1 卫星电视下变频器(高频头)的浸染
卫星电视低噪声下变频器又称为高频头(也称卫星电视的室外单元)，它是由微波低噪声放年夜器，微波混频器，第一本振和第一中频前置放年夜器组成
。
一般的卫星电视领受系统首要搜罗：(1)天线；(2)馈源；(3)低噪声下变频器，也称为高频头(是由低噪声放年夜器与下变频器集成的组件)，用LNB暗示；(4)电缆线；(5)端子接头；(6)卫星领受机；(7)电视领受机。
因为卫星电视领受系统中的地面天线领受到的卫星下行微波旌旗灯号经由约40 000 km摆布的远距离传输已长短常微弱，凡是天线馈源输出载波功率约为-90dBmW［注］。若馈线损耗为0.5 dB，则低噪声放年夜器输入端载波功率为-90.5 dBmW。第一变频器和带通滤波器的损耗约为10 dB，第一中放的增益约为30 dB。这样，若低噪声放年夜器给出增益(40～50) dB，则下变频器输出端可以输出(-30～-20) dBmW的旌旗灯号。是以，卫星电视下变频器的浸染是在保证原旌旗灯号质量参数的前提下，将领受到的卫星下行频率的旌旗灯号进行低噪声放年夜并变频。
2 卫星电视下变频器的结构
卫星电视下变频器中的低噪声放年夜器一般是将波导同轴转换器与低噪声放年夜器合成一个部件。如不美观要达到噪声温度低和增益高，凡是包含3～4级放年夜，前两级为低噪声放年夜器，首要采用高电子迁移率晶体管HEMT器件，后两级为高增益放年夜器，首要采用砷化镓场效应晶体管GaAsFET。典型的LNA的噪声温度在C波段约为(20～40)°K。增益约为(40～50) dB，输出输入电压驻波比(VSMR)小于1.5。图3给出了低噪声放年夜器(LNA)的电事理图，设计时凡是先给出需要的参数，如S参数、电路级数、匹配电路的体例、噪声参数、输出输入阻抗等等，然后操作计较机CAD软件进行优化设计并作出微带线电路图。
第一变频器和带通滤波器是由第一本振、第一混频器及带通滤波器组成的，其浸染是将低噪声放年夜器输出的下行微波旌旗灯号变为中频旌旗灯号，变频前后旌旗灯号的带宽连结不变。
第一本振凡是以介质谐振器振荡器作为谐振回路，采悠揭捉?合微带线耦合能量，使用CaAs-FET作为根基放年夜电路来实现振荡器。介质谐振器的介电常数很高，凡是在35～40之间，谐振时，因为介电常数高，电磁场年夜部门集中在介质内部，与金属谐振腔近似。介质谐振腔的利益是温度不变性好，品质因数Q值高，体积小，价钱低，轻易和微带线耦合而制成MMIC。
现实的介质谐振器振荡器中不仅需要考虑介质谐振器的参数、位置及微带线的参数，还要考虑场效应晶体管输出输入的阻抗匹配的问题和直流偏置电路的设置。
第一混频器由非线性元件、输入旌旗灯号与本振旌旗灯号同化收集及一些附加电路组成，如图5所示。
输入旌旗灯号与本振旌旗灯号同化后叠加在非线性元件上，非线性元件凡是采用晶体二极管和三极管，使其工作在伏安特征曲线的非线性区。由其非线性浸染使输出端发生出和频、差频、倍频等一系列旌旗灯号，可用滤波器拔取所需的差频旌旗灯号，应能达到惶娴的目的。现实电路中，常采用二极管阻抗混频器，它的结构简单，便于集成化，工作不变，噪声系数低，工作频带宽，动态规模年夜。虽然，这种混频器没有变剖ё裒益，只有变频损耗，但这种损耗轻易加放年夜器予以抵偿。现实应用中，还要考虑输入旌旗灯号与本振旌旗灯号的隔离及对寄生频率的按捺等，凡是采用双平衡混频器，它首要由二极管桥和平衡、不服衡变换器组成，电事理图如图6(图中巴仑(balun)为平衡、不服衡线路变压器)所示。
四个特征不异的混频二极管按统一极性挨次毗连成环形桥路，输入和本振旌旗灯号经由过程变压器耦合，将不服衡的输入变换为平衡输出加到二极管桥的两对角线上，年夜而总的中频电流等于四个二极管所发生的中频电流的总和。
双平衡混频器具有首要特点如下：
(1)输入旌旗灯号与本振旌旗灯号之间有高隔离度；
(2)工作频带宽；
(3)动态规模年夜，抗过载能力强；
(4)对寄生频率有很好的按捺能力；
(5)能按捺本振惹人的噪声。
第一中放也称前置中放，凡是是直接和混频器相接的，它的浸染是把混频器输出的微弱中频进行放年夜、以抵偿混频器、带通滤波器以及室外、室内单元间毗连的高频电缆所引起的衰减。第一中放凡是直接采用集成电路块。
