数字电视卫星接收天线的设计与制作

摘 要：卫星天线作为数字电视通信系统中不可缺少且非常重要的部件，其本身的质量直接影响着数字电视卫星通信系统的整体性能.

关键词：数字电视；卫星接收天线；设计

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

随着社会的进步与科技的发展，数字电视正以迅猛之势进入到普通老百姓的家中，数字电视信号与模拟电视信号相比不仅节目数量多，而且信号稳定性好，信息量大，既可以收看电视节目，也可以实现多媒体信息传送，人机智能交互等功能。现在数字电视信号采用的是卫星传送，这就需要设计一个数字电视卫星接收天线来接收信号，所以卫星天线作为数字电视通信系统中不可缺少且非常重要的部件，其本身的质量直接影响着数字电视卫星通信系统的整体性能，本文从数字电视卫星接收天线的原理、天线设计要素、天线焦点确定方法、天线支架的选择以及天线的调试与安装等几个方面来讲述数字电视卫星天线的设计与制作。

1 数字电视卫星接收天线的原理

天线是任何无线电通信系统都离不开的重要前端器件，尽管设备的任务并不相同，但天线在其中所起的作用基本上是相同的，它是将发射机输出的高频电流能量转换成电磁波辐射出去，或将空间电波信号转换成高频电流能量传送给接收机，天线一般要具备一定的方向特性，较高的转换效率，并能满足系统正常工作的频带宽度。天线的种类有很多，有面天线、板状天线和柱状天线等，设计时根据不同的情况来进行选择。数字电视卫星接收天线通常采用面天线，其最常用的是抛物面天线。抛物面天线的主体是抛物面反射器，它的基本原理和聚光灯相似，即利用抛物面的光学性质将卫星传到地面的微弱电视信号反射后聚焦，使信号能量集中到安装在焦点上的馈源，通过馈源传送到卫星接收机进行解码成为高清的电视信号。天线的增益与抛物面的直径、卫星信号的波长、天线的效率有关，当工作波长一定时，抛物面的直径越大，其效率也越高，天线的增益也越大。

2 数字电视卫星接收天线设计的要素

数字电视卫星接收天线形式与尺寸的选择要符合要求。设计制作数字电视卫星接收天线时，要注意其反射面材料的选择，以提高天线的增益，避免选择那些表而粗糙对光线反射效果不好且不易加工的材料。比如铝制的抛物反射面在这里就是一个很合适的选择，它不仅能根据需要进行方便的加工，而且其表面光滑平整对信号的反射效果也很好，总之，接收天线增益和口径的选择，主要依据接收卫星的等效全向辐射功率和接收图像所要达到的质量等级。通常先对接收系统的品质因素提出要求，然后结合室外单元的噪声温度来确定。

设计天线时还要考虑各种波段的特点，如 C波段天线，口径越大接收效果越好；Ku波段天线，当接收信号强度达到接收机门限后，其接收效果与天线口径大小无直接关系，但接收天线口径增大后可以减小电波在雨中传播时引起的损耗。这方面Ku波段的电波受降雨的影响较C波段的大，为此为提高信号接收质量，可以适当增大接收天线的口径，即提高增益来减少雨衰，还可以通过在馈源口处罩上一个尖形塑料帽等方法减少馈源口雨滴的存在时间，最终来降低能量损耗。

设计数字电视卫星接收天线在馈源的选择时应选择能灵活方便地工作于垂直极化与水平极化两种状态的馈源，若是接收中星9号的下行信号，它的极化方式为圆极化，只需特定的高频头即可，因此可不考虑极化角的调整。

另外根据当地的气候状况、环境以及使用寿命来选择板状天线还是网状天线。对于一些化工业比较集中的地方还应当选择抗腐蚀的材料来制作，以提高使用寿命。

3 数字电视卫星接收天线焦点确定的方法

从数字电视卫星信号接收的效果上看，Ku波段的扁馈接收天线容易制作，也是设计者的首选。其接收天线焦点的确定，是以椭圆中心为天线中心，天线接收面的直径为椭圆的长轴2a，然后确定椭圆的短轴为2b=D（其中2a=1.1D）。当长轴、短轴确定之后，利用椭圆的焦点公式确定椭圆的两个焦点，如图所示。当两个焦点确定之后下一步的工作就是高频头支杆L杆的设计制作。在L杆相对较短的一边AB安装反射面，较长的一边BE安装高频头，L杆两边的夹角为65°—75°，高频头至L杆拐点的距离BE为0.6一0.65D。反射面的安装高度应以椭圆的长轴为准，反射口面CD应平行于支杆AB，这样可以使天线仰角测量比较准确。另外应该保证DF与支杆BE平行，F为它的焦点，高频头安装线在L杆上时要正对着反射面的中心，侧面看高频头中心线对着反射面中心偏上一点。天线正焦点C1与抛物面焦点F的距离为0.6D—0.65D。

