课题 5 有线电视和卫星电视接收系统

2. 5.1 有线电视系统与电视频道 2 5.2 卫星电视天线与接收设备 3 5.3 卫星天线的安装 4 5.4 前端设备 课题5 有线电视和卫星电视接收系统 1

3. 5 1.1 计算机网络概述 5.5 传输分配系统和传输线 6 5.6 传输分配系统的施工 7 5.7 工程案例 课题5 有线电视和卫星电视接收系统

4. 课题5 有线电视和卫星电视接收系统 • 【知识点】 • 有线电视系统的组成与类型；电视频道的划分；卫星电视天线与接收设备；卫星天线的安装；前端设备；传输分配系统及传输分配系统的施工。 • 【能力目标】 • 1了解有线电视系统的组成与类型； • 2了解电视频道的划分； • 3熟悉卫星电视天线与接收设备； • 4熟悉卫星天线的安装及传输分配系统的施工。

5. 5.1 有线电视系统与电视频道 • 有线电视系统也称为CATV系统，它先后经历了共用天线电视系统、电缆电视系统和有线电视系统三个发展阶段。 • 共用天线电视（Community Antenna Television ,CATV）系统是指共用一组天线接收电视台电视信号，并通过同轴电缆传输、分配给许多电视机用户的系统。它最早起源于20世纪40年代的美国山村,为解决接收广播电视图像质量不好的问题,在接收信号好的地方架设天线,把接收到的信号传递给电视用户,这种多个用户共用一副天线的系统就是共用天线电视系统的雏形。

6. 5.1 有线电视系统与电视频道 • 随着社会的进步和技术的发展，人们对电视媒介提出了越来越高的要求，不仅要求接收电视台发送的节目，还要求接收卫星电视节目和自办节目，甚至利用电视进行信息交流等。传输电缆的含义也不再局限于同轴电缆，而是扩展到了光缆等。于是，人们将通过同轴电缆、光缆或其组合来传输、分配和交换声音、图像信号的电视系统称为电缆电视（Cable Television）系统，其英文缩写也正好是CATV。现在，习惯上它又常称为有线电视系统，这是因为它以有线闭路形式传送电视信号，不向外界辐射电磁波，并区别于电视台的开路电视广播。

7. 5.1 有线电视系统与电视频道 • 近些年随着有线电视技术的不断进步，CATV呈现出了光纤化、数字化、双向传输的趋势。同时，在有线电视光纤网上架构IP宽带网,构成“ 三网合一 ” 的宽带综合信息网已经得以实现。

8. 5.1 有线电视系统与电视频道 • 5.1.1 CATV的组成与类型 • 5.1.1.1 CATV的组成 • CATV一般由前端、干线传输和用户分配三个部分组成，如图5.1所示。前端部分主要包括电视接收天线，频道放大器，频道变换器，自播节目设备，卫星电视接收设备，导频信号发生器、调制器、混合器以及连接线缆等部件。前端信号的来源一般有三种：接收无线电视台的信号；卫星地面接收的信号；各种自办节目信号。

9. 5.1 有线电视系统与电视频道 图5.1 CATA系统的组成

10. 5.1 有线电视系统与电视频道 • CATV系统前端部分的主要作用是： • (1)将天线接收的各频道电视信号分别调整到一定电平，然后经混合器混合后送入干线； • (2)必要时将电视信号变换成另一频道的信号，然后按这一频道信号进行处理； • (3)将卫星电视接收设备输出的信号通过调制器变换成某一频道的电视信号送入混合器； • (4)自办节目信号通过调制器变换成某一频道的电视信号而送入混合器； • (5)若干线传输距离长（如大型系统），由于电缆对不同频道信号衰减不同等原因，故加入导频信号发生器来进行自动增益控制（AGC）和自动斜率控制。

11. 5.1 有线电视系统与电视频道 • 在图5.1中，对于接收无线电视频道的强信号，一般是在前端使用V/V频率变换器，将此频道的节目转换到另一频道上去，这样空中的强信号即使直接串入用户电视机也不会造成重影干扰，因为此时频道已经转换。如果要转换UHF频段的电视信号，一般采用U/V频率变换器将它转换到VHF频段的某个空闲频道上。但对于全频段（VHF+UHF）的CATV系统，则不需要U/V变换器，可直接用UHF频道传送。

12. 5.1 有线电视系统与电视频道 • 从卫星下行的电视信号（如C波段频率范围是3.7～4.2 GHz），通过抛物面卫星天线送入馈源和高频头（LNB），将频率变成第一中频，即970～1470 MHz的电视信号，通过同轴电缆送入前端设备。进入前端的卫星信号常常需要经过两个前端设备：其一为卫星电视接收机，它的作用是将第一中频电视信号解调成音频和视频电视信号；其二为邻频调制器，它的作用是将音、视频信号调制到所需要的电视频道（VHF或UHF频段），然后送入混合器。

