(wèi)星的Ku波段

轉(zhuǎn)發(fā)器，其技術(shù)參數(shù)見表6。

亞太2R衛(wèi)星的Ku波段轉(zhuǎn)發(fā)器的波束圖見圖5。圖5

亞太2R衛(wèi)星Ku波段的波束圖表6

亞太2R衛(wèi)星Ku波段的西藏衛(wèi)視技術(shù)參數(shù)

5．亞洲3S衛(wèi)星（105.5oE）

亞洲3S衛(wèi)星1999年3月發(fā)射成功，

定點(diǎn)于東經(jīng)105.5o，它替代了原來在這

個位置上的亞洲一號衛(wèi)星（亞洲一號衛(wèi)

星移至122oE）。

中央電視臺對海外廣播的第四和第九頻道

租用該衛(wèi)星的C波段轉(zhuǎn)發(fā)器，其技術(shù)參數(shù)見表7；

亞洲3S衛(wèi)星C波段轉(zhuǎn)發(fā)器的波束圖見圖6。

亞洲3S衛(wèi)星的具體位置大約位于甘肅天水

的正南方向上。圖6亞洲3S衛(wèi)星C波段的波束圖表7

亞洲3S衛(wèi)星C波段的中央電視臺技術(shù)參數(shù)

衛(wèi)星數(shù)字電視系列標(biāo)準(zhǔn)

1．GY/T146-2000衛(wèi)星數(shù)字電視上行站通用規(guī)范

2．GY/T148-2000衛(wèi)星數(shù)字電視接收機(jī)技術(shù)要求

3．GY/T149-2000衛(wèi)星數(shù)字電視接收站測量方法—系統(tǒng)測量

4．GY/T150-2000衛(wèi)星數(shù)字電視接收站測量方法—室內(nèi)單元測量

5．GY/T151-2000衛(wèi)星數(shù)字電視接收站測量方法—室外單元測量

第一章

概論

本章學(xué)習(xí)要點(diǎn)：

第一節(jié)

衛(wèi)星廣播的歷史

一、衛(wèi)星通信的歷史

1.

什么是衛(wèi)星通信

衛(wèi)星通信，簡單地說，就是地球上（包括

地面、水面和低層大氣中）的無線電通信站之

間利用人造衛(wèi)星作中繼站而進(jìn)行的通信。

2.衛(wèi)星通信是微波中繼通信的一種特殊形式

微波頻段：

頻率：f從300MHz--3000GHz

波長:

λ從1m--0.1mm

微波通信特點(diǎn)：①頻段寬,通信容量大。

②頻率高,直線傳播。

由于微波通信必須直線傳播的這一特點(diǎn)，

只有在視距范圍內(nèi)的兩點(diǎn)才能利用微波通信。

受地球曲率的限制，存在最大視距通信距離。

若要擴(kuò)展視距，在發(fā)射功率足夠的條件下，只有增加天線高度，

但再架高天線受各種限制（經(jīng)濟(jì)、技術(shù)），一般微波通信天線鐵塔

高50m左右。如果需要遠(yuǎn)程傳輸，則必須進(jìn)行接力傳輸，即微波中

繼通信。

然而地面微波中繼通信受到許多條件的限制。通信距離受中繼

站數(shù)目和天線高度限制。中繼通信網(wǎng)費(fèi)用過大，傳輸質(zhì)量隨轉(zhuǎn)接次

數(shù)的增加而明顯下降，無法用于跨洋通信。

因此，單靠增加接力站的數(shù)目并不能解決全部的問題。這就促

使人們?nèi)ヌ剿?、尋求新的通信方式，即一種特殊形式的

微波中繼通信--衛(wèi)星通信。

3.

利用靜止衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)全球通信

1945年英國人阿瑟·克拉克最先提出了利用靜止衛(wèi)星

進(jìn)行全球通信的設(shè)想：向赤道上空約36000km高的同步

軌道上發(fā)射靜止衛(wèi)星，用它作為太空中繼站，這樣的中

繼站波束可覆蓋約1/3的地球表面。如果在靜止軌道上發(fā)

射三顆間隔各為120度的衛(wèi)星,那么除了高緯地區(qū)以外，

幾乎可以實(shí)現(xiàn)全球通信。

1965年美國成功發(fā)射了"晨鳥"號半實(shí)驗(yàn)半實(shí)用通信

衛(wèi)星，經(jīng)歷了20年的努力，衛(wèi)星通信終于從設(shè)想變成了

現(xiàn)實(shí)。

二、衛(wèi)星廣播的概念

利用衛(wèi)星進(jìn)行電視廣播有兩種工作方式：1、衛(wèi)星電視分配和衛(wèi)星廣播。

2、衛(wèi)星電視分配

利用通信衛(wèi)星的某些信道向地球上的特定

地區(qū)發(fā)送電視信號，供較大口徑天線的接收站

收轉(zhuǎn)。與通信兼容。

衛(wèi)星廣播

利用靜止衛(wèi)星的大功率轉(zhuǎn)發(fā)器向地面播送

廣播電視信號，使廣大用戶能用較簡單的接收

設(shè)備直接收聽、收看的廣播方式。也叫衛(wèi)星電

視直播（DBS）。

第二節(jié)

衛(wèi)星廣播的特點(diǎn)

一、與地面廣播相比，衛(wèi)星廣播有如下優(yōu)點(diǎn)：

1.傳輸距離遠(yuǎn)，覆蓋面積大；

2.容量大，信道多；

3.傳輸質(zhì)量高；

4.投資少，見效快。

需要說明的是，衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器是沒有模擬

和數(shù)字之分的，因?yàn)閿?shù)字信號經(jīng)過數(shù)字調(diào)制

之后，就變成了模擬信號，所以衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器

處理的都是模擬信號。

二、當(dāng)然衛(wèi)星廣播也有一些不足之處：

1.研制、發(fā)射、控制和管理等方面的技術(shù)要

求高，且一次集中投資大；

2.可靠性不高，衛(wèi)星損壞或上行線路受干擾

時，將造成停播；

3.壽命短，以前是幾年，目前可以達(dá)到十年

以上。

第三節(jié)

衛(wèi)星電視廣播系統(tǒng)的組成

衛(wèi)星廣播系統(tǒng)，指的是參與衛(wèi)星廣播鏈路

運(yùn)行的各種設(shè)備的整體系統(tǒng)。為保證系統(tǒng)正常

運(yùn)行，它須由1、節(jié)目播控中心、2、上行地球站、3、廣播衛(wèi)星、4、衛(wèi)星電視接收站5、遙測遙控跟蹤站五部分組成。圖1-1

衛(wèi)星電視廣播系統(tǒng)

