發(fā)射臺(tái)節(jié)傳機(jī)房衛(wèi)星接收設(shè)備原理與故障探析

鄭虹

摘 要 本文簡(jiǎn)述了廣播發(fā)射臺(tái)節(jié)傳機(jī)房節(jié)目傳送系統(tǒng)的組成，針對(duì)廣播發(fā)射臺(tái)節(jié)目源的接收系統(tǒng)：衛(wèi)星接收天線、高頻頭、功分器、數(shù)字衛(wèi)星接收機(jī)等設(shè)備原理及使用中出現(xiàn)的典型故障與處理進(jìn)行了論述。

關(guān)鍵詞 發(fā)射臺(tái) 節(jié)傳機(jī)房 衛(wèi)星天線 數(shù)字衛(wèi)星接收機(jī)

中圖分類號(hào)：TN943.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2015.07.028

Transmitting Station Section Transmission Room Satellite

Receiving Equipment Principle and Failure Analysis

ZHENG Hong

（State Press and Publication Administration of Radio， Qiliuyi Station， Yong'an， Fujian 366000）

Abstract This paper describes the composition of radio transmitting Section transmission room program transmission system for Transmitting station broadcasting the program source receiving system： a satellite dish， LNB， splitters， digital satellite receivers and other equipment principle and appears in typical fault and treatment are discussed.

Key words transmitting station; section transmission room; satellite antenna; digital satellite receiver

0 引言

任何一條衛(wèi)星通信線路都是由發(fā)射端、接收端地面站，上行、下行線路，衛(wèi)星和通信衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器組成。因此，衛(wèi)星地面站是衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分。目前，全國(guó)各地的直屬無(wú)線電廣播電視發(fā)射臺(tái)的節(jié)目傳送系統(tǒng)，主要是通過(guò)設(shè)置在地球赤道上空與地球同步的衛(wèi)星，把接收來(lái)自北京和呼市上行地球站傳送的廣播電視信號(hào)，再轉(zhuǎn)發(fā)到地球上的指定區(qū)域即地面接收站（發(fā)射臺(tái)節(jié)傳機(jī)房的衛(wèi)星接收系統(tǒng)就是專用廣播電視地面衛(wèi)星接收站）。本文結(jié)合在發(fā)射臺(tái)節(jié)傳機(jī)房工作實(shí)踐，對(duì)發(fā)射臺(tái)廣播電視節(jié)目源的接收系統(tǒng)的組成和運(yùn)維談?wù)劰P者的體會(huì)和見解。

1 衛(wèi)星廣播電視傳輸系統(tǒng)

隨著衛(wèi)星通信技術(shù)的發(fā)展，直屬?gòu)V播電視發(fā)射臺(tái)節(jié)目源配置了上行地球站和衛(wèi)星地面接收站，為保障節(jié)目源的不間斷、高質(zhì)量、高清晰度提供了強(qiáng)大的技術(shù)支持。圖1是衛(wèi)星廣播電視傳輸系統(tǒng)，它是由衛(wèi)星廣播電視上行地球站、臺(tái)站衛(wèi)星地面接收站和衛(wèi)星組成。廣播電視上行地球站是將需要播出的音頻和視頻信號(hào)調(diào)制到工作波段的載波上，經(jīng)大功率放大后輸送到衛(wèi)星發(fā)射天線，由衛(wèi)星發(fā)射天線發(fā)射到地球赤道上空的衛(wèi)星上，再通過(guò)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器發(fā)送到地面;臺(tái)站衛(wèi)星地面接收站是通過(guò)衛(wèi)星接收天線，將接收來(lái)自衛(wèi)星的上行信號(hào)進(jìn)行頻率和極化變換，再經(jīng)功率放大、檢波后輸送到終端系統(tǒng)，即發(fā)射機(jī)發(fā)射到服務(wù)區(qū)。從圖1中可以了解到衛(wèi)星天線的朝向都是朝向通信衛(wèi)星，為了使接收的衛(wèi)星信號(hào)質(zhì)量、強(qiáng)度最佳，衛(wèi)星天線必須實(shí)時(shí)對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星。因此，上行地球站和下行地面站的天線還具有天線饋電部分、跟蹤部分和驅(qū)動(dòng)部分，尤其是擔(dān)負(fù)發(fā)射任務(wù)的上行站衛(wèi)星天線。

2 衛(wèi)星地面接收站

衛(wèi)星地面站是衛(wèi)星通信系統(tǒng)中重要的組成部分，各種用途的地面站略有差異，但基本設(shè)施相同，在廣播發(fā)射臺(tái)節(jié)傳機(jī)房的衛(wèi)星地面接收站如圖2所示，主要由衛(wèi)星接收天線、饋源、高頻頭、饋線、功分器、數(shù)字衛(wèi)星接收機(jī)組成。下面分別進(jìn)行介紹：

