高频头LNB

LNB一般我们所说的“天线”是0.25m、0.45m或者4m、6m甚至更大的比较常见的锅面天线。

其实那些都不是真正意义上的天线，是直观上看到的天线反射器（面）；真正的“天线”是高频头里被馈源包围的，只有像探针那么小的振子，被称作天线振子或者耦合振子，简称振子。

而我们常常把接收电波的反射器和高频头这一整套设备叫做天线是不科学的。

由此可知，常见的卫星电视接收天线包括两个部分，一个是反射器，一个是高频头。

高频头又包括两个部分，天馈和高放。

天馈是无源部分，由馈源和振子组成。

馈源又叫做谐振波导构成的辐射器，振子安插在馈源中间。

振子的长短与所接收电波的波长有关，振子长度应该是所接收的波长的1/4左右。

拿最常见的抛物面天线来说，锅面的切面成抛物线形，高频头被安装在抛物线焦点上；电磁波从卫星发射出来，投射到反射锅面，由反射面反射到高频头的馈源里。

外形呈圆形的馈源是一个汇集电磁波的喇叭，它的任务就是把抛物面反射过来的电磁波能量收集起来。

拿C波段高频头馈源来说吧（图3），它的体积比较大，大家看起来比较容易理解。

Ku 波段高频头馈源结构一样，就是体积小，馈源盘几乎都是密封的，不太好观察。

圆形的馈源盘至少有两环，有的有三环、五环或更多，就像水面扩散出来的波纹，都是同心圆。

如果是偏馈天线的馈源盘，从中心环到最外环，依次升高，就像梯田一样，所以叫做梯形馈源盘；这是专门为偏馈天线设计的，能最大程度地吸收电磁波能量。

图3馈源盘跟波导管连接，波导管末端是方形的“法兰盘”，波导管里就是天线振子。

由馈源收集的电磁波能量，经过波导管传输到固定的振子上。

波导管末端的法兰盘就是用来连接高放的。

C波段、Ku波段高频头的法兰盘不太一样，C波段高频头上的法兰盘外形和内径都是长方形，内径长×宽是58.2mm×29.1mm；Ku波段高频头上的法兰盘外形是正方形，内径是长方形，内径长×宽是19mm×9.5mm。

见下图法兰尺寸图LNA (Low Noise Amplifier) 低噪声放大器一种高灵敏度前置放大器，通常接在地面站天线的馈电喇叭处用以降低接收系统的噪声温度，以及提高其总增益。

LNB (Low Noise Block) 高频头由低噪声放大器和下变频器组合而成的组件，LNB=LNA+LNC (Low Noise Converter低噪声变频器)高频头频率参数对应表：卫星通信传送系统已逐渐由数字调制的方式如BPSK和QPSK取代传统的FM或FSK 模拟调制方式。

在同一卫星上，用数字方式调制比模拟方式调制可传送更多的信息和更优质的信号。

更具体地说，数字调制信号能传送大量的数据，而误码率和所占用卫星频道资源却减小了，这一切都是过去沿用已久的模拟调制方式所不能比拟的。

低噪声变频器(LNB)在完全发挥卫星数字系统的优越性能及其功效方面起着极其重要的作用。

它与数字系统的信号传输特性完全配合才能使系统的传输性能最佳化，并且误码率降至低。

严格来说，大约有50多项技术指标可用来衡量LNB的优良与否，例如射频泄漏、带外抑制、带内杂波、带外杂波、老化现象、防震功能、防腐蚀、接头种类、防静电功能、互调、工作动态范围、抵御外界环境、可靠性及其他。