一、

節(jié)目播控中心和站外傳輸設(shè)備

節(jié)目播空中心的主要任務(wù)是：制作、剪輯、

播出廣播電視節(jié)目，并利用傳輸線路如電纜、

地面微波或光纜線路將節(jié)目送往上行地球站。

二、

上行地球站（簡稱上行站）

上行站的主要作用是：把來自節(jié)目中心的信

號加以基帶處理，再經(jīng)調(diào)制、上變頻和高功率放

大，然后由天線向衛(wèi)星發(fā)送上行信號。

同時也接收衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)的下行信號，以監(jiān)視節(jié)

目傳輸質(zhì)量。

上行站分為上行主站、上行分站和移動上行

站三種。

主站除有一般上行站功能外，還兼有遙測遙

控跟蹤站功能，而上行分站無此功能。移動站如

車載型或組裝型移動站，常用于特定活動或特定

地區(qū)的現(xiàn)場直播。

三、

廣播衛(wèi)星（廣播轉(zhuǎn)發(fā)器）

廣播衛(wèi)星是衛(wèi)星廣播系統(tǒng)的核心，其星載

廣播天線和轉(zhuǎn)發(fā)器的主要任務(wù)是：接收上行信

號，并經(jīng)低噪聲放大，下變頻與功率放大后，

再轉(zhuǎn)發(fā)到服務(wù)區(qū)。

四、衛(wèi)星電視接收站

接收衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)的下行信號。各種類型的接收站以不同的信號傳輸形式滿足用戶不同的收視方式。

1、個體接收站（也叫TVRO）

信號足夠強(qiáng)時，可用小天線、簡易接收機(jī)直接收看。

2、集體接收站

較大天線接收設(shè)備，供集體用戶接收。也可轉(zhuǎn)換成地面VHF、

UHF調(diào)幅信號，引入共用閉路電視系統(tǒng)。也叫衛(wèi)星共用天線

電視（SMATV）。

3、無線收轉(zhuǎn)站

較大口徑的接收設(shè)備，將接受信號作為節(jié)目源，供當(dāng)?shù)仉娨暸_或

差轉(zhuǎn)臺進(jìn)行無線收轉(zhuǎn)。

4、有線電纜網(wǎng)收轉(zhuǎn)站

類似于SMATV，接收信號后以VHF或UHF調(diào)幅形式，作為節(jié)目源

通過電纜網(wǎng)分配到用戶。也叫衛(wèi)星電纜電視（SCATV）。

五、

遙測遙控跟蹤站（簡稱測控站）

主要任務(wù)是：

與廣播衛(wèi)星的遙測遙控跟蹤系統(tǒng)

相結(jié)合，測量衛(wèi)星的各種工程參數(shù)和環(huán)境

參數(shù)，測控衛(wèi)星的軌道位置和姿態(tài)，對衛(wèi)

星實(shí)施各種功能和狀態(tài)的切換。

第四節(jié)

模擬衛(wèi)星廣播

一、

視頻調(diào)制方式

由于傳送到地面上的衛(wèi)星信號的強(qiáng)度

十分微弱，為了保證接收信號的質(zhì)量，衛(wèi)

星電視廣播中的視頻信號采用了調(diào)頻

（FM）方式。

與調(diào)幅方式相比，調(diào)頻方式有如下特點(diǎn)：

1.能夠獲得信噪比的改善。

對于調(diào)幅方式來說，調(diào)制解調(diào)器輸出端的信

噪比要小于輸入端的載噪比；而對于調(diào)頻方

式來說，調(diào)制解調(diào)器輸出端的信噪比要大于

輸入端的載噪比。抗干擾的能力強(qiáng)。干擾信

號一般會使信號的幅度發(fā)生變化，從而影響

調(diào)幅的性能。而對于調(diào)頻方式來說，在每個

調(diào)頻接收機(jī)的解調(diào)器之前都設(shè)有限幅器，它

能形成等幅波，有效地抑制幅度干擾。

2.改變噪聲的頻譜。

調(diào)頻解調(diào)器的輸出電壓隨著頻率變化，頻率

越高輸出就越大，這樣輸入解調(diào)器的均勻分

布的白噪聲在輸出端變?yōu)槿窃肼?，即高頻

噪聲大而低頻噪聲小。

高頻噪聲在圖像上成細(xì)麻點(diǎn)，人眼對之不

大敏感；而低頻噪聲則往往形成長段的干擾

線條，對圖像的損傷比較嚴(yán)重。這樣通過解

調(diào)器之后，噪聲的可見度就降低了。

3.節(jié)省衛(wèi)星的發(fā)射功率。

由于調(diào)頻方式具有圖像信噪比高和噪聲可見度

低的特點(diǎn)，故在相同圖像指標(biāo)下，采用調(diào)頻方

式所需的衛(wèi)星發(fā)射功率僅為調(diào)幅方式的十幾分

之一至幾分之一。

4.提高了總的頻譜利用率。

盡管每部調(diào)頻發(fā)射機(jī)所占的頻帶寬度為調(diào)幅

發(fā)射機(jī)的3-4倍，但是調(diào)頻衛(wèi)星廣播系統(tǒng)對同

一載頻的復(fù)用次數(shù)比調(diào)幅方式的多，從而也

就提高了總的頻譜利用率。

二、伴音信號的調(diào)制方式

衛(wèi)星電視廣播中的伴音信號分為模擬伴音

和數(shù)字伴音兩種類型，它們各自有自己的特點(diǎn)，

歸納起來大致有如下幾種方式：1.單副載波模擬調(diào)頻。

它與地面廣播采用的調(diào)頻方式類似，只能傳送

一路伴音信號，此信號的質(zhì)量也與地面廣播基

本相同。

其頻譜結(jié)構(gòu)如圖1-2（a）所示。2.雙副載波模擬調(diào)頻。

采用雙副載波的方式可以傳送兩路伴音信號，

比如可以傳送立體聲節(jié)目，也可以傳送雙語

節(jié)目。其頻譜結(jié)構(gòu)如圖1-2（b）所示。

3.多副載波窄帶動態(tài)壓縮模擬調(diào)頻。

又稱為熊貓伴音，因?yàn)槠溆⑽目s寫恰好為

PANDA。采用熊貓伴音最多可以傳送六路

質(zhì)量較高的音頻信號，這樣可以同時傳送

立體聲節(jié)目、多種語言節(jié)目。其頻譜結(jié)構(gòu)

如圖1-2（c）所示。

4.