（1）衛(wèi)星接收天線：是衛(wèi)星廣播電視地面接收站的最基本的前端設(shè)備之一，它也是衛(wèi)星信號(hào)接收的反射器，呈拋物面體，俗稱為“鍋”;工作中它是電磁波的收集器，是利用拋物面聚焦特性，將衛(wèi)星發(fā)送的高頻電磁波信號(hào)反射和聚焦到衛(wèi)星天線的焦點(diǎn)上，再通過(guò)饋源和波導(dǎo)將聚焦的電磁波傳送至高頻頭（LNB）無(wú)線電波的輸入端。由于不同頻率和不同發(fā)送方式的無(wú)線電波，必須采用不同的接收天線和不同的極化方式，才能有效地將衛(wèi)星發(fā)送的微弱信號(hào)接收下來(lái)，達(dá)到高頻頭輸入電平的要求。

圖1 衛(wèi)星廣播電視傳輸系統(tǒng)

直屬?gòu)V播發(fā)射臺(tái)衛(wèi)星接收天線主要有C波段天線和KU波段天線;一般主用采用KU波段，該頻段屬衛(wèi)星廣播專用頻段，能夠有效防止避免與地面通信間的相互干擾，該段范圍較寬，能容納的頻道多，有利于廣播的使用和發(fā)展。主要技術(shù)參數(shù)：本振頻率：11300MHZ，下行頻率：1262905MZH，符號(hào)率：18MSPS，極化方式：垂直極化，22K控制開關(guān)：關(guān)，調(diào)制方式：QPSK。由于采用了增益高拋物面天線，這樣星載轉(zhuǎn)發(fā)器和地面站的天線可以做得小，建設(shè)快，投資少，易維護(hù)。缺點(diǎn)：電波傳播的損失遇雷雨衰減較大。

C波段具有較好的抗擊雨衰、雪衰的性能，彌補(bǔ)了KU波段的不足;它的本振頻率：5150MHZ，下行頻率：4175 MHZ，符號(hào)率：18MSPS，極化方式：垂直極化，22K控制開關(guān)：關(guān)，調(diào)制方式：QPSK，與KU波段互為備用。

（2）饋源：是高增益的能量轉(zhuǎn)換器，并可對(duì)接收到的電磁波進(jìn)行極化轉(zhuǎn)換，與饋源相連還有波紋盤，它不但負(fù)責(zé)固定饋源，而且通過(guò)三根角度120€暗鬧С鷗耍≡垂潭ㄎ揮諤煜叻瓷涿娼溝憒Γ饔檬鞘占優(yōu)孜錈嫣煜叻瓷淶奈佬切藕啪勱溝礁咂低貳？

（3）高頻頭：又稱低噪聲下變頻器，主要功能是將接收到的衛(wèi)星下行頻率信號(hào)（衛(wèi)星高頻信號(hào)進(jìn)行低噪聲寬頻帶放大，而后對(duì)信號(hào)進(jìn)行下變頻處理（利用本機(jī)振蕩電路將高頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成中頻 950MHz-2150MHz，以避免信號(hào)頻率太高造成饋線損耗過(guò)大）。低噪聲放大器要求噪聲系數(shù)低，增益較高，對(duì)天線接收到的微弱的衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行有效的放大，提高接收系統(tǒng)的信噪比。

高頻頭分為KU波段和C波段兩類，主要是把從衛(wèi)星天線接收到的微弱的微波信號(hào)，通過(guò)波導(dǎo)/微帶轉(zhuǎn)換器送到低噪聲寬帶放大器，通過(guò)低噪聲寬帶放大器將信號(hào)放大，再通過(guò)鏡頻抑制濾波器抑制外界干擾信號(hào)，進(jìn)入第一混頻器，由第一混頻器與本振信號(hào)進(jìn)行下變頻，得到第一中頻信號(hào)，最后通過(guò)前置第一中頻放大后送給衛(wèi)星接收機(jī)。

高頻頭輸入阻抗是50歐姆，高頻頭使用的電源是衛(wèi)星接收機(jī)提供的直流電源，通過(guò)第一中頻電纜送到高頻頭;垂直極化的電壓是14V，水平極化電壓是18V。

高頻頭指標(biāo)參數(shù)（C波段： GAIN：65db，In： 3.4-4.2GHZ，IF：0.95-1.75GHZ，Lo：5.5GHZ）;Ku波段（GAIN ：62 db，F(xiàn)req： 12.25GHZ，NF： 1.2 db，Lo： 25khz）。

