星电视下变频器(高频头)的工作原理

    俞德育

    1卫星电视下变频器(高频头)的作用

    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大器，微波混频器，第一本振和第一中频前置放大器组成，其框图如图1所示。   

    图1高频头的原理框图

    一般的卫星电视接收系统主要包括：(1)天线；(2)馈源；(3)低噪声下变频器，也称为高频头(是由低噪声放大器与下变频器集成的组件)，用LNB表示；(4)电缆线；(5)端子接头；(6)卫星接收机；(7)电视接收机。

    卫星电视接收系统框图如图2所示。    

    图2卫星电视接收系统框图

    由于卫星电视接收系统中的地面天线接收到的卫星下行微波信号经过约40000km左右的远距离传输已是非常微弱，通常天线馈源输出载波功率约为-90dBmW〔注〕。若馈线损耗为0.5dB，则低噪声放大器输入端载波功率为-90.5dBmW。第一变频器和带通滤波器的损耗约为10dB，第一中放的增益约为30dB。这样，若低噪声放大器给出增益(40～50)dB，则下变频器输出端可以输出(-30～-20)dBmW的信号。因此，卫星电视下变频器的作用是在保证原信号质量参数的条件下，将接收到的卫星下行频率的信号进行低噪声放大并变频。

    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大器一般是将波导同轴转换器与低噪声放大器合成一个部件。如果要达到噪声温度低和增益高，通常包含3～4级放大，前两级为低噪声放大器，主要采用高电子迁移率晶体管HEMT器件，后两级为高增益放大器，主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给出了低噪声放大器(LNA)的电原理图，设计时通常先给出必要的参数，如S参数、电路级数、匹配电路的方式、噪声参数、输出输入阻抗等等，然后利用计算机CAD软件进行优化设计并作出微带线电路图。

    图3低噪声放大器的电原理图

    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，其作用是将低噪声放大器输出的下行微波信号变为中频信号，变频前后信号的带宽保持不变。

    第一本振通常以介质谐振器振荡器作为谐振回路，采用耦合微带线耦合能量，使用CaAs-FET作为基本放大电路来实现振荡器。介质谐振器的介电常数很高，通常在35～40之间，谐振时，由于介电常数高，电磁场大部分集中在介质内部，与金属谐振腔类似。介质谐振腔的优点是温度稳定性好，品质因数Q值高，体积小，价格低，容易和微带线耦合而制成MMIC。

    图4给出2种实际的介质谐振器振荡器电原理图。