PCM數(shù)字伴音。

在這種方式中，模擬的伴音信號經(jīng)過脈沖編碼調(diào)制形成數(shù)字信號后，再對伴音副載波進(jìn)行四相差分相移鍵控調(diào)制（4DPSK），這個副載波在基帶中與圖像信號實(shí)施頻分復(fù)用。其頻譜結(jié)構(gòu)如圖1-2（d）所示。

第五節(jié)

數(shù)字衛(wèi)星廣播

一、

優(yōu)點(diǎn)

一顆衛(wèi)星可以提供上百套的電視節(jié)目，降低了運(yùn)營成本，從而

可以獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益。節(jié)目的傳輸質(zhì)量高。1.數(shù)字信號在傳輸過程中噪聲不累積。2.采用模擬電視廣播時,電視接收機(jī)的水平清晰度只能達(dá)到300線

左右，而采用了數(shù)字衛(wèi)星廣播之后，在理論上衛(wèi)星接收機(jī)輸出的有

效像素可高達(dá)720×576，圖像質(zhì)量有了很大的提高。

所需的發(fā)射功率小。

能提供多路多聲道的優(yōu)質(zhì)音頻信號。

能提供多種服務(wù)，如圖文電視、股票信息、電子報(bào)紙等等。

便于實(shí)行節(jié)目的有條件接受。

二、

我國數(shù)字衛(wèi)星廣播的現(xiàn)狀

我國幅員遼闊，地形復(fù)雜，人口眾多而分布

又很不均勻，要使電視有效覆蓋約960萬平方公

里的國土，完全依靠地面電視廣播網(wǎng)是很難解決

的。只有采用衛(wèi)星電視廣播這種先進(jìn)和有效的手

段，才能迅速較好的實(shí)現(xiàn)全國電視網(wǎng)的覆蓋。

我國中央和省區(qū)市數(shù)字衛(wèi)星廣播的技術(shù)參數(shù)

詳見表1-1、表1-2。

表1-1

中央電視臺、中央人民廣播電臺的數(shù)字衛(wèi)星廣播的技術(shù)參數(shù)表1-2

各省區(qū)市電視臺數(shù)字衛(wèi)星廣播的技術(shù)參數(shù)

三、

發(fā)展趨勢

1.從C波段逐步向Ku波段過渡

2.發(fā)展廣播電視衛(wèi)星直播技術(shù)

3.采用Ka波段

第二章

同步衛(wèi)星廣播系統(tǒng)

第一節(jié)

同步衛(wèi)星

一、衛(wèi)星的分類

根據(jù)運(yùn)行軌道的高度h、運(yùn)轉(zhuǎn)周期T、傾斜角

度n的不同，可將人造地球衛(wèi)星分為幾種類型。

1.

按軌道高度劃分

（1）低高度衛(wèi)星h<5000km，T<4小時

（2）中高度衛(wèi)星5000km<h<20000km，

T＝4～12小時

（3）高高度衛(wèi)星h>20000km，T>12小時

軌道高度是指衛(wèi)星距其正下方的星下點(diǎn)的

高度。

2.

按運(yùn)轉(zhuǎn)周期劃分（1）同步衛(wèi)星T＝24恒星時（2）準(zhǔn)同步衛(wèi)星T＝24/N恒星時或T＝24N恒星時， N＝2，3，4，5...（3）非同步衛(wèi)星其它

1恒星日（24恒星時）=23小時56分4.0905秒。由于同步衛(wèi)星的運(yùn)轉(zhuǎn)周期與地球本身的自轉(zhuǎn)周期完全相同，所以從地面上看，同步衛(wèi)星在天空中是固定不動的，因此又被稱為對地靜止衛(wèi)星，簡稱靜止衛(wèi)星。

3.

按軌道平面的傾斜角度劃分

同步衛(wèi)星最適合作廣播衛(wèi)星，因?yàn)榕c其它的衛(wèi)星相比，

它有如下優(yōu)點(diǎn)：(1)接收天線容易對準(zhǔn)衛(wèi)星，同時天線的跟蹤系統(tǒng)比較簡單。(2)由于衛(wèi)星的位置固定，因此不存在多普勒頻移現(xiàn)象。

收發(fā)天線之間的相對位置變化導(dǎo)致接收信號頻率偏離

發(fā)射信號頻率。(3)服務(wù)區(qū)域比較大，一顆同步衛(wèi)星大概可以覆蓋地球

表面的42％。(4)廣播信道大部分處于真空之中，因此工作相對穩(wěn)定，

信號質(zhì)量高。

二、

同步衛(wèi)星軌道

人造衛(wèi)星圍繞地球運(yùn)行與行星圍繞太陽運(yùn)動

一樣，都是遵循天體力學(xué)中著名的開普勒（Kepler）三大定律。對于人造地球衛(wèi)星來說，它可以描述如下：1.衛(wèi)星以地球的中心作為一個焦點(diǎn)作橢圓曲線運(yùn)動2.從地球到衛(wèi)星的向徑繞地球沿軌道在單位時間內(nèi)

所掃過的面積相等3.衛(wèi)星運(yùn)動周期的平方正比于軌道半長軸的立方

同步衛(wèi)星軌道的條件和軌道位置的定義：

同步衛(wèi)星軌道的示意圖如圖2-1。

圖2-1

同步衛(wèi)星軌道

其中衛(wèi)星的偏航軸(Yaw)指向地心，滾動軸(Roll)指向衛(wèi)星前進(jìn)的方向，俯仰軸(Pitch)則垂直于衛(wèi)星軌道平面。

由于同步衛(wèi)星是赤道軌道衛(wèi)星，衛(wèi)星位置

的緯度為0°，因此表明一顆同步衛(wèi)星的位置僅

使用經(jīng)度就可以了。

例如，110°E表明衛(wèi)星位于東經(jīng)110°的

赤道正上方，56.6°W則表明衛(wèi)星的位置在西

經(jīng)56.6°的赤道正上方。

根據(jù)衛(wèi)星軌道的分類情況和開普勒定律可知，

同步衛(wèi)星軌道是一個以地心為圓心并與赤道面相

重合的圓形軌道，在此軌道上運(yùn)動的衛(wèi)星角速度

與地球自轉(zhuǎn)角速度相等方向相同。

將地球的自轉(zhuǎn)周期T=86164s帶入開普

勒第三定律，可得

同步衛(wèi)星的軌道半徑：Rs＝42164km

地球的半徑為：

RE=6378km

故同步衛(wèi)星的高度為：

h=Rs－RE=35786km

第二章

同步衛(wèi)星廣播系統(tǒng)

第二節(jié)

日凌與衛(wèi)星蝕

日凌和衛(wèi)星蝕都是由于地球、太陽和衛(wèi)星

三者成為一條直線而產(chǎn)生的，如圖2-2所示。

在發(fā)生日凌和衛(wèi)星蝕時，衛(wèi)星廣播和衛(wèi)星

通信會受到一定的影響。

圖2-2日凌和衛(wèi)星蝕示意圖

一、

日凌

1.日凌及其影響

當(dāng)同步衛(wèi)星運(yùn)行在太陽和地球的中間時，就發(fā)生了日凌。發(fā)生日凌時，由于衛(wèi)星接收天線對準(zhǔn)著同步衛(wèi)星，因此也對準(zhǔn)了太陽，而太陽本身