因为二次变频式的卫星领受系统第一中频凡是选择在1 GHz摆布，这个频率处于微波放年夜器和高频放年夜器的交壤处，因而电路结构体例可以用分布参数、集中参数或二者的同化形式三种。
集中参数电路与一般高频放年夜器根基不异，电路元件用集中参数的电阻、电容和电感。
图7 集中参数电路
因为中放是宽频带电路，所以不能使用调谐回路，元件为无引线型，电路尺寸紧凑。但因为R、C元件的离散性，往往难以获灯揭捉?格合适设计要求的数值，所以单级增益低；但可以用增添级数的体例加以解决，一般由3～4级组成，增益约为20 dB。
分布参数的中放电路可以用微带形式实现，参见图8所示。可先测出晶体管的S参数，然后设计微带匹配电路。分布参数电路的利益是电路一致性较好，轻易达到单级最佳机能，所以放年夜器一般是2～3级。
图8 分布参数电路
同化形式的电路是用一部门微带线和部门集中参数元件组成的。当第一级管子的S11值适那时，可用较短的传输线和分支微带组成输入电路，能获得较低的噪声。级间和输出电路可采用微带和集中参数元件的连系。它设计矫捷，兼有分布和集中参数电路的利益。
室外单元的直流供电由毗连室外单元的75 Ω高电缆芯线供给。室内单元的直流电源经由过程高频扼流圈传送给室外单元，它对(3.7～4.2) GHz的微波旌旗灯号和第一中频旌旗灯号均无影响。凡是16 V～24 V的电压，一路送去LNA，另一路送到室外单元的稳压电路，稳压后供室外单元其他各级使用。
3 卫星电视下变频器的首要手艺要求
因为卫星电视领受系统中天线领受到的卫星下行微波旌旗灯号很是微弱，为保证旌旗灯号的质量，将领受到的卫星下行频率旌旗灯号进行放年夜并变频，C频段卫星电视下变频器应该知足的首要手艺要求如下：
(1)振幅—频率特征好。振幅—频率特征是指输入电平恒定下，输入旌旗灯号频率转变时输出端电平转变的特征，首要搜罗通频带、功率增益、增益波动及增益斜率堍方面。
通频带要求下变频器的输入频段与卫星下行频段一致，输出频段与卫星领受机的输入频段一致，而且下变频器的输入输出频段的带宽一致；
功率增益是指输出功率与输入功率之比；
增益波动是指在中频输出的频带内，最年夜增益与最小增益之差；
增益斜率是指在中频输出的频带内，单院频带内增益的转变率。
(2)噪声系数低。噪声系数是指下变频器整体的等效输入噪声，即将整个电路发生的热噪声等效于在输入端的一个噪声源，凡是用噪声温度暗示。
(3)本振频率特征好。它搜罗第一本振频率的标称值、第一本振频率的不变度、第一本振频率的泄露。
(4)输入输出的电压驻波等到回波损耗小，输出的电压驻波等到回波损耗在中几回段内测量，输入的电压驻波等到回波损耗不才行微波频段内测量。
(5)功率增益高。它是指下变频器的中频旌旗灯号输出功率年夜。
(6)增益不变性好。这是指在中频输出的频带内增益随时刻转变的升沉小。
(7)多载波互调比小。这是指多个分歧频率的旌旗灯号进入下变频器时的彼此调制产物小。
(8)输入饱和电平高。这主若是指输入旌旗灯号跨越额定规模时，引起下变频器进入非线性工作区的影响小。
(9)镜像干扰按捺比高。这是暗示下变频器按捺镜频旌旗灯号的能力好。当下变频器工作在线性规模时，输入幅度相等的带内旌旗灯号和镜频旌旗灯号两者在输出端电平比即镜像干扰按捺比。
(10)群时延特征好。这是指下变频器造成的群时延小。
(11)杂散旌旗灯号少。这是指互调产物之外的无用旌旗灯号少。
(12)残存调制噪声小。这是指当输入端加一标称频率、标称电平的纯正弦旌旗灯号时，输出旌旗灯号中含有的附加噪声小。
这些手艺要求中，以本振频率不变度高、噪声温度低、幅频特征好为最主要。
以上对C频段高频头的首要手艺要求可以归纳综合成表1所示。但表1是针对领受C频段卫星模拟电视旌旗灯号的高频头而言的，如不美观在领受卫星数字旌旗灯号时，则除了选用噪声温度低，本振频率不变度高，动态增益年夜外，还必需选用本振相位噪声小的高频头，因为在领受卫星数字旌旗灯号时，高频头的本振相位噪声和本振频率不变度巨细对领受旌旗灯号质量是至关主要的(因为会影响到数字旌旗灯号的误码率)。用于数字压缩卫星领受系统的高频头要求本振相位噪声小于-65 dBc/Hz(在1 kHz处)；本振频率不变度小于±500 kHz。
