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衛星電視直播系統在國內外的發展現狀
衛星電視室外單元又稱衛星高頻頭（LNB），是衛星電視接收系統中的重要設備。
首先簡單的介紹下，衛星電視直播系統的現狀。
衛星電視直播系統，依托于衛星廣播自身具有的覆蓋面大、傳輸距離遠、信息量大、信號質量高、不受地域條件限制的特點，在世界上許多國家得到了廣泛的應用。目前，全球約有40多個國家和地區開展衛星電視直播業務，特別是美國、歐洲等地區，在衛星直播的業務運營中獲得了巨大的成功。在美國，根據市場調研機構IBISWORLD公司的報告顯示，即使受到IPTV的沖擊，衛星電視行業（其用戶和收入）在過去的五年中也一直保持著穩定地增長，這與不斷流失訂購用戶的有線電視領域形成了鮮明的對比。
近年來，我國衛星直播業務也得到了很大的發展。國家廣電從1998年開始組織實施了基于衛星電視直播的廣播電視“村村通”惠民工程，并在“十一五”期間完成。目前也正在開展為有線網絡未通達的農村地區提供廣播電視服務的直播衛星“戶戶通”工程。截止2013.3.31全國“戶戶通”開通總量達到8,293,924戶。而且據廣電總局科技司司長王效杰在CCBN2013主題報告會上透露，目前直播衛星用戶已超過2650萬戶，但全國至少還有超過1億用戶等待普及“戶戶通”接收實施。可以預見在未來的幾年里，衛星電視直播業務必然會大力的發展，而作為衛星電視接收系統中不可獲缺的設備衛星電視室外單元也必然得到更為廣泛的應用。
衛星電視室外單元功能及原理簡述
衛星電視室外單元，它在整個接收系統中的主要功能是將衛星天線接收的衛星信號變頻放大到L波段的信號，再通過同軸電纜傳送到衛星接收機，進行后端的信號解調、解碼處理。室外單元一般包含有饋源波導以及電路部分，其變頻放大功能主要是通過電路來實現的，它的主要電路包括低噪聲放大電路、濾波電路、本地振蕩電路、混頻電路、中頻放大電路以及一些電源直流偏置等電路。簡單系統原理框圖，如圖1所示。
 衛星電視室外單元傳統方案極化、本振控制
室外單元中的低噪聲放大電路用來實現對衛星小信號的放大。由于衛星信號經天線接收，到達室外單元時已經非常微弱，信號強度在-100dBm左右，必須經過低噪聲放大的信號處理。作為目前用于電視直播的衛星信號，其頻段應用最多的主要為C波段和Ku波段，相對而言Ku波段因為天線尺寸便于安裝的原因應用更加廣泛，我國的中星九號就是使用的Ku波段衛星信號。衛星信號按照傳輸方式可以分為線極化的水平垂直方式和圓極化的左右旋方式，我國的中星九號采用的是圓極化的方式，這種方式有利于開展移動接收業務，同時也便于非專業人員的天線安裝操作。
衛星室外單元為了能夠實現某一種極化方式兩路極化的信號接收，一般都具有兩路的低噪聲放大器，一路接收水平或左旋極化，一路接收垂直或右旋極化。兩路極化的選擇通過后端衛星接收機提供給室外單元的供電電壓控制來實現。接收機提供的供電電壓一般為13/18V可切換的電壓，可通過用戶手中的遙控器來選擇，當提供13V電壓時一路低噪聲放大器工作，當提供18V電壓時另一路低噪聲放大器工作，從而實現兩路極化衛星信號在室外單元中的接收。
傳統的LNB其電源和偏置供電電路一般采用三端穩壓塊加上一個偏置芯片的方案。通過三端穩壓塊將接收機提供的13/18V電源電壓降至5V~8V的低壓，再提供給偏置芯片如UTC公司的L8211等來工作。而衛星信號的極化切換在室外單元的內部就是通過L8211這類的偏置芯片來實現的，這類偏置控制芯片檢測輸入電壓，當13V輸入時打開一路偏置電路，當18V輸入時打開另一路。除了極化控制外，這類的芯片還能實現另一個功能，就是對衛星信號高低頻段的選擇。以Ku的衛星信號為例，Ku的衛星電視信號的下行頻率在10.7~12.75GHz之間，而接收機的調諧器其能夠處理的中頻信號頻率一般在950~2150MHz之間，中頻的帶寬只有1.2GHz，為了能夠完整的接收10.7~12.75GHz超過2GHz帶寬的衛星信號，室外單元產品一般采用高低本振的方式，通過低本振接收衛星信號低頻段的信號，通過高本振接收高頻段的信號，以保證混頻后的信號在接收機的接收范圍之內。通用的LNB一般是采用9.75GHz/10.6GHz雙本振的方式。而雙本振之間的選擇也是通過L8211類的控制芯片來實現的，常用的方式是接收機提供的13/18V直流電平中可以通過接收機的控制，調制22KHz的低頻信號，而L8211類芯片可以檢測22KHz信號的有無，通過判斷來選擇低本振工作或高本振工作。