是一個巨大的無線電干擾源，因此太陽的輻射將

對衛(wèi)星廣播和衛(wèi)星通信造成嚴(yán)重干擾甚至中斷。

根據(jù)實(shí)際的觀測記錄，A.對于模擬式衛(wèi)星廣播來說，日凌使圖象上出現(xiàn)很嚴(yán)重

的噪點(diǎn)干擾，干擾嚴(yán)重時，圖象幾乎被噪聲完全淹沒

了，故造成廣播或通信線路的中斷；B.對于數(shù)字式衛(wèi)星廣播來說，只要干擾引起的誤碼率到

達(dá)一定數(shù)值，信號就立即中斷，類似于一種門限效應(yīng)，

同時很多數(shù)字式衛(wèi)星接收機(jī)一旦信號中斷，它就"死機(jī)"，

需要值班的工作人員手工啟動，因此日凌對對數(shù)字衛(wèi)星

接收產(chǎn)生的實(shí)際影響是比較大的，特別是在值班人員未

能及時啟動衛(wèi)星接收機(jī)的情況下。

表2-1是北京地區(qū)1999年的實(shí)際觀測記錄。

在3月6日亞洲二號的C波段轉(zhuǎn)發(fā)器和Ku波段

轉(zhuǎn)發(fā)器都受到很明顯的影響，數(shù)字頻道全部

中斷，屏幕上出現(xiàn)衛(wèi)星接收機(jī)給出的"無信號"

字樣。觀測地點(diǎn)：北京表2-1

日凌觀測記錄

2.

日凌發(fā)生的規(guī)律

根據(jù)地球、衛(wèi)星和太陽三者間的幾何關(guān)系，

可以分析出來：日凌發(fā)生在每年春分和秋分前后

幾天的中午，每次持續(xù)數(shù)秒鐘。

在赤道上，日凌發(fā)生在

春分（每年的3月21日或20日）和

秋分（每年的9月23日或24日）的時候；

在北半球，日凌發(fā)生在春分之前及秋分之

后，具體日期要根據(jù)接收點(diǎn)的緯度來確定；

在南半球，日凌發(fā)生在春分之后及秋分之前。

另外，接收天線口徑越大，日凌持續(xù)的時間

越短；反之，日凌持續(xù)時間越長。

第三節(jié)

衛(wèi)星廣播使用的頻率范圍

一、無線電波頻段劃分

無線電波可以按照波長來劃分，稱為波段，

也可以按照頻率來劃分，稱為頻段。

按照波長的不同，實(shí)際使用的無線電波可以分為

長波、中波、短波、超短波等等，而頻率高于1GHz的

無線電波通常稱為微波，微波的波長在0.03m以內(nèi)，包

括分米波、厘米波、毫米波、亞毫米波，在工程上微波

波段又有其特殊的劃分方式。見表2-2。表2-2

微波波段另外，電磁波的頻譜見表2-3。微波波段的劃分最早是根據(jù)雷達(dá)的工作波段進(jìn)行的，后來又進(jìn)行了一些修正。衛(wèi)星廣播使用的是微波波段。

表2-3

電磁波頻譜

二、

區(qū)域劃分

我們知道，頻率是一種寶貴的資源，為了保證各種

通信和廣播業(yè)務(wù)的正常進(jìn)行，充分地利用頻譜資源，國

際電信聯(lián)盟（ITU）在近三十年間召開過幾屆世界無線電

行政大會（WARC）來規(guī)定并協(xié)調(diào)頻率資源的使用。

國際電信聯(lián)盟在分配無線電使用頻率時，將全世界

劃分為三個區(qū)域：

第一區(qū)，此區(qū)的范圍是非洲、歐洲及伊朗以西和中國以

北的亞洲地區(qū)；

第二區(qū)，此區(qū)的范圍是南北美洲；

第三區(qū)，此區(qū)的范圍是伊朗以東和蒙古以南的亞洲地區(qū)、

大洋洲地區(qū)。我國處于第三區(qū)。

三、

衛(wèi)星廣播使用的頻率范圍

1971年召開的宇宙通信世界無線電行政

大會（WARC－ST）規(guī)定了廣播衛(wèi)星優(yōu)先使

用的頻率范圍是11.7-12.5GHz，但是由于技

術(shù)方面原因，起初衛(wèi)星廣播使用的一直是分

配給衛(wèi)星通信的波段，直至近年來衛(wèi)星廣播

才開始使用WARC分配給衛(wèi)星廣播業(yè)務(wù)

（BSS）的波段。

表2-4給出了衛(wèi)星廣播使用的下行頻率，

表2-5給出了衛(wèi)星廣播使用的上行頻率，

應(yīng)該說明的是衛(wèi)星上行頻率屬于衛(wèi)星固定業(yè)務(wù)

的頻率范圍。

表2-4

衛(wèi)星廣播的下行頻率*英文為band，國內(nèi)有些書刊習(xí)慣稱之為波段，如C波段、Ku波段等等。表2-5

衛(wèi)星廣播的上行頻率*英文為band，國內(nèi)有些書刊習(xí)慣稱之為波段，如C波段、Ku波段等等。

以我國中央電視臺和若干地方電視臺租用

的亞洲二號衛(wèi)星為例，

C波段轉(zhuǎn)發(fā)器的上行頻率范圍是：

5847～6421MHz，

下行頻率范圍是：

3622～4196MHz；

Ku波段轉(zhuǎn)發(fā)器的上行頻率范圍是：

14003～14297MHz，

下行頻率范圍是：

12203～12504MHz。

第四節(jié)

廣播衛(wèi)星的組成

廣播衛(wèi)星可以分為五個子系統(tǒng)，它們是：

（1）天線子系統(tǒng)，

（2）廣播子系統(tǒng)，

（3）電源子系統(tǒng)，

（4）跟蹤遙測指令子系統(tǒng)，

（5）姿態(tài)控制子系統(tǒng)。

各個子系統(tǒng)的分工明確，各司其職。

下面對各子系統(tǒng)進(jìn)行簡單的介紹。圖2-4

給出了廣播衛(wèi)星的組框圖

一、天線子系統(tǒng)

衛(wèi)星上的天線是有若干副，分別作為轉(zhuǎn)播和

控制之用。從事衛(wèi)星轉(zhuǎn)播的天線通常是收發(fā)共用

的，所以在天線子系統(tǒng)中包含了雙工器。根據(jù)不

同的用途，衛(wèi)星上的天線可以分為1、全球波束天線、2、半球波束天線、3、點(diǎn)波束天線、4、賦性波束天線等幾種。

。

1.全球波束天線

全球波束天線用于覆蓋同步廣播衛(wèi)星能夠覆蓋的全部區(qū)域。

2.點(diǎn)波束天線

點(diǎn)波束天線與全球波束天線不同，它的半功率角很小，一般在幾度的范圍之內(nèi)，主要用于覆蓋地球表面一個范圍很小的區(qū)域。點(diǎn)波束的橫截面有圓形和橢圓形之分，兩者在地面上的覆蓋區(qū)域形狀有所不同。

