數字電視衛星接收天線的設計與制作

摘 要：衛星天線作為數字電視通信系統中不可缺少且非常重要的部件，其本身的質量直接影響著數字電視衛星通信系統的整體性能.

關鍵詞：數字電視；衛星接收天線；設計

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

隨著社會的進步與科技的發展，數字電視正以迅猛之勢進入到普通老百姓的家中，數字電視信號與模擬電視信號相比不僅節目數量多，而且信號穩定性好，信息量大，既可以收看電視節目，也可以實現多媒體信息傳送，人機智能交互等功能。現在數字電視信號采用的是衛星傳送，這就需要設計一個數字電視衛星接收天線來接收信號，所以衛星天線作為數字電視通信系統中不可缺少且非常重要的部件，其本身的質量直接影響著數字電視衛星通信系統的整體性能，本文從數字電視衛星接收天線的原理、天線設計要素、天線焦點確定方法、天線支架的選擇以及天線的調試與安裝等幾個方面來講述數字電視衛星天線的設計與制作。

1 數字電視衛星接收天線的原理

天線是任何無線電通信系統都離不開的重要前端器件，盡管設備的任務并不相同，但天線在其中所起的作用基本上是相同的，它是將發射機輸出的高頻電流能量轉換成電磁波輻射出去，或將空間電波信號轉換成高頻電流能量傳送給接收機，天線一般要具備一定的方向特性，較高的轉換效率，并能滿足系統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，設計時根據不同的情況來進行選擇。數字電視衛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性質將衛星傳到地面的微弱電視信號反射后聚焦，使信號能量集中到安裝在焦點上的饋源，通過饋源傳送到衛星接收機進行解碼成為高清的電視信號。天線的增益與拋物面的直徑、衛星信號的波長、天線的效率有關，當工作波長一定時，拋物面的直徑越大，其效率也越高，天線的增益也越大。

2 數字電視衛星接收天線設計的要素

數字電視衛星接收天線形式與尺寸的選擇要符合要求。設計制作數字電視衛星接收天線時，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很合適的選擇，它不僅能根據需要進行方便的加工，而且其表面光滑平整對信號的反射效果也很好，總之，接收天線增益和口徑的選擇，主要依據接收衛星的等效全向輻射功率和接收圖像所要達到的質量等級。通常先對接收系統的品質因素提出要求，然后結合室外單元的噪聲溫度來確定。

設計天線時還要考慮各種波段的特點，如 C波段天線，口徑越大接收效果越好；Ku波段天線，當接收信號強度達到接收機門限后，其接收效果與天線口徑大小無直接關系，但接收天線口徑增大后可以減小電波在雨中傳播時引起的損耗。這方面Ku波段的電波受降雨的影響較C波段的大，為此為提高信號接收質量，可以適當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尖形塑料帽等方法減少饋源口雨滴的存在時間，最終來降低能量損耗。

設計數字電視衛星接收天線在饋源的選擇時應選擇能靈活方便地工作于垂直極化與水平極化兩種狀態的饋源，若是接收中星9號的下行信號，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整。

另外根據當地的氣候狀況、環境以及使用壽命來選擇板狀天線還是網狀天線。對于一些化工業比較集中的地方還應當選擇抗腐蝕的材料來制作，以提高使用壽命。

3 數字電視衛星接收天線焦點確定的方法

從數字電視衛星信號接收的效果上看，Ku波段的扁饋接收天線容易制作，也是設計者的首選。其接收天線焦點的確定，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）。當長軸、短軸確定之后，利用橢圓的焦點公式確定橢圓的兩個焦點，如圖所示。當兩個焦點確定之后下一步的工作就是高頻頭支桿L桿的設計制作。在L桿相對較短的一邊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桿拐點的距離BE為0.6一0.65D。反射面的安裝高度應以橢圓的長軸為準，反射口面CD應平行于支桿AB，這樣可以使天線仰角測量比較準確。另外應該保證DF與支桿BE平行，F為它的焦點，高頻頭安裝線在L桿上時要正對著反射面的中心，側面看高頻頭中心線對著反射面中心偏上一點。天線正焦點C1與拋物面焦點F的距離為0.6D—0.65D。

由于反射面制作時有一定誤差，難以達到理想的拋物面效果，所以有時可以通過增大反射面的直徑來提高信號質量。天線正焦點C1處可以較其他部位多凹1cm左右，這樣可使得接收的信號能更有效地反射進入高頻頭，使天線的效率得到進一步的提高。

天線的焦距確定的一種方法是利用太陽光對焦，在調好天線的仰角之后，讓光線通過窗戶照在反射面上，讓反射后的光線聚在一個平面上，這時慢慢地移動反射面，當平面上的光斑最小或光點最亮處即為天線的焦點F。但也要注意這樣做會有兩個焦點，其中一個是正焦點。調整方法是將反射面中心正對太陽，然后將反射面向下壓，讓光點和L桿接近，使光點滿足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，應讓CDBEF五點共面，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星方位和仰角，將反射面對準衛星，接好接收機，調星時手拿高頻頭，在L桿上沿BE方向移動（要注意的是，極化角的存在不要有太大的晃動），當然如果是接收中星9號的下行信號，由于它的極化方式是圓極化的，可以忽略極化角這個因素，以減少對焦的工作量。

4 數字電視衛星接收天線支架的選擇

支架的選擇應根據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整。endprint

5 數字電視衛星接收天線的調試

數字電視衛星天線的調試就是對其仰角、方位角與極化角的調整，所以調試時首先要知道當地經緯度及衛星定點的軌位，并利用曲線圖來查找當地的仰角及方位角。例如天津的北緯為39.13N，東經為117.20E，其所接收的亞洲3號衛星軌位是東經105.5°，當地經度與衛星經度差為11.70°，在曲線圖可以找到該點仰角為43°，方位角為19°。另外還可以登陸中國電視衛星網站查詢各個城市接收衛星的方位角、仰角及極化角。

數字電視衛星天線方位角調整時一般以正南方向為標準，根據接收地與接收衛星的經度關系將衛星天線的指向偏東或偏西調整一個角度，接收最強的衛星信號。仰角的大小調整可以通過天線螺桿上的螺母，螺母向上調，天線下沿邊向上調，仰角增大，反之減小。調整好天線的方位角和仰角后，通過正確連接衛星接收機與電視機的連接線接口，啟動電視機與衛星接收機，將電視機置于對應的AV接口狀態下。對于目前常見的盲掃型的衛星接收機，當天線的方位角、仰角、極化角調整好之后，只要進行一次自動搜索之后就可以收看電視節目。衛星接收饑多數為盲掃型，直接按搖控器進入調星界面，在視窗界面中天線仰角與方位角正確或差不多時，立即出現相應的信號強度與信號質量，在接收的“信號質量”達到一定數值后（一般為30%以上時）就能正常觀看衛星傳送的數字電視節目。

6 數字電視衛星接收天線安裝

安裝數字電視衛星接收天線時不能影響電視信號的接收，盡量避免裝在高層建筑和樹木的后方，以及干擾信號較強的地方。另外天線的基礎要牢固，防止在風力大的時候產生位移及損壞，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，數字電視衛星接收天線的設計與制作過程并不簡單，需要細心收集、整理材料，精確地確定焦點，精心地制作出表面光滑，符合要求的天線面，這樣設計出的數字電視衛星接收天線才能接收到更多高質量的節目信號。

參考文獻：

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作者簡介：嚴勇（1974-），男，江蘇揚州人，本科，高校實驗師，研究方向：電子與通信系統設計自動化。endprint