天线+高频头+接收机=卫星电视？
臧岩
前几期，大家一起分别讨论过了天线、高频头和接收机以及简单对它们做了分类，但是简单的“天线+高频头+接收机”就等于卫星电视吗？新老烧友都有过这样那样的经历，事实并不是这样的，当我们把天线、高频头和接收机连接到一起之后，却不能正常接收卫视节目。现在我们来看一下，这三个主要部件拼加到一起的工作都有哪些参数影响收视。这里我们就只说抛物面天线以及相应的高频头和家用卫星电视接收机。
天线的主要特性参数
效率（η）：
天线实际向匹配负载输出的最大功率和假定天线无损耗时相匹配负载输出的最大功率之比，即天线的效率。抛物面天线的效率一般为40%~60%，偏馈天线的效率最高可达到70%左右。
增益（G）：
天线在最大辐射方向上某一距离处的辐射功率密度与输入功率相同的无方向性天线，在同一距离处的辐射功率密度的比值，即天线的增益，其旋转抛物面天线增益计算公式如下：
G=10lg(4πA/λ2)η
或
G≈10lg4.5D2f2
（G：天线增益，单位dB；A：天线口径面积，单位m2；D：天线直径，单位m；λ：工作波长，单位m；f：工作频率，单位Hz；η：天线的电功率损失率，一般取0.6~0.75）
我们都知道，接收的信号越弱对天线增益的要求就越高。从公式还可以看得出，天线的增益与天线半径的平方成正比，天线口径越大，增益就越高。
方向性：
在信号发射系统中，发射天线没有方向性，是往四面八方发射信号的。而接收天线是有方向性的，其中抛物面天线的接收范围可以看做是一个棒球棒状的接受范围，称做“波瓣”；抛物面天线是“棒球棒”的细头，向外延伸，范围逐渐放大，指向所接收的卫星。而抛物面天线的接收范围是由多个波瓣组成，中心波瓣比较大，周围有多个范围较小的类似“棒球棒”形状的波瓣。（图1）天线的中心波瓣称为主瓣，其余都是旁瓣，旁瓣越少、越小越好。主瓣包含有最大辐射方向的波瓣，在这个方向上天线有最好的辐射特性，天线接收信号主要来自主瓣。主瓣宽度表示其接收信号的角度范围，波瓣宽度越窄，方向性就越强，但是接收的卫星信号的角度也越窄；波瓣宽度太大就容易将周围的多种信号接收下来，造成干扰。波瓣宽度和天线口径、信号频率成反比，口径越大，波瓣宽度越小；信号频率越高，波瓣宽度越小。
图1 主瓣和旁瓣
图2 半功率角
注：假设主瓣边界曲线清晰可见，从抛物面天线到曲线最顶端为1个单位，那么曲线上其他任何一点到抛物面天线的距离都小于1，在曲线上两个距离天线0.707单位的点到天线的两条线组成一个角，这个角的一半，即是半功率角。
主瓣宽度常用半功率角来反映，半功率角越小，方向性越强，功率辐射越强。（见图2）半功率角（HP）计算公式如下：
HP≈70λ/D
（HP：半功率角，单位度“°”；λ：工作波长，单位m；D：天线直径，单位m）
从这个公式可以看得出，天线的半功率角与天线的直径成正比，与工作波长成正比。也就是说，小口径天线的半功率角比较大，因此调整天线对卫星指向相对比较容易，另外对卫星的漂移也不太敏感，（当然现在卫星发射的信号较过去高，所以卫星的漂移可以不必考虑在内）；而大口径天线恰好相反，半功率角比较小，所以天线指向性就越强，而调整起来也就比较困难，而且对卫星的漂移比较敏感，因此体积庞大的口径在7m以上的大中型天线都会安装自动跟踪装置以便做到精细调整、寻星。
噪声温度（Ta）：