3

.賦形波束天線

賦性波束天線是近年來普遍使用的衛(wèi)星廣播天線的形式，采用賦性波束天線可以將輻射能量集中在衛(wèi)星廣播的服務(wù)區(qū)域之內(nèi)，減少對其它區(qū)域的干擾，具有比較好的電磁兼容特性。同時采用賦性波束天線，還可以減小衛(wèi)星之間的間隔，從而在同步軌道之上可以放置更多的廣播衛(wèi)星和通信衛(wèi)星。

4.雙工器

雙工器是一種微波波導(dǎo)器件，它的主體是金屬波導(dǎo)，具備濾波、阻抗匹配、分波、功率合成等功能。雙工器首先要保證收發(fā)之間互不干擾，還要保證阻抗匹配，同時其接入損耗要比較小。

二、廣播子系統(tǒng)

廣播子系統(tǒng)簡單地說就是微波收發(fā)信機(jī)，

作用是接收6/14GHz上行衛(wèi)星信號，對其進(jìn)行

低噪聲放大，然后將其下變頻為4/12GHz下行

信號，再經(jīng)高功率放大后由天線向地球定向輻射。

在當(dāng)代的大容量、大功率的廣播衛(wèi)星中普

遍使用一次變頻型的轉(zhuǎn)發(fā)器。一次變頻型又稱

為單變頻型（RF/RF）。它的框圖如圖2-7所示。

圖2-7

一次變頻型轉(zhuǎn)發(fā)器框圖

圖中，行波管放大器為功率放大器，低噪聲放大器和激勵放大器為寬帶放大，而高功率放大為每頻道單獨(dú)放大，上轉(zhuǎn)發(fā)器數(shù)量實(shí)際上是指行波管放大器的數(shù)量。

需要說明的是，衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器是沒有模擬

和數(shù)字之分的，因?yàn)閿?shù)字信號經(jīng)過數(shù)字調(diào)制

之后，就變成了模擬信號，所以衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器

處理的都是模擬信號。

第五節(jié)廣播衛(wèi)星的電參數(shù)

本節(jié)討論衛(wèi)星的幾項(xiàng)主要參數(shù)。

一、等效全向輻射功率（EIRP）

等效全向輻射功率是衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的一項(xiàng)

極為重要的參數(shù)，它反映了衛(wèi)星的輻射能力，

在進(jìn)行衛(wèi)星線路的工程計(jì)算時，必須要知道

此項(xiàng)參數(shù)。

等效全向輻射功率一般記為EIRP，它的定義是:

EIRP＝10lgPTWTA(W)-Lt＋Gt(dBW)

式中：PTWTA——行波管放大器的輸出功率，W；

Lt——行波管至衛(wèi)星天線之間的功率損耗，dB；

Gt——衛(wèi)星天線的增益，dB。

在上式的三個參數(shù)中，行波管的輸出功率和損耗是

常數(shù)，它不隨接收地點(diǎn)改變，而衛(wèi)星天線的增益不是常數(shù)，

它隨接收地點(diǎn)位置改變，衛(wèi)星波束中心處的天線增益最高，

因此等效全向輻射功率為最大值，可記為EIRPc。

二、

波束圖

工程上為了便于使用，通常將衛(wèi)星的

等效全向輻射功率標(biāo)注在地圖之上，稱為

衛(wèi)星的波束圖或稱為衛(wèi)星的覆蓋區(qū)域。

圖2-10為衛(wèi)星波束圖的一個實(shí)例，它

是亞洲二號衛(wèi)星Ku波段轉(zhuǎn)發(fā)器的波束圖，

其中波束中心在我國的武漢，

EIRPc為53dBW。

圖2-10亞洲二號衛(wèi)星Ku波段轉(zhuǎn)發(fā)器的波束圖

三、

品質(zhì)因素（G/T）

品質(zhì)因素是衡量衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器本身質(zhì)量的

一項(xiàng)特性參數(shù)，它反映了衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器接收弱

信號能力的大小。

品質(zhì)因素又稱為系統(tǒng)優(yōu)值，通常記為G/T，

它的定義是:

G/T=G-10lg(Ta+Tt)(dB/K)

式中，G為衛(wèi)星星載天線在上行工作頻率

（6/14GHz）時的增益，單位為dB；

Ta為該天線的等效噪聲溫度，單位為K；

Tt為衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的等效噪聲溫度，單位為K。

第六節(jié)

衛(wèi)星上行地球站

一般大型的上行地球站都應(yīng)包括：1、天線系統(tǒng)、2、跟蹤系統(tǒng)、3、發(fā)送系統(tǒng)、4、接收系統(tǒng)、5、基帶終端設(shè)備、6、電源系統(tǒng)、7、監(jiān)控系統(tǒng)、8、站外傳輸設(shè)備。

上行地球站組成框圖如圖2-12所示。

上行站中發(fā)射信號的傳輸過程是：

從播控中心傳來的節(jié)目信號，途徑站外

地面微波中繼或光纜傳輸設(shè)備，送至

上行站的基帶中終端設(shè)備，在此對電視

信號加以基帶處理如：

信源編碼、節(jié)目復(fù)用、信道編碼等，

使之成為符合衛(wèi)星傳輸要求的基帶信號。

然后將基帶信號送入發(fā)送系統(tǒng)，對

70MHz中頻載波進(jìn)行調(diào)制，再經(jīng)中頻放大、

群時延均衡和帶通濾波后上變頻為14GHz

或6GHz上行微波信號，最后饋送到天線系

統(tǒng)向衛(wèi)星發(fā)射。

接收信號傳輸過程與發(fā)射過程基本相反，經(jīng)

低噪放、下變頻、中放、濾波、解調(diào)后得到基帶

信號，再由基帶終端設(shè)備經(jīng)與發(fā)端相逆的處理恢

復(fù)出節(jié)目信號，供監(jiān)測使用或經(jīng)站外傳輸設(shè)備送

往播控中心。

為使上行站能可靠工作，一般關(guān)鍵設(shè)備均有

備份，供出現(xiàn)故障時倒換。跟蹤系統(tǒng)是為了自動

跟蹤衛(wèi)星而設(shè)置的。整個上行站還必須有可靠的

電源供給系統(tǒng)。同時為了維護(hù)好上行站，站內(nèi)一

定要設(shè)有通信線路、測試和控制系統(tǒng)，這一切也

是上行站中必須具備的輔助設(shè)備。

圖2-13

是一個比較典型的數(shù)字衛(wèi)星

電視上行地球站原理框圖。

第七節(jié)衛(wèi)星接收系統(tǒng)