（4）饋線：既從高頻頭輸出到接收機(jī)的射頻輸入插口連接（75 同軸電纜）。

（5）功分器：是將高頻頭輸送來(lái)的第一中頻信號(hào)分成相等的幾路信號(hào)輸出，用來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)地面衛(wèi)星天線能同時(shí)為多臺(tái)衛(wèi)星接收機(jī)提供信號(hào)源。功分器分有源和無(wú)源兩類，除了將高頻頭送來(lái)的中頻信號(hào)進(jìn)行等分外，還能夠?qū)πl(wèi)星接收機(jī)與接收機(jī)之間進(jìn)行有效隔離，減少接收機(jī)本振泄漏引起的相互干擾。

（6）衛(wèi)星接收機(jī)：以直屬發(fā)射臺(tái)配置的ACS1240AT數(shù)字音頻接收機(jī)敘述。主要功能特點(diǎn)：該接收機(jī)具有模擬平衡音頻輸出接口，分別對(duì)應(yīng)立體聲信號(hào)的左、右聲道，也可以接收兩套單聲道;信號(hào)輸出采用兩個(gè)卡儂音頻接頭（針式XLR連接器），最大模擬輸出電平+18 dbm字音頻平衡輸出接口，支持AES/EBU格式，信號(hào)輸出采用一個(gè)卡儂音頻接頭;控制信號(hào)為RS-232接口：遙控接口，采用9針D型陽(yáng)性接口（DB9），可連接終端設(shè)備（如計(jì)算機(jī)、串口服務(wù)器等），通過(guò)此遙控接口向衛(wèi)星接收機(jī)發(fā)送控制命令（設(shè)置），取回衛(wèi)星接收機(jī)的工作狀態(tài)或當(dāng)前參數(shù)配置。控制信號(hào)通過(guò)串口服務(wù)器、交換機(jī)傳輸。

接收機(jī)接收的信號(hào)為L(zhǎng)波段信號(hào)（950M-2150M），工作中接收機(jī)通過(guò)電子調(diào)諧器選擇所需要接收的衛(wèi)星信號(hào)，當(dāng)設(shè)置了頻道的下行頻率、符號(hào)率和本振頻率后，調(diào)諧器就可選出所需要頻道的信號(hào)（既接收機(jī)進(jìn)行差值計(jì)算，本振頻率-下行頻率=L-Band）。高頻信號(hào)經(jīng)高頻頭接收后，輸出ES流（節(jié)目流）信號(hào)經(jīng)分接器進(jìn)行分接處理，提取出所需要的節(jié)目及節(jié)目PID存入存儲(chǔ)器中;它既保證了所鎖定的節(jié)目音頻PID不會(huì)丟失。同時(shí)，節(jié)目運(yùn)行圖也存入了存儲(chǔ)器中，并且保證了所存入的運(yùn)行圖斷電不丟失。控制部分處理節(jié)目運(yùn)行圖的運(yùn)行，保存節(jié)目運(yùn)行圖，按照設(shè)置的節(jié)目播出表執(zhí)行PID切換和播出。音頻解碼部分通過(guò)解碼電路解出音頻數(shù)據(jù)，數(shù)字音頻信號(hào)經(jīng)過(guò)音頻變壓器隔離后輸出，數(shù)字輸出接口支持AES/EBU格式，且為平衡輸出。電源電路除提供機(jī)內(nèi)工作電壓外，還為高頻頭提供電源。

指標(biāo)參數(shù)：RS-232，串口設(shè)置為9600bps，無(wú)奇偶校驗(yàn)，8個(gè)數(shù)據(jù)位，一個(gè)停止位;模擬接口，輸出達(dá)18dbm的模擬平衡音頻信號(hào);運(yùn)行圖規(guī)格為20張運(yùn)行圖，可以設(shè)置24個(gè)播出時(shí)間段。

3 典型故障分析

3.1 高頻頭雷擊損壞或其它原因造成損壞

故障現(xiàn)象：工作中某波段接收機(jī)突然全部無(wú)信號(hào)輸出，無(wú)場(chǎng)強(qiáng)指示。

故障分析：當(dāng)播音中某波段接收機(jī)全部沒(méi)有信號(hào)，無(wú)場(chǎng)強(qiáng)指示，（排除惡劣氣候雨衰、雪衰、日凌和衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)前端造成的節(jié)目源中斷），以天線部分為例進(jìn)行分析，即按照功分器——電纜——高頻頭進(jìn)行排查。