本文选出几项主要的指标加以讨论，为读者提供选择LNB的基本知识，也为日后深入厂解LNB特性打下基础。

图1和图2分别是典型的LNB设计原理图和结构图。

一、噪声LNB的噪声可以解释为LNB的灵敏度或其固有的噪声加在接收信号上。

因此，LNB 的噪声越低对微弱信号的接收就越灵敏。

C波段LNB的标准频率范围是3．4～4．2GHz，噪声的单位用开氏温度K(Kelvin)来表示。

开氏温度是一个测量单位，是有关分子在某一个温度下的运动量。

不少人认为开氏温度就是C波段的噪声，这在技术上而言是不正确的。

因为开氏温度只是一个测量单位，而并非温度值。

开氏温度在零度时(0K)表示分子完全处于静止状态，换句话说，在一系统内完全没行噪声的存在。

C波段LNB的噪声测量值在15K 已是相当低了，一般LNB的噪声都在30K以上。

Ku波段(10.7～12.7GHz)的LNB所使用的噪声单位与C波段不同，—般以分贝(dB)为测量单位。

然而开氏温度(K)和dB可以通过公式计算互相换算：NF=10log[1+(NT／290)]式中，NF是dB表示的噪声，NT是用K表示的噪声系数。

例如35K=0.5dB。

Ku波段LNB 的噪声系数测量值为0.6dB，是很低的噪声，一般LNB的噪声都为0.8dB。

二、增益当信号从卫星传到地面的接收天线时，其强度已有很大的衰减。

若不重新处理放大，便不能通过同轴电缆到达卫星接收。

信号放大的单位以dB来计算。

LNB在一特定的噪声温度和接收频率范围内，其增益不平坦度不应过大，在卫星数字传送系统中，增益平坦度比模拟系统显得更为重要。

一般的数字接收系统，在任何情况下都要求LNB增益为55～65dB。

接收带宽在500-800MHz范围内，增益不平坦度应大于±5.0dB。

若不平坦度大于这范围，数字接收的效果就会受到影响。

三、本振频率稳定度LNB的频率稳定度由其本机振荡的频率稳定度决定。

LNB的本机振荡器大致分为三种： 1．介质共振振荡器(DRO)——其振荡频率的产生和稳定性完全取决于一小块介质材料的自由振荡频率和稳定性。

2．锁相环振荡器(PLL)——其振荡频率的生产和稳定性完全取决于内置温度补偿晶体振荡器及数字锁相电路。

3．外参考锁相环振荡器(External Reference)——其振荡频率的生产和稳定性完全取决于一外置振荡器，它的振荡频率是从卫星接收器通过同轴电缆传送到LNB内。