衛(wèi)星接收系統(tǒng)又稱為衛(wèi)星接收站，可以

分成室外和室內(nèi)兩部分：

室外部分包括了衛(wèi)星接收天線、高頻頭、

第一中頻電纜，有時還設(shè)有線路放大器；

室內(nèi)部分包括了功分器、數(shù)字衛(wèi)星接收機(jī)。

作為集體接收系統(tǒng)來說，衛(wèi)星接收機(jī)的輸

出就是有線電視的信號源，所以它直接與射頻

調(diào)制器連接；在個體接收時，衛(wèi)星接收機(jī)則直

接與用戶的電視機(jī)相連接。

圖2-14

為一個典型的衛(wèi)星接收系統(tǒng)的組成框圖。

衛(wèi)星接收天線的作用是將衛(wèi)星傳送的電磁波

接收下來，然后送至高頻頭。

高頻頭接在天線輸出端，其作用是低噪聲放

大和下變頻，經(jīng)過下變頻的信號在衛(wèi)星接收站中

稱為第一中頻信號，按我國標(biāo)準(zhǔn)第一中頻為

970-1470MHz。

第一中頻電纜的作用是將第一中頻信號從室

外傳送到室內(nèi)，同時將直流電源由衛(wèi)星接收機(jī)提

供給高頻頭。若天線和接收機(jī)間隔較遠(yuǎn)（如超過

500m），可以在電纜中部安裝線路放大器補(bǔ)償電纜衰減。

衛(wèi)星接收機(jī)輸入的是第一中頻信號，輸出

視頻和音頻信號供電視機(jī)收看或作為有線電視

前端的節(jié)目源。

衛(wèi)星接收機(jī)內(nèi)部設(shè)有調(diào)制器也可輸出射頻

信號供給電視接射頻輸入端。

作為集體接收系統(tǒng)或有線電視前端，需要

同時收看一顆衛(wèi)星上轉(zhuǎn)發(fā)的各套節(jié)目，因此衛(wèi)星天線應(yīng)能輸出兩種極化方式（如水平和垂直極化）的信號，并分別使用兩個高頻頭和兩條中頻電纜與室內(nèi)相連。同時，室內(nèi)需要多臺衛(wèi)星接收機(jī)，故在室內(nèi)需用功率分配器（簡稱功分器）將一路信號均分為若干路。

第三章

衛(wèi)星天線與高頻頭

衛(wèi)星接收天線的類型有反射面天線和微帶

天線兩種。

反射面天線是由反射面和饋源兩部分組成

的，饋源本身就是一種天線。在工程上通常根

據(jù)饋源與反射面的相對位置，將反射面天線分

為前饋天線、后饋天線和偏饋天線三種形式，

而從工作原理上來說，衛(wèi)星廣播系統(tǒng)中使用的

反射面天線可以分為旋轉(zhuǎn)拋物面天線、卡賽格

倫天線、格里高利天線、球形反射面天線等

幾種類型。

第一節(jié)衛(wèi)星接收天線的主要參數(shù)

衛(wèi)星接收天線的作用是，有效地接收衛(wèi)星

輻射到地面的電磁波，并將它傳送到高頻頭之內(nèi)。

衛(wèi)星接收天線的主要參數(shù)有：1、增益、2、方向圖、3、半功率角、4、等效噪聲溫度。

一、

增益（G）

工作在發(fā)射狀態(tài)下的天線稱為發(fā)射天線，

而工作在接收狀態(tài)下的天線稱為接收天線。

1、發(fā)射天線的增益

當(dāng)天線的輸入功率與理想的無方向性天線

（理想點(diǎn)源天線）的輸入功率相同時，天線在某

一方向上某點(diǎn)產(chǎn)生的功率通量密度與理想點(diǎn)源

天線在該點(diǎn)產(chǎn)生的功率通量密度之比為發(fā)射天

線增益。

發(fā)射天線增益最大的方向稱為天線的最大

輻射方向。

2、接收天線的增益

設(shè)從空間各個方向上傳來的電磁波的場強(qiáng)

相同，天線在某一方向上接收時向負(fù)載輸出的

功率與一個理想的無損耗天線該處各個方向接

收時輸入到負(fù)載中的功率平均值之比為接收天

線增益。

接收天線增益最大的方向稱為天線的最大

接收方向。

一般不特別進(jìn)行聲明的話，天線的增益是

特指最大輻射方向（最大接收方向）上的增益，

也就是該天線增益的最大值。

根據(jù)互易定理，可以證明接收天線的增益

與該天線工作在發(fā)射狀態(tài)下的增益在數(shù)值上是

完全相同的，最大輻射方向與最大接收方向也

是一致的，故通常人們只說天線的增益。

在工程上，衛(wèi)星接收天線增益通常采用分貝為單位，表達(dá)式

式中，λ——天線工作波長，單位為m；

A——天線口面面積，單位為m；

γ——天線口面效率，理論最大值約為83％，

實(shí)際值在50％～70％之間。

圓形口面衛(wèi)星天線增益表達(dá)式。

式中，D——圓形口面的直徑，單位為m。

表3-1和表3-2給出了

常用圓形口面衛(wèi)星天線的增益數(shù)值。

效率分別為50%，60%和70%。-

7m6m5m4.5m3.2m3m2.5m2m1.8m1.5m50%46.34543.442.539.53937.435.534.53360%47.145.844.243.340.339.838.236.235.333.770%47.846.544.9444140.438.936.93634.4表3-1C波段圓形口面衛(wèi)星天線的增益(dB)表3-2Ku波段圓形衛(wèi)星天線的增益(dB)-4.5m3m2.5m2m1.8m1.5m1.3m1.0m0.7m0.5m50%5248.546.94544.142.541.33935.93360%52.849.347.745.844.943.34239.836.733.770%53.55048.446.545.54442.740.437.334.4

第二節(jié)

旋轉(zhuǎn)拋物面天線

旋轉(zhuǎn)拋物天線是最常用的衛(wèi)星天線形式，

它是一種主瓣尖銳、副瓣電平比較低、高增益

天線，由一個反射面和饋源組成，廣泛地應(yīng)用

在衛(wèi)星接收系統(tǒng)中，由于它的饋源位于反射面

的前方，故人們又稱它為前饋天線，見圖3-4。

當(dāng)反射面的直徑不超過4.5m時，衛(wèi)星接收

天線一般均采用前饋天線的形式。圖3-4

旋轉(zhuǎn)拋物面天線

一、幾何結(jié)構(gòu)

將拋物線沿著其對稱軸旋轉(zhuǎn)一周就形成了所謂的旋轉(zhuǎn)拋物面。

旋轉(zhuǎn)拋物面本身有四個幾何參數(shù)：（見圖3-5）：

焦距f、

口面直徑d、

口面半張角θ0

拋物面的厚度W，

圖3-5拋物線的幾何關(guān)系圖

式中，A——拋物面頂點(diǎn)；F——拋物面焦點(diǎn)；

z——拋物面對稱軸；y——拋物面準(zhǔn)線；

f——焦距；d——口面直徑；

θ0——口面半張角；W——拋物面厚度。

它們之間存在2個約束方程，這說明旋轉(zhuǎn)拋

物面只有兩個獨(dú)立的幾何參數(shù)。

若已知焦距口徑比f/d的話，也就是說確定

了一個幾何參數(shù)，拋物面的形狀就確定了；而

當(dāng)焦距和口面直徑確定之后，旋轉(zhuǎn)拋物面的幾

何尺寸和形狀就都確定了。

旋轉(zhuǎn)拋物面天線的焦距口徑比是該天線一項(xiàng)