處理方法：當(dāng)發(fā)現(xiàn)主用節(jié)目源中斷，應(yīng)即刻倒用備份節(jié)目系統(tǒng);（手動(dòng)操作TB-2型廣播節(jié)目調(diào)度系統(tǒng)“手動(dòng)節(jié)目選擇”，或“手動(dòng)節(jié)目調(diào)度”開關(guān)置各對(duì)應(yīng)發(fā)射機(jī)相同節(jié)目類別備份節(jié)目上，并監(jiān)聽備份節(jié)目源是否正常）。

然后對(duì)故障進(jìn)行排查：首先查看有源功分器電源指示是否正常，然后測(cè)量功分器到高頻頭電纜頭+18V是否正常，如果正常則重點(diǎn)對(duì)高頻頭進(jìn)行檢查;方法是用萬(wàn)用表測(cè)量高頻頭正反向電阻是否正常（正常值：正向電阻60～70K ，反向?yàn)椤蓿褂?00型萬(wàn)用表R€？K檔）;如果斷定為高頻頭故障，更換高頻頭時(shí)應(yīng)先做好衛(wèi)星接收天線的方位角和俯、仰角的標(biāo)志，更換的高頻頭的電纜F連接頭需用防水膠帶處理扎好;更換好高頻頭將天線恢復(fù)原位，還應(yīng)對(duì)天線的方位角、俯仰角進(jìn)行細(xì)調(diào)直至接收機(jī)場(chǎng)強(qiáng)最大;當(dāng)試機(jī)正常后應(yīng)手動(dòng)操作TB-2型廣播節(jié)目調(diào)度系統(tǒng)的“手動(dòng)節(jié)目選擇”或“手動(dòng)節(jié)目調(diào)度”開關(guān)至自動(dòng)位置。

3.2 數(shù)字衛(wèi)星接收機(jī)故障

故障現(xiàn)象：播音中某臺(tái)數(shù)字衛(wèi)星接收機(jī)無(wú)信號(hào)輸出。

故障分析：當(dāng)播音中某接收機(jī)突然無(wú)信號(hào)輸出，首先將故障接收機(jī)與其它同波段接收機(jī)進(jìn)行對(duì)比，直觀地查看接收機(jī)電源指示，輸出電平指示是否正常。

處理方法：首先，立即倒用備份接收機(jī)播音，監(jiān)聽備份機(jī)是否正常;然后，拆下故障接收機(jī)F連接頭用萬(wàn)用表測(cè)接收機(jī)有無(wú)+18V輸出，如果沒(méi)有，極有可能是接收機(jī)內(nèi)高頻頭（電子調(diào)諧）等部分故障，應(yīng)更換備用接收機(jī);更換后試機(jī)正常再倒回主用節(jié)目系統(tǒng)工作。

3.3 Ku波段出現(xiàn)雨衰或雪衰

故障現(xiàn)象：接收機(jī)場(chǎng)強(qiáng)和輸出信號(hào)逐漸變小，噪音增大，直至節(jié)目信號(hào)中斷，此時(shí)接收機(jī)告警燈亮。

故障分析：由惡劣氣候雨衰、雪衰、日凌造成的節(jié)目源時(shí)有時(shí)無(wú)、斷斷續(xù)續(xù)、信號(hào)變小直至中斷等。

處理方法：立即手動(dòng)操作TB-2型廣播節(jié)目調(diào)度系統(tǒng)的“手動(dòng)節(jié)目選擇”或“手動(dòng)節(jié)目調(diào)度”，選擇C波段上的廣播節(jié)目信號(hào);如果是雨衰、日凌，這段時(shí)間一過(guò)將自動(dòng)能恢復(fù)正常;如果是雪衰需即刻清除天線上的積雪即可恢復(fù)正常;恢復(fù)正常后，手動(dòng)操作TB-2型廣播節(jié)目調(diào)度系統(tǒng)到自動(dòng)位置。

4 結(jié)語(yǔ)

以上是對(duì)衛(wèi)星廣播電視地面接收系統(tǒng)的衛(wèi)星接收天線，高頻頭、功分器、接收機(jī)了解，以及結(jié)合設(shè)備運(yùn)維中典型故障分析與體會(huì)，希望與同行共勉，也殷切希望得到大家的指教。

參考文獻(xiàn)

[1] 高峰.數(shù)字音頻廣播與數(shù)字高清晰度電視.中國(guó)廣播電視出版社，2003.

[2] 劉修文.衛(wèi)星數(shù)字電視接收機(jī)的使用與維護(hù).北京：人民郵電出版社，2002.

[3] 顏曉濱.數(shù)字衛(wèi)星接收機(jī)常見故障的分析.中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2012（12）.

[4] 武士勇.衛(wèi)星數(shù)字電視接收機(jī)原理及故障排除.數(shù)字化用戶，2013（10）.