直播衛星北斗戶戶通一體化下變頻器關鍵技術研究

+ 孫功憲（泰斗微電子科技有限公司）

一、雙信號的接收通過同一電纜傳輸帶來的挑戰

直播衛星戶戶通作為廣電的重大民生公益工程，一直都是政府重點監管地帶。廣播電視作為黨和政府的喉舌，必須要保護其安全、綠色健康、可管可控。廣電總局于2017年頒布北斗LNB行業技術標準《GD/J071-2017具備接收北斗衛星信號功能的衛星直播系統一體化下變頻器技術要求和測量方法》。北斗LNB接收L頻段的北斗衛星導航信號并濾波、放大；接收直播衛星電視信號并進行Ku波段濾波、放大及下變頻；將電視中頻信號和北斗信號合路送到同軸電纜（圖1）；也可以將北斗信號、電視信號采用合路器的方式進行混頻（圖2）。

直播衛星電視信號為950-1450MHz，北斗信號為1561MHz，兩者相差110MHz，頻點近，北斗信號要比電視信號弱約60dB, 并且越往北方地區（如新疆、內蒙、哈爾濱等）定位、電視信號都越弱。在實際使用中，還需要充分考慮戶戶通應用場景特點，例如有些鄉村地區會處在山區，山坡樹林等遮擋物較多，經常會處于半天空甚至1/4天空，并且實際安裝時線纜一般品質都不高，信號衰減很大，以及各種強抗干擾的情況（高壓線變電站、通信基站、特殊工業作業場所），還有極寒、雨雪等惡劣使用環境，必須具有良好的適應性。

二、雙信號干擾關鍵技術問題的解決

為解決雙衛星信號的干擾問題，必須在放大器電路后加入高阻帶抑制、頻率精確穩定的濾波器，抑制直播衛星電視信號對北斗衛星信號的干擾。高抑制比是整個通路設計的關鍵。由于雙衛星信號頻率間隔很近，采用分立LC元器件的濾波器很難實現這種高抑制比，濾波器的矩形系數差。必須采用專門設計的濾波器，要求矩形系數好，阻帶抑制好，能有效保證北斗衛星擴頻信號不受到直播衛星電視信號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，使得信號傳輸性能好。

圖1 典型的北斗戶戶通LNB架構

圖2 雙信號合路典型原理

如圖2所示，北斗衛星信號經過兩級LNA放大、聲表濾波，信號強度約-90dBm；直播衛星電視信號到達地面時信號強度約為-123dBm，經過兩級LNA放大、鏡像抑制濾波，輸出的衛星電視信號強度約-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的信號強度，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，衰減應大于38dB。輸出接口要加一個50歐姆轉75歐姆匹配電路，以匹配同軸電纜傳輸到機頂盒。實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、北斗接收天線的設計方案

北斗信號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，設計簡單但成本較高；螺旋天線方向性較好；PIFA天線源自于手機，設計、測試難度較大但性價比最高。

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性增長。北斗LNB作為關鍵產品，實現衛星電視、北斗信號同一電纜傳輸進入千家萬戶，高性價比、高性能是其必然選擇，關鍵技術的解決將大大促進我國戶戶通產業的發展。SATNET

圖5 PIFA天線典型設計