编者按：
随着国内卫星直播平台的发展，大大丰富了人们的文化生活。在电子爱好者中有很多人热衷于自己动手去调试接收器材，接收卫星电视节目，为此我们刊登《卫星电视接收入门讲座》，主要内容有卫星广播电视系统、卫星接收天线、卫星接收高频头及馈源、卫星接收机、卫星接收辅助器材、接收器材的安装和调整、常见的故障判断及排除等，旨在普及卫星电视接收的基础知识，同时也希望对广大卫视爱好者有所帮助。A
卫星广播电视系统简介
早期的电视广播信号主要是通过微波在地面沿直线传播，传播距离受地球弯曲弧度的影响，一般在40～60km。要增大传播距离，就需加高天线或增加中继站。天线高度的增加是有限度的，中继站的增加会使信号衰减增大，成本加大。 采用了卫星广播电视，不但扩大信号的覆盖面，减少地面微波中继站和信号传播过程中的故障率，还提高了信号的传输范围和传送质量，因此得到了广泛的应用。
卫星广播电视是由设置在赤道上空的地球同步卫星，先接收地面电视台通过卫星地面站发射的电视信号，然后再把它转发到地球上指定的区域，由地面上的设备接收供电视机收看，采用这种方式实现的电视广播就叫卫星广播电视。
卫星广播电视一般都采用同步通信卫星，每颗卫星都处在赤道上空同步轨道上的固定位置定点分布，其目的是为了使每颗通信卫星能覆盖到指定的服务区，各国发射的通信卫星纬度都为0°，经度则以卫星与地心的连线同赤道的交点（称星下点）的经度表示的，在0°～360°之间。位于东经简写为°E、位于西经简写为°W。
随着各国发射同步卫星的增加，目前世界各国已有300多颗同步卫星在360° 的静止轨道上运行，承担着电话、电视、传真、数据、广播等通信。在轨位资源日趋紧缺，卫星之间的轨位间距已由十年前的国际电信联盟（ITU）规定的5°缩小到如今的2.5°。卫星轨位间距过小，不论是地面站对邻星还是邻星对地面站，都难以避免相互间的干扰。国际电联规定，世界上不分国家大小都享有轨位资源，各国又都想把卫星发射到有利于本国的位置，除太平洋上空外，卫星在轨分布常常相互冲突或靠得很近，尤其是东半球70～120°E轨道上非常拥挤，因此利用轨道资源进行卫星通信有着国际统一标准，以便协调使用。
目前亚太地区同步通信卫星在轨分布具体如附表所示。
卫星广播电视系统主要由上行站系统、卫星转发系统和地面接收系统三大部分组成（见图1）。
2.卫星广播电视的传播方式
卫星广播电视的传播方式按传播性质可分为转播和直播两种方式：
转播 用固定卫星业务（FSS）转发电视信号，然后经地面接收站传送到有线电视前端，再由有线电视台转换成模拟电视送到用户；是进行点对点的节目传输，其特点是转发器功率较小，一般在100W以下，接收需要较大的天线，主要用于有线电视台接收，目前我国的各省台压缩上星传输采用此方式。
直播 通过大功率卫星直接向用户发送电视信号；多用于Ku波段，其特点是转发器功率较大，一般在100～300W之间，可用较小的天线接收，适用于集体和个人接收，可提供卫星直接到户的用户授权和加密管理。
3.直播卫星和卫星直播
直播卫星（DBS），通过以大功率辐射地面某一区域，传送电视、多媒体数据等信息的点对面的广播，直接供广大用户接收，属于广播卫星业务（BSS），采用Ku波段和Ka频段（有待开发）。而卫星直播（DTH），则是使用Ku波段的固定卫星业务（FSS）提供卫星直接到户（Direct To Home）的一项服务。鑫诺1号卫星Ku波段的“村村通”工程，就是卫星直播（DTH），而将要发射的鑫诺2号则是一颗DBS直播卫星。
直播卫星与传统通信卫星相比，具有如下特点：（1）转发器的功率较大，而且地面场强分布均匀，电波利用率高。家庭可用0.5m以下直径的天线接收。（2）按照需求设计，以成型多波束覆盖全国，也可以单波束覆盖全国，以提高频率利用率。（3）不受地面频率分配的限制（通信C频段受微波干扰），可开展多种类型的电视服务以及高速Internet下载等数字信息服务。（4）覆盖范围受国际公约保护，在覆盖区内不受其他卫星的溢出电波干扰。
4.数字卫星广播电视的应用
目前的数字卫星广播电视主要应用在L、C、Ku波段。