一般这样的外振荡参考源为10MHz。

不同种类及频宽的数字接收系统，对LNB的频率稳定度有不同的要求。

宽频信号如MPEG—2数字电视广播需要稳定度较低的LNB，因为传送的信号频宽较大，而接收器的自动频率凋谐范围较宽。

然而，窄频宽的传送信号如SCPC广播则需要稳定度高的锁相环LNB，以使接收器能把信号锁定。

表1列出各类LNB的稳定度及其应用。

四、相位噪声相位噪声是噪声的一种，它会出现在接收信号变频后的中频(I.F.)载波的边带上。

因此在测量相位噪声时，必须测量以中频载波为中心的边带频率点，如100Hz、1.0kHz、10kHz、100kHz和1 MHz等。

相位噪声的来源与LNB的本振品质有直接的关系，它影响相位噪声的大小。

相位噪声直接影响数字系统中的误码率(BER)，相位噪声越高，接收信号的误码率越大，因而接收效果越差。

五、图像微音效应灵敏度(Microphonic)LNB安装在接收天线上，会时刻受到户外环境的冲击，如强风、雨打及冰雪等。

雨打和冰雪击在LNB的外壳上所产生的振荡会对LNB的电特性造成轻微的干扰。

在早期的收音机中，这样的振动干扰往往与音频互调而产生怪异的声音。

由于互调的声音好像微音器的声音一样，所以称为微音效应。

虽然LNB的微音效应不一定与声频的微音效应有关，但仍沿用这个名词来表示,其意相同。

微音效应对电性能的干扰会加到接收的信号上或与接收信号互调。

这样的信号失真往往会影响LNB的接收特性，这是一般LNB普遍存在的现象。

LNB的本机振荡器最容易受到这类的干扰，因此，高稳定度和高质量的商用LNB在外壳及电性能的设计上需把这类的干扰减至最小。

目前并没有—种标准的单位或测试方法来测试图像微音效应，各人有不同的方法，如模仿雨打，用特别设计的工具，用振动台或用螺丝刀敲打LNB等。

总之，用何种测量方法，将由系统没计人员决定。

六、输入电压驻波比(Input VSWR)电压驻波比亦可用回波衰减(Return Loss)来表示。

驻波比是在传输电缆或波导管内反射电波与输入电波的比值，能反映系统阻抗匹配的好坏。

驻波比越高，阻抗匹配越差。

在理想的情况下，馈源阻抗与LNB阻抗应完全匹配，输入电波不会因不匹配而出现反射现象，驻波比在阻抗完全匹配时应是1：1。

然而，在真实的应用环境中完全匹配是不可能的，不同传输电缆或波导管行不同的电特性及物理特性，要达到完全匹配是很困难的。

接收的电波经馈源传到LNB时，由于不匹配使电波反射造成信号的衰减，使LNB的噪声增加。

在馈源及LNB之间具备良好的抗阻匹配是十分重要的。

表2、表3列出了不同的驻波比如何影响LNB的噪声。

假设C波段LNB的本身噪声为30K，理想的馈源驻波比是1：l。

假设Ku波段LNB的本身噪声为0.8dB，馈源驻波比是理想的1：1。

从表2、表3中可以得知，LNB的驻波比对整个接收系统的噪声造成很人的影响。

所以在选择LNB时，驻波比是重要的考虑之—。

只考虑LNB的本身噪声不足以说明应用时真正的等效噪声，必须与LNB的驻波比—同考虑。

商用LNB的驻波比都小于2.0:1。

Spacenet-NCC下图为一个LNB厂家指标：七、应用例子在接收不同的卫星信号时，正确选择LNB非常重要，不同种类的LNB能提供不同的接收功能。

笔者并不认为只有高价的LNB才有良好的接收效果，要看接收信号的种类而言。

以下提供一些如何正确选择LNB的参考意见：1．卫星数字寻呼系统，必须选用锁相环或外参考锁相环的LNB，如Norsat 的1000或3000 系列。

2．数字压缩视频MPEG-2需要稳定度高的介质共振(DRO)LNB，如Norsat 的4000或8000系列。

3．VSAT系统一般应采用锁相环的LNB。

对传输数据率较高，接收的频宽较宽的VSAT系统，也可使用介质共振(DRO)LNB，可以减少系统的投资。

4．数字广播系统及卫星销售网点(Point of Sale)则需使用锁相环的LNB，因其数据传输速率较低，频宽一般较窄。

5．卫星新闻广播车需采用锁相环的LNB，因户外操作时环境恶劣，锁相环的LNB可以增强接收稳定性。

LNB测试：外观检验系统外观检验主要检查设备现场开箱后外观是否完好、设备数量及产品系列号。

外观：完好故障数量：S/N：S/N：测试框图图3.7 LNB测试连接示意图测试仪表和附件测试方法（1）LNB频率增益特性测试◆增益：不小于60dB◆增益平坦度：≤±2.0dB/36MHz（2）测试步骤a）首先输入端衰减器、波导同轴转换器等插入设备引入的衰减进行校准，并记录。

b）按图连接好各测试设备，打开电源开关为系统供电。

扫频仪设置为CW 工作方式，设备加电预热30分钟以上。

c）依次调节信号源输出频率为不同值，用频谱仪测量信号源输出功率( 电缆1的①端Pin)；d）用频谱仪测量LNB的输出功率(Pout)，结果记录在表中。

e）LNB增益GT （dB）=Pout（dBm）－Pin + L1+L2f）取低中高三个频点的计算GR（dB）作为LNB增益记录；g）将扫频仪设置为扫频模式，带宽为LNB工作带宽，频谱仪直接接①点，打印记录输入功率的曲线；再用扫频源和频谱仪测试②到③的损耗（L波段）并打印记录曲线。