衛星室外單元傳統方案本地振蕩電路和中頻放大電路
這里還要再提一下LNB的本地振蕩電路與中頻放大電路，傳統的LNB本地振蕩電路都采用介質振蕩器DRO方案。DRO方案通過介質作為諧振器件，在金屬腔內產生電磁振蕩，從而產生LNB所需的本地振蕩頻率，相對來說DRO方案結構簡單，相位噪聲低，但是本振金屬腔占用空間較大（傳統Ku波段本振腔的電路尺寸如圖2），且工作頻率的溫度穩定性受介質材料影響大。傳統的LNB，其中頻放大器早期采用晶體管放大器，而隨著集成電路的發展，開始出現適用于L波段的MMIC寬帶放大器，如NXP的BGA2709、BGA2712等，這種MMIC將電路封裝在SOT363的封裝下，這種電路相比原晶體管放大電路使用方便、匹配簡單。
 集成降頻器的應用
伴隨著電路小型化的趨勢要求以及半導體行業技術的發展，衛星室外單元的設計也發生了巨大的變化。2011年，恩智浦（NXP）半導體推出了TFF101xHN系列的集成降頻轉換器，這款芯片將室外單元電路傳統的本地振蕩、混頻、中頻放大電路集成在了一個2.5×3.5×0.8mm的16pin無引腳封裝下，其功能框圖如圖3。芯片內置鎖相環電路，通過外置晶體作為參考時鐘，在芯片內部鎖相環電路倍頻到所需的本振頻率。其內置了兩種分頻比，通過檢測22KHz信號的有無來選擇，最終可實現高低本振的選擇輸出。
 以其中的一款TFF1014為例，適用于Ku波段的室外單元產品，其在LNB中的功能框圖如圖4，整個芯片的混頻增益可以達到36dB,在L波段的噪聲系數為7dB,完全滿足衛星電視室外單元的使用要求，使用這種集成降頻轉換器，相對傳統的電路而言結構更加緊湊，而且其鎖相的本振信號不用受介質材料的影響，在保證了頻率穩定性的同時也省去了傳統使用介質振蕩器的室外單元產品在生產過程中人工調節的步驟。采用這種芯片內置鎖相環的方案，其相位噪聲不能做到傳統介質振蕩器的水平，但是已經達到低于-80dBc/Hz@10KHz(相位噪聲如圖5)，對于普通的衛星電視直播已能夠滿足使用的要求。對于衛星電視直播系統的使用者而言，采用這種集成降頻轉換器在實際使用上與傳統的室外單元產品幾乎沒有區別，而對室外單元的生產廠家而言，這種新的產品方案不僅可以降低產品的成本，同時也一定程度上簡化了產品的生產過程，提高了生產的效率，有很大的現實意義。
 除了NXP公司外，國內的銳迪科電子也開發了相應的集成鎖相降頻器，其系列產品356x系列，除了集成本地振蕩、混頻、中頻放大電路之外，還將偏置供電部分也集成在了4×4mm的QFN24封裝的芯片當中，最新的芯片其封裝已經縮小到了3×3mm的QFN20，這樣的芯片只需要外加電源芯片及低噪放電路就能夠完整的實現變頻放大的功能。通過筆者與芯片的開發者了解，銳迪科不僅在Ku波段，在C波段上也開發了相應的芯片，雖然筆者還沒有對實際的樣品進行評測，但是相信也一定是功能強大。
除此之外，臺灣的笙科電子在2012年也開發出了相應的集成鎖相降頻器，相比NXP及RDA的芯片，笙科電子的芯片集成度更高，除了射頻加偏置以外還將電源部分的DCDC轉換器集成在了芯片當中。其封裝大小為4×4mm,這種芯片優化了電流的設計，整合了DCDC轉換器，可直接由接收機供電，結合前端的低噪聲放大器，實現整個LNB的變頻放大，功能更加強大，其功能框圖如圖6，在LNB中的功能框圖如圖7，測試圖片如圖8-11。
 伴隨著國家信息化的發展，衛星作為重要的信息傳輸方式，其應用領域將會越來越廣，而作為最先普及的衛星電視直播在未來的幾年發展前景可觀。同樣，科技創新的能力也越來越受到行業的重視，即使是在并不復雜的室外單元產品中，也能夠清楚的看到技術的發展。
如上所述，半導體技術及工藝的發展，對電子行業的發展起到了非常重要的影響，這在我們的衛星電視室外單元中（衛星高頻頭）就已經能夠明顯的反應。據悉，已經有廠家開始進行12GHz的低噪聲放大器的芯片集成方案設計，雖然短期內可能并不能實際的出片，但是相信這是一種技術發展的趨勢，在今后一定會成為現實。如果技術發展到高頻電路的整體集成，對衛星室外單元而言必然又會帶來一次大的技術變革，對其他的電子領域也必然帶來同樣巨大的影響。也希望作為普通的技術人員能夠應用新的技術、新的方案，推動行業的發展以及國家信息化的建設。