由于反射面制作时有一定误差，难以达到理想的抛物面效果，所以有时可以通过增大反射面的直径来提高信号质量。天线正焦点C1处可以较其他部位多凹1cm左右，这样可使得接收的信号能更有效地反射进入高频头，使天线的效率得到进一步的提高。

天线的焦距确定的一种方法是利用太阳光对焦，在调好天线的仰角之后，让光线通过窗户照在反射面上，让反射后的光线聚在一个平面上，这时慢慢地移动反射面，当平面上的光斑最小或光点最亮处即为天线的焦点F。但也要注意这样做会有两个焦点，其中一个是正焦点。调整方法是将反射面中心正对太阳，然后将反射面向下压，让光点和L杆接近，使光点满足FE等于DG间的距离，并使DF平行于BE，便可安装高频头了。在安装时，应让CDBEF五点共面，并且使该面和反射口面在水平面上的交线相互垂直，这样才能使天线的效率最大。

另一种方法是已知卫星方位和仰角，将反射面对准卫星，接好接收机，调星时手拿高频头，在L杆上沿BE方向移动（要注意的是，极化角的存在不要有太大的晃动），当然如果是接收中星9号的下行信号，由于它的极化方式是圆极化的，可以忽略极化角这个因素，以减少对焦的工作量。

4 数字电视卫星接收天线支架的选择

支架的选择应根据天线的大小和重量来选定。一般来讲天线反射面为铝制材料，支架可采用硬度较小且便于加工的普通角钢，通过铁钉、毛螺丝、铰链将各部分连成一体。通过铰链的使用，可方便天线仰角的调整。endprint

5 数字电视卫星接收天线的调试

数字电视卫星天线的调试就是对其仰角、方位角与极化角的调整，所以调试时首先要知道当地经纬度及卫星定点的轨位，并利用曲线图来查找当地的仰角及方位角。例如天津的北纬为39.13N，东经为117.20E，其所接收的亚洲3号卫星轨位是东经105.5°，当地经度与卫星经度差为11.70°，在曲线图可以找到该点仰角为43°，方位角为19°。另外还可以登陆中国电视卫星网站查询各个城市接收卫星的方位角、仰角及极化角。

数字电视卫星天线方位角调整时一般以正南方向为标准，根据接收地与接收卫星的经度关系将卫星天线的指向偏东或偏西调整一个角度，接收最强的卫星信号。仰角的大小调整可以通过天线螺杆上的螺母，螺母向上调，天线下沿边向上调，仰角增大，反之减小。调整好天线的方位角和仰角后，通过正确连接卫星接收机与电视机的连接线接口，启动电视机与卫星接收机，将电视机置于对应的AV接口状态下。对于目前常见的盲扫型的卫星接收机，当天线的方位角、仰角、极化角调整好之后，只要进行一次自动搜索之后就可以收看电视节目。卫星接收饥多数为盲扫型，直接按摇控器进入调星界面，在视窗界面中天线仰角与方位角正确或差不多时，立即出现相应的信号强度与信号质量，在接收的“信号质量”达到一定数值后（一般为30%以上时）就能正常观看卫星传送的数字电视节目。

6 数字电视卫星接收天线安装

安装数字电视卫星接收天线时不能影响电视信号的接收，尽量避免装在高层建筑和树木的后方，以及干扰信号较强的地方。另外天线的基础要牢固，防止在风力大的时候产生位移及损坏，与天线连接的F型连接头性能要良好，射频电缆质量较高，选择正确的阻抗，室外天线与IRD之间的距离不要过长，正确连接天线避雷线，并牢固连接或深埋地下。

总之，数字电视卫星接收天线的设计与制作过程并不简单，需要细心收集、整理材料，精确地确定焦点，精心地制作出表面光滑，符合要求的天线面，这样设计出的数字电视卫星接收天线才能接收到更多高质量的节目信号。

参考文献：

[1]宋铮，张建华，黄冶.天线与电波传播[M].西安电子科技大学出版社，2011.

[2]姚军，李白萍.数字微波与卫星通信[M].北京邮电大学出版社，2011.

[3]张宝安.高清电视节目转播与传输[M].中国广播电视出版社，2011.

作者简介：严勇（1974-），男，江苏扬州人，本科，高校实验师，研究方向：电子与通信系统设计自动化。endprint