L波段（1467～1492MHz）：电波传播损耗小，单波束覆盖范围大，对卫星定位精度和姿态控制要求低，接收装置结构简单，可用普通的螺旋天线或八木天线接收，不需要碟形天线，但频带窄，节目容量小，邻星干扰大。通过便携式接收机接收高品质的音频节目和高速传输的图像、文字、数据、软件等多媒体节目，可高速（128K）下载互联网上的内容，如美国世广（World Space）卫星多媒体信息服务平台。
C波段（3.4～4.2GHz）：雨衰量小，可靠性高，服务区大，但受地面微波等干扰源的同频干扰比较严重，适用于重要的卫星节目分配业务。
Ku波段（10.7～12.75GHz）：服务区小，卫星辐射功率高，同等工作条件下可用较小的天线，高降雨区难免有雨衰中断，卫星信道和地面射频设备的成本较高，与地面干扰和邻星干扰的协调比较简单，可广泛开展卫星直播（DTH）、新闻采集（SNG）、互联网接入、远距离教学、电视购物等多项服务。
上行站系统
上行站系统包括上行站发射系统和地面测控站两大部分。
1.上行站发射系统基本工作原理
上行站发射系统的作用是将电视节目制作中心送出的图像和伴音信号进行调制、均衡、变频处理，将基带信号变为14GHz（Ku波段）或6GHz（C波段）的高频信号（称为上行信号），经高功率放大后送至馈源，再通过定向天线向卫星发射；同时也接收由卫星下行转发12GHz或4GHz的信号（称为下行信号），包括卫星转发的下行信号及卫星发出的信标信号，经低噪声放大，变频及解调后还原成视频和音频信号，供上行站监测电视传输质量用，信标信号送至跟踪接收机，经放大处理后，送至天线驱动机构，完成天线对卫星自动跟踪。
上行频率指发射站把信号发射到卫星上用的频率，由于信号是由地面向上发射，所以叫上行频率。下行频率指卫星向地面发射信号所使用的频率。不同的转发器所使用的下行频率不同，一颗卫星上有多个转发器，所以会有多个下行频率。
2.卫星传送节目的方式
卫星传送节目可分为单路单载波和多路单载波两种方式。
单路单载波（SCPC）是对每一路信号分配一个载波的频分多址方式，它表示每个载波只传送一套电视节目，SCPC方式适用于仅仅传送一套卫星电视节目的电视台，我国每个省级电视台就属于这种情况。由于仅传送一套节目，因此卫星上行地球站传输的符号率就比较低，典型的数值在4Mbps～7 Mbps之间，同时占用的频带也就比较窄，通常不超过7MHz，这样一个卫星转发器可以传送五套采用 SCPC方式的电视节目。 SCPC适用于上行站不在同一地点而需要用同一个转发器的情况，缺点是一套节目需要一个上行站。
多路单载波（MCPC）指几套节目的数据流合成一个数据流，然后调制到一个载波上发送到卫星转发器，目前国内大多数节目以这种方式传输，在上行站内首先对要传送的多套数字信号进行复接，再通过信道编码环节后进行数字调制，最后使用一个载波将信号发送出去。由于传送的节目多，因此与SCPC方式相比较，上行站传送的符号率较高，占用的频带也较宽，但频带和功率利用率较高，适用于多路信号在同一地点上星。
3.地面测控站
地面测控站主要任务：一是测量卫星的各种工程参数和环境参数，二是对星上设备的工作状态、天线姿态、轨道位置进行控制。
地面测控站是上行站发往卫星的指令执行机构。同步在轨卫星必须对地球或其他基准物保持准确的位置，如收发天线必须对准地球，太阳能电池板必须朝向太阳，卫星的运行周期必须与地球自转同步，在轨位置必须保持在规定的范围内，设备出现故障必须倒向备用等等。一旦出现异常故障时，星上的指令执行机构根据地面测控站的指令迅速启动进行调整或倒向备份。
卫星转发系统
卫星转发系统由卫星收发天线、卫星转发器和卫星能源系统组成。
1.卫星收发天线
早期卫星上转发器不多，星载天线也不多，所以形成的波速很少，基本上是固定指向的面波束，现代卫星由于转发器的增多，星载天线也很多，大多采用点波束或多波束，以实现不同极化、波段和指向的波束幅射。
（1）全球波束（Global Beam）：环球国际通信卫星下行波束的一种形式，星载天线采用大于17°宽度的波束，由三个分别位于大西洋、太平洋和印度洋上空的通信卫星构成，以幅射全球三分之一的面积。由于全球波束覆盖面积远大于仅覆盖一个地区的国内卫星，所以环球卫星信号的EIRP强度很弱，一般需要9米以上的天线。
（2）点波束（Spot Beam）：波束截面为圆形或椭圆形，覆盖地球表面的一定区域，此波束要比全球波束小。