表1 C频段高频头(室外单元)
电机能要求(引自GB11442-95)
序号手艺参数单元要求备 注
1工作频段GHz3.7～4.2-
2振幅/频率特征dB≤3.5凡是内功率增益升沉
峰峰值、带宽500 MHz
3带内肆意领受
频道内增益波动dB≤1频道内功率增益升沉
峰峰值，带宽36 MHz
4功率增益dB60±5-
5噪声温度K≤3020～25 ℃
6一本振标称频率MHz5 150±2-
7一本振频率不变度-≤7.7×10-4-25～55 ℃
8输入饱和电平dBm≥-601 dB压缩点时的
输入电平
9镜像干扰节制比dB≥50-
10输进口回波损耗dB≥7-
11输出口回波损耗dB≥10-
12多载波互调比dB≥40
13增益不变性dB/h≤0.2-
14输出频率规模MHz970～1 470-
对于Ku频段高频头的选择，因为今朝我国使用的通信卫星(鑫诺1号星、亚洲2号星、亚太1A星等)转发器的下行工作频段都为(12.25～12.75) GHz，而国际电联分配给我国直播卫星(三个轨位为62°E、80°E、92°E)的下行工作频段为(11.7～12.2) GHz，是以所选用Ku频段高频头的频宽规模必然要与所需领受卫星的下行工作频率规模相顺应。
此外，如不美观使用一体化馈源高频头最浩揭捉?用双线极化馈源高频头，这样卫星下行的两种极化波可以在卫星领受机上经由过程极化电控切换来选择所需领受的垂直或水平极化波。
4 现代高频头(LNB)及其成长趋向
因为科学手艺的前进，国际市场竞争的加剧，使得高频头的建造越来越精巧，机能越来越优异，电路越来越集成化，体积越来越小，靠得住性越来越高，而且增添了很好的防雷击能力。以下具体介绍现代高频头的首要特点及其成长趋向。
(1)超低噪声特征
因为HEMT管子的问世和普遍应用，今朝已可获得低达20°K的C频段的噪声温度特征和约40 dB的功率增益，以及约40°K的Ku频段的噪声温度特征。
(2)自振混频电路
采用自振混频单片电路，使变频器电路年夜为简化。使用这种单片电路，完成了本振、混频和第一中放浸染，此单片电路不仅没有变频损耗，而且获得了近10 dB的变剖ё裒益，简化了电路，增添了靠得住性，最常见的单片电路为MSA0886，MSF8885等。
(3)单片中放电路
为了获得20 dB的中放增益，需3～4级中频放年夜电路，80年月国际上凡是采用2只单片电路，可以获得25 dB摆布的增益和约10 dB的一分贝压缩点输出功率，单片中放集成电路获得22 dB的中放增益和12.5 dB的1分贝压缩点输出功率。电路简化，这种电路常用的单片电路为MSA0886，INA10386等。
(4)概况安装手艺及高集成化设计
70年月及80年月国际上多种高频头年夜都采用带引线的的电阻及电容器，体积年夜，重量年夜，所用的中放电路也都采用多级级联的中放管，本振混频器均为零丁分手电路。
当今的高频头(LNB)，采用了概况安装元件、自谐振混频电路，单片中放电路实现了高集成化，体积小，重量轻，靠得住性高。
(5)一体化的防潮设计
曩昔市场上发卖的高频头，有的因为防水密封设计不良而导致提前失踪效。为解决防水密封设计，现代高频头均趋于一体化结构设计。高频头的波导及腔体部门一体化压铸成型，射频及中频电路的盖板均有“O”型橡皮圈密封。
(6)防雷击呵护电路
高频头是室外单元，工作在天线后面。为了改善天线的等效噪声温度，天线往往都安装在坦荡地及高处。能否防雷击是高频头靠得住设计的主要方面。70年月和80年月初的高频头年夜都无防雷击设计，此刻市场上的高频头也有无防雷击设计的。有防雷击设计的年夜都防雷击能力在1 500 V摆布，而改良后的现代高频头的防雷击能力高达3 000 V。
(7)现代高频头的新成长
现代高频头已做成双极化高频头和双频段高频头，前者可同时领受到卫星下行的两种极化波旌旗灯号，后者可同时领受到C与Ku两个频段的卫星下行旌旗灯号，这就年夜年夜地简化了整个馈源系统，提高了整个天馈系统的使用效不美观。
(8)鉴于卫星数字电视的普遍应用，今朝已开发出本振频率不变度高，本振相位噪声低的现代高频头，因其发生的数字旌旗灯号误码极小，出格合用于对卫星数字电视旌旗灯号的精采领受。
| 