基本的參數(shù)，其數(shù)值決定了反射面的曲率和形狀。1、當(dāng)f＝0.25d時，稱為中焦天線，焦點(diǎn)正好位

于天線的口面上；2、當(dāng)f<0.25d時，稱為短焦天線，焦點(diǎn)位于天

線口面與反射面之間；3、當(dāng)f>0.25d時，稱為長焦天線，焦點(diǎn)位于天

線口面以外，見圖3-6。

(a)短焦拋物面(b)中焦拋物面(c)長焦拋物面

圖3-6

不同焦距的拋物面

通常衛(wèi)星接收天線的焦距口徑比在

0.3～0.4之間，理論計(jì)算表明當(dāng)f＝0.38d時，

旋轉(zhuǎn)拋物面天線的性能為最好。

二、幾何光學(xué)原理

根據(jù)幾何光學(xué)的結(jié)論，旋轉(zhuǎn)拋物面天線的

工作原理為：當(dāng)旋轉(zhuǎn)拋物面天線的軸線對準(zhǔn)了

衛(wèi)星之后，衛(wèi)星發(fā)射出來的電磁波平行于天線

的軸線方向傳播，經(jīng)反射面反射之后在焦點(diǎn)處

同相聚焦，于是將饋源安放在反射面的焦點(diǎn)處，

就可以接收到反射面所截獲的電磁波。

同相聚焦有兩層含義，當(dāng)電波傳播的距離

相同時，其相位相同；而所有反射線都經(jīng)過焦

點(diǎn)，就稱為在焦點(diǎn)處聚焦。相位相同是很重要

的，這樣確保了在各條射線在迭加的過程中，

彼此之間一點(diǎn)都不抵消，也就是聚焦。

當(dāng)旋轉(zhuǎn)拋物面天線的軸線偏離衛(wèi)星方向時，

根據(jù)入射角等于反射角的規(guī)律，電磁波經(jīng)反射

面反射之后就一定不經(jīng)過焦點(diǎn)，因而就形成了

"散焦"。

三、

公差

旋轉(zhuǎn)拋物面天線的公差主要包括兩部分：

反射面的制造公差和饋源位置的安裝誤差。

1.反射面的制造公差

反射面的制造公差是指實(shí)際反射面的形狀與

理想旋轉(zhuǎn)拋物面之間的差別。2.饋源的縱向安裝誤差

饋源的縱向安裝誤差是指饋源確實(shí)位于反射面的

軸線上（z軸），而與焦點(diǎn)存在一定的距離。

3.饋源的橫向安裝誤差

饋源的橫向安裝誤差是指饋源位于圖3-5中的

y軸上，與焦點(diǎn)存在一定的距離。

第三節(jié)

卡賽格倫天線

卡賽格倫天線是雙反射面天線，

它由主反射面、副反射面和饋源三部分組成

(如照片所示)，多用作大口徑的衛(wèi)星接收天線

或衛(wèi)星發(fā)射天線，當(dāng)口面直徑超過4.5m以上，

往往就采用卡賽格倫天線?？ㄙ惛駛愄炀€又可

以進(jìn)一步分為標(biāo)準(zhǔn)型和變形兩種形式。

由于卡賽格倫天線的饋源是安裝在副反射

面的后面，因此人們通常稱它為后饋天線，以

區(qū)別于前饋天線（旋轉(zhuǎn)拋物面天線）。

一、標(biāo)準(zhǔn)型卡賽格倫天線

1.幾何結(jié)構(gòu)

標(biāo)準(zhǔn)型卡賽格倫天線的主反射面（簡稱主面）

仍然是旋轉(zhuǎn)拋物面，而它的副反射面（簡稱副面）

是旋轉(zhuǎn)雙曲面，具體結(jié)構(gòu)如圖3-7所示。

圖3-7

標(biāo)準(zhǔn)型卡賽格倫天線的幾何關(guān)系

主面有3個幾何參數(shù)：

主面的直徑d、

主面的焦距f和

主面的半張角θ0。

副面有4個幾何參數(shù)：

副面的直徑dS、

副面的焦距f1和f2，

從實(shí)焦點(diǎn)觀察到的副面的半張角ψ0。

主面有兩個獨(dú)立的幾何參數(shù)，同樣副面

也有兩個獨(dú)立的幾何參數(shù)；

也就是說，在卡賽格倫天線的7個幾何參數(shù)：

d，f，θ0，f1，f2，dS，ψ0之間存在著

3個約束方程。

2、卡賽格倫天線的幾何光學(xué)性質(zhì)

根據(jù)卡賽格倫天線的幾何光學(xué)性質(zhì)，

可以解釋清楚副反射面的作用。

卡賽格倫天線的幾何光學(xué)性質(zhì)是：（1）對準(zhǔn)虛焦點(diǎn)發(fā)出的射線經(jīng)過雙曲線反射之后，

必然經(jīng)過實(shí)焦點(diǎn)。作為接收天線來說，各條

反射線本應(yīng)該同相聚焦在主面的焦點(diǎn)處，由

于存在副反射面，經(jīng)過反射之后各條反射線

便同相聚焦在副面的實(shí)焦點(diǎn)處，也就是說，

副面的作用是將焦點(diǎn)進(jìn)行搬移。（2）從反射點(diǎn)到兩個焦點(diǎn)的行程差為常數(shù)，對于

電磁波來說就是相位差為常數(shù)。

3.