（3）成形波束（又称赋形波束）：为提高效率和避免电波外溢对相邻地区的干扰，将天线幅射波束的方向图设计成与服务区的地理形状相似，即为成形波束。成形波束可以减小卫星之间的间隔，有利于在同步轨道上放置更多的广播通信卫星。
2.卫星转发器
（1）简介
卫星转发器实际上是一个高灵敏度，宽频带的空间中继站，它将上行站发来的上行信号，经频率变换为下行信号，再放大到一定功率后向地面指定的区域发射，供地面接收设备接收。目前卫星转发器的发射功率为几十瓦到一百瓦， 每一路音视频和数据通道都经一个卫星转发器接收处理后再传输，每个转发器处理的信号都有一个中心频率及一定的带宽，C波段工作频率为4～6GHz，带宽为36MHz；Ku波段为12～14 GHz，带宽为54MHz；一组通信卫星通常有12～24个转发器。
（2）卫星转发器的参数指标
品质因素（G/T）：接收天线增益G与接收系统噪声温度T之比值，它决定了卫星接收系统的性能。G/T值增加，则意味着图像质量提高。利用减小低噪声放大器的噪声温度和增加接收天线的尺寸均可以提高G/T值。
饱和通量密度（SFD）：上行载波将转发器推到饱和时，在接收天线口面所达到的通量密度；它不是一个固定值，可通过改变转发器内部增益来调整。
等效全向辐射功率（EIRP）：天线增益与功放输出功率之对数和。天线增益随频率而变，不同转发器的功放输出功率略有不同。
波束图：一颗广播卫星的EIRP是随着接收地点的改变而改变的，为方便工程设计之用，将卫星的EIRP标注在地图上，称为卫星的波束图或卫星的覆盖区域，它是选择天馈接收系统的依据。
极化方式：在卫星广播系统中，采用线极化和圆极化这两种方式。
所谓的极化方式是指电波产生的电磁场振动方向的变化方式，按照极化方式的不同，电波可分为线极化波和圆极化波两种类型。电波在空间传播时，如果电场矢量的空间轨迹为一条直线，始终在一个平面内传播，则称为线极化波。若电场矢量在空间的轨迹为一个圆，即电场矢量是围绕传播方向的轴线不断地旋转，则称为圆极化波。
线极化波可分为水平极化波（H）和垂直极化波（V）两种，水平极化波的极化方向与地面平行；垂直极化波的极化方向与地面垂直。
圆极化波可分为左旋圆极化波（L）和右旋圆极化波（R）两种，左旋圆极化波的极化方向逆时针变化，右旋圆极化波的极化方向顺时针变化。
采用线极化方式和圆极化方式各有各的优缺点，线极化方式的设备结构简单，但安装维护复杂，而圆极化方式其电波穿过雨雾层和电离层的衰减小，且接收不用调整极化角，安装维护简单，但设备结构复杂。一般国际通信卫星通常为圆极化方式，而区域性广播卫星大多采用线极化方式。
频率复用：在卫星广播系统中，为了充分的利用宝贵的频谱资源，采用了频率复用技术，即在同一频带内，采用两种不同的极化方式传输两套不同的信号，两者之间存在极化隔离，因此互不干扰。在C波段中，一般以每40MHz为一个间隔安排频道，为防止转发器间的串扰，之间留有4MHz的防卫度，实际使用带宽为36MHz，可安排12个信道，再通过极化隔离、频率复用，信道数可加倍为24个。
3.卫星能源系统
卫星能源系统包括太阳能电池板和蓄电池。太阳能电池板所获得的电源是卫星的主要能源，平时太阳能电池板为星载转发器提供电源，同时也给蓄电池进行浮充电；在出现地星蚀或月星蚀，卫星进入太阳阴影区，电池板因无光照无法供电，此时备用蓄电池便开始工作，太阳能电池板的寿命决定了卫星的使用寿命。
卫星地面接收系统
卫星地面接收系统由室外单元（包括接收天线、馈源、高频头等）、室内单元（主要是卫星接收机）和之间的连接馈线（同轴电缆）组成。
室外单元的天线和馈源合称天馈系统，其中天线是接收发射到地面的卫星信号，馈源为天线提供有效的照射；室外单元的高频头的作用是将接收的卫星信号进行放大、下变频，转换为符合接收机频率范围（950～2150MHz）内的射频信号，再通过同轴电缆传送到卫星接收机。
室内单元的卫星接收机作用是接收C、Ku等波段高频头输出信号，并且为高频头提供电源。将950～2150MHz射频信号进行低噪声放大、变频和解调处理后，输出音视频信号，供电视机接收。
卫星地面接收系统分为两种类型，一种是集体接收系统，一般用于有线电视系统内；另一种是个人接收系统，两个系统组成之间的区别见图2和图3。
文/沈永明