噪声温度是衡量接收弱信号时的一个重要参数。进入天线的噪声主要来自宇宙的噪声和来自大自然、大气层的热噪声。在C波段，宇宙噪声很小，主要是大地和大气层的热噪声。在Ku波段，这些噪声也随着频率的增加而增大。噪声温度还与天线的仰角、口径、效率、精度、焦距/口径比等因素有关。仰角越小，信号穿过大气层的厚度越大，所以气象噪声、大气噪声就越强，噪声温度就越大了。口径越大，波束越窄，噪声温度就越小。
天线的增益与天线的噪声温度的比值，又叫做品质因素（G/Ta）。天线的品质因素越大，表明天线的增益越大，噪声温度越小，天线的性能就越优良。
焦距（F）：
自己动手安装天线和高频头的时候，大家都知道，要把高频头安置在天线抛物面的主焦点才能接收到最强的信号。天线又有远焦天线和近焦天线的区别，我们最常用的天线是远焦天线，抛物面焦点在天线口面正上方，比较容易受到噪声影响；而近焦天线的抛物面焦点在天线口面以内或在天线口面上，自然受到噪声的影响就比较小。所谓天线的焦距是天线中心点到主焦点之间的距离，其计算公式如下：
F=D2/16H
（F：焦距，单位m；D：天线直径，单位m；H：天线口面到天线底中心的距离，即深度，单位m）
一般用焦距口径比作为评价正馈天线的一个参数，即F/D。常见的正馈天线焦距口径比在0.3~0.4之间。根据数学理论计算的数据分析，当F/D=0.38的时候旋转抛物面天线的性能是最好的，所以一般的成品正馈抛物面天线大都采用这个焦距口径比。
高频头的主要特性参数
输入信号频率（INPUT）：
输入信号频率即高频头接收卫星发射信号的下行频率，也是高频头所能接受的信号频率。
本振频率：
高频头内部的本机振荡器产生的固定信号的频率叫做本振频率。
输出信号频率（OUTPUT）：
输出信号频率即输入信号的下行频率经高频头内部处理后（或降或升），输出的中频信号的频率。
噪声特性：
高频头是有源放大器件，会产生一定的内部噪声，噪声特性就是表征高频头内部噪声的参数。噪声特性以噪声系数或噪声温度来描述，噪声系数（Noise Figure）定义为放大器输入端和输出端信噪比的比值，表示信号经高频头后损失的信噪比，它对于接收系统整体性能起着重要的作用，其数值越小越好。Ku波段用噪声系数NF（单位dB）表示，C波段用噪声温度TLNB（单位K）表示。高频头噪声温度和噪声系数的换算如表1所示。
表1 高频头噪声温度和噪声系数的换算表 C波段 Ku波段 噪声温度（K） 噪声系数（dB） 噪声系数（dB） 噪声温度（K） 30 0.429 0.8 58.7 25 0.360 0.7 50.7 20 0.291 0.6 43.0 15 0.220 0.5 35.4 10 0.148 0.4 28.0 增益（G）：
为了弥补线路衰减和噪声的影响，高频头必须有较高的功率增益，一般要求不下雨60dB。数值稍微偏高为好，但又不能太高，放大倍数过高的话容易使放大器工作不稳定，导致高频自激，形成网纹干扰。一般来说，单输出窄带高频头比双极性宽带高频头有更高的增益，低噪声温度比高噪声温度的高频头对信号的接收有更高的稳定性。
输出电压驻波比：
输出电压驻波比表示匹配传输情况。驻波比过大，会引起较强的反射，较低的传输功率和稳定性，通常要求比值不大于2.5。
输出/输入阻抗
输入阻抗是指电路输入端的等效阻抗。你可以把输入端想象成一个电阻的两端，这个电阻的阻值，就是输入阻抗。现在市面上的高频头等收视设备的输出/输入阻抗统一为75Ω，也有50Ω的。
接收机的主要特性参数
中频带宽（IF）：