等效拋物面

采用幾何光學(xué)的方法對卡賽格倫天線進(jìn)行

分析可以引出一個等效拋物面，這個等效拋物

面的焦距比實(shí)際拋物面的焦距要長很多。

這樣一個實(shí)際焦距比較短的卡賽格倫天線

可以達(dá)到長焦距拋物面天線的特性，由于長焦

距拋物面的口面效率比較高，并對饋源的要求

也不苛刻，因此卡賽格倫天線的性能是比較好

的。

第四節(jié)

格里高利天線

格里高利天線也是一種雙反射面天線，

它通常在上行地球站中作為衛(wèi)星發(fā)射天線

使用。

一、

幾何結(jié)構(gòu)

格里高利天線由主反射面、副反射面和饋源

組成，其主面仍然是旋轉(zhuǎn)拋物面，而其副面為凹

橢球面。格里高利天線的結(jié)構(gòu)如圖3-8所示，它也

屬于后饋天線。

圖3-8

格里高利天線的結(jié)構(gòu)和凹橢球面

格里高利天線主面有3個幾何參數(shù)：1、主面的直徑d、2、主面的焦距f、3、主面的半張角θ0。

副面就具有4個幾何參數(shù)：1、副面的直徑dS、2、副面的焦距f1和f2、3、從焦點(diǎn)F2觀察到的副面的半張角ψ0。

主面有兩個獨(dú)立的幾何參數(shù)，同樣副面

也有兩個獨(dú)立的幾何參數(shù)；

在格里高利天線的7個幾何參數(shù)之間

存在著3個約束方程。

格里高利天線有兩個實(shí)焦點(diǎn)，因此可以

安裝兩個饋源，

一個用于發(fā)射，另一個用于接收。

通?？梢詫⒔邮震佋窗卜旁诮裹c(diǎn)F1處，由于

這個位置同時也是主面的焦點(diǎn)，因此接收天

線就是一個旋轉(zhuǎn)拋物面天線；

而發(fā)射饋源則安放在焦點(diǎn)F2處。

二、格里高利天線的幾何光學(xué)性質(zhì)：

（1）從一個焦點(diǎn)發(fā)出的射線經(jīng)過凹橢球面反射之后，必然經(jīng)過另一個焦點(diǎn)；

（2）從反射點(diǎn)到兩個焦點(diǎn)的行程之和為常數(shù)，對于電磁波來說就是相位為常數(shù)。

于是對于發(fā)射天線來說，從焦點(diǎn)F2處發(fā)出的射線經(jīng)過凹橢球面反射之后，同相聚焦在焦點(diǎn)F1處（即主面的焦點(diǎn)處），然后經(jīng)過主面反射之后形成平面電磁波；也就是說，凹橢球面的作用是將發(fā)射饋源從焦點(diǎn)F2變換到主反射面的焦點(diǎn)處。

由于格里高利天線可以收發(fā)共用，因此它可以在上行地球站內(nèi)使用。

第五節(jié)

偏饋天線

偏饋天線是相對前饋天線和后饋天線而言的。

實(shí)際上，偏饋天線就是截取前饋天線或后饋

天線的一部分而構(gòu)成的，這樣饋源或副面對反射

面就不產(chǎn)生遮擋了，從而提高了天線的口面效率。

根據(jù)口面的形狀，偏饋天線可以進(jìn)一步分成

橢圓形口面和圓形口面兩種類型。

設(shè)想用半徑為a的圓柱面沿著與旋轉(zhuǎn)拋物面

的軸線成d角度的方向去截取旋轉(zhuǎn)拋物面，這樣

構(gòu)成的偏饋天線的口面是橢圓形的，而反射面

的外表則是圓形的。

設(shè)想用半徑為a的圓柱面沿著與旋轉(zhuǎn)拋物面

的軸線方向去截取旋轉(zhuǎn)拋物面，這樣構(gòu)成的偏

饋天線的口面是圓形的，而反射面的外表則類

似于一個橢圓。

由于偏饋角的存在，偏饋天線的調(diào)整要比

前饋天線或后饋天線要復(fù)雜一些，因?yàn)樘炀€的

指向不太容易確定。

在不知道偏饋角的情況之下，可以利用

入射角等于反射角的關(guān)系，使用幾何作圖的

方式來確定天線的偏饋角。首先找到反射面

的中心M，然后作M點(diǎn)的法線MN，在法線的

上方找到焦點(diǎn)F的鏡像點(diǎn)F'，法線垂直于線段

FF'，同時平分此線段，于是MF'就是天線方

向圖主瓣的軸線方向，應(yīng)該根據(jù)這個方向來

調(diào)整天線的指向。

第六節(jié)

球形反射面天線

球形反射面就是球面的一部分，在衛(wèi)星

接收系統(tǒng)中使用球形反射面天線的目的就是

使用一副天線來同時接收多顆衛(wèi)星。

旋轉(zhuǎn)拋物面是一個理想的集束裝置，它可以

將電磁波同相位聚焦在反射面的焦點(diǎn)處，因此得

到了十分廣泛的應(yīng)用。

若在旋轉(zhuǎn)拋物面天線上安裝兩個以上的饋

源，也可以接收一定范圍之內(nèi)的多顆衛(wèi)星，這種

方式已經(jīng)有許多人采用過，但是使用旋轉(zhuǎn)拋物面

天線接收多顆衛(wèi)星是工作在散焦?fàn)顟B(tài)之下的，因

此天線的口面效率是比較低，因此天線的增益一

定會有所下降。而球形反射面具有完全對稱的幾

何結(jié)構(gòu)，因此它是一種比較理想的接收不同方向

信號的接收天線形式。

由于球面的對稱性，在接收不同方向的信號

時，它的焦點(diǎn)的軌跡也是一個圓，圓心與球面的

球心重合，圓的半徑為球面半徑的一半。由于球

面畢竟不是旋轉(zhuǎn)拋物面，因此在焦點(diǎn)處，各條反

射線的相位是不完全一樣的，同時在這種情況之

下的"聚焦"也并不是聚集在一點(diǎn)上，而是聚集在

一個比較小的區(qū)域之內(nèi)。

第七節(jié)

饋源

反射面天線是由反射面和饋源兩部分組成的，

而饋源本身就是一副小型天線。衛(wèi)星接收天線使

用的饋源大多為喇叭天線。

一、

波導(dǎo)與喇叭天線

實(shí)際上喇叭天線就是將波導(dǎo)的開口面

逐漸地?cái)U(kuò)大而形成的。

波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)如圖3-9所示。實(shí)際使用的

矩形波導(dǎo)和圓形波導(dǎo)都是按照標(biāo)準(zhǔn)尺寸制造的。

表3-3和表3-4分別給出了衛(wèi)星接收系統(tǒng)中

使用的矩形波導(dǎo)和圓形波導(dǎo)的型號、尺寸和參數(shù)。

在衛(wèi)星接收系統(tǒng)中，矩形波導(dǎo)用于高頻頭

的輸入端口。

接收C波段衛(wèi)星應(yīng)該使用BJ40波導(dǎo)，

接收Ku波段衛(wèi)星應(yīng)該使用BJ120波導(dǎo)。表3-3

普通矩形波導(dǎo)型號、尺寸和參數(shù)表3-4

圓形波導(dǎo)型號、尺寸和參數(shù)

矩形波導(dǎo)中的主模TE10波是線極化的，

其電場分布如圖3-10所示。

圓形波導(dǎo)（圓波導(dǎo)）是衛(wèi)星接收天線中饋源的

核心組成部分，接收C波段衛(wèi)星時饋源應(yīng)使用BY35

圓波導(dǎo)，接收Ku波段衛(wèi)星時應(yīng)使用BY104圓波導(dǎo)。

圖3-11給出了圓波導(dǎo)中主模TE11波的電場分布情況。