13. 5.1 有线电视系统与电视频道 • 自办节目的信号来自演播室、室外采访摄像机或室内录像机。它们输出的都为音、视频信号，进入前端以后都需用邻频调制器调制成指定的VHF/UHF邻频频道再送入混合器。 • 在大型系统中还会遇到使用导频信号发生器的情况，它是提供整个系统自动电平控制和自动斜率控制的基准信号装置，可以在环境温度和电源电压不稳定时保证输出载波电平的稳定。这种装置在一般中型或小型系统中不常采用。

14. 5.1 有线电视系统与电视频道 • 干线传输系统是把前端接收、处理、混合后的电视信号传输给用户分配系统的一系列传输设备。一般在较大型的CATV系统中才有此部分。对于单栋大楼或小型CATV系统，可以不包括干线部分，而直接由前端和用户分配网络组成。 • 用户分配部分是CATV系统的最后部分，主要包括放大器、分配器、分支器、系统输出端以及电缆线路等，它的最终目的是向所有用户提供电平大致相等的优质电视信号。

15. 5.1 有线电视系统与电视频道 • 5.1.1.2 CATV的类型 • 1按网络类型分类 • (1)城域网即有线电视用户数为2000～100000户的城镇联网，或100000户以上的大型城市网。一般由当地有线电视主管部门经营管理，设有一个信号源总前端，经干线传输到各地分前端，再进入用户分配网。传输干线多采用光纤传送技术与用户分配电缆网连接，形成光缆电缆混合网（即HFC），其网络拓扑结构如图5.2所示。

16. 5.1 有线电视系统与电视频道 图5.2 HFC典型网络拓扑结构

17. 5.1 有线电视系统与电视频道 • (2)局域网即用户数在2000户以下的有线电视网。一般可采用全电缆网方式，用户分散、区域较大的情况下也可采用HFC方式。局域网也可通过电缆与城域网连接。 • (3)双向传输有线数字电视网即在HFC网络的基础上，正向（下行）通道传输有线电视模拟信号、数字电视信号和各种数据业务信号，反向（上行）通道传输各种宽、窄带数字业务信号。

18. 5.1 有线电视系统与电视频道 • 2按传输频带分类 • (1)隔频传输系统频道在频谱上的排列是间隔的传输系统，即VHF（甚高频）系统、UHF（超高频）系统、全频道系统（VHF+UHF）。其中VHF频段有DS1～DS12频道，UHF频段有DS13～DS68频道。 • (2)邻频传输系统即300 MHz、450 MHz、550 MHz、750 MHz、862 MHz系统。由于国家规定的68个标准频道是不连续的、跳跃的，因此在系统内部可以利用这些不连续的频率来设置增补频道，用Z来表示。邻频道系统频道划分及应用如表5.1所示。

19. 5.1 有线电视系统与电视频道 表5.1 邻频道系统频道划分及应用 • 注： 1小城镇中的住宅小区、企业可选用450 MHz或550 MHz邻频系统。 • 2大中城市中的住宅小区、企业应选择750 MHz或862 MHz系统，有条件的 部门宜选用1 GHz系统。 • 3对于新建的有线电视系统，单向传输时一般选用550 MHz邻频系统,双向传 输时选用750 MHz、862 MHz邻频系统,300 MHz和450 MHz邻频系统只用于 现存的老系统。

20. 5.1 有线电视系统与电视频道 • 5.1.2 我国电视频道的划分 • 在保证电视信号质量的基础上，为了更加充分、合理地利用频谱资源，我国对于电视频道的基波配置波谱做出图5.3所示的划分。

21. 5.1 有线电视系统与电视频道 • 注：1横坐标表示频率，纵坐标表示网络传输中信号电平的相对高低。 • 2频谱中下行模拟电视频道分为标准频道（DS××）和增补 频 道（Z××）, Z××是有线电视专用频道。 • 3由于网络双向业务的开通，下行频道DS1～DS5频道不宜选用。 • 4为防止传输系统中上、下行信号的串扰,特设置了隔离带。 图5.3 频道基波配置波谱图

22. 5.1 有线电视系统与电视频道 • 我国关于电视频道的划分如表5.2所示，由表中可见： • （1） 目前我国电视广播采用Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ四个波段，Ⅰ、Ⅲ波段为VHF频段，Ⅳ、Ⅴ波段为UHF频段。 • （2）Ⅰ与Ⅲ波段之间和Ⅲ与Ⅳ波段之间为增补频道A、B波段，这是因CATV节目不断增加和服务范围不断扩大而开辟的新频道。 • （3） 每个频道之间的间隔为8 MHz。 • （4） 在Ⅰ波段与A波段（增补频道）之间空出88～171 MHz频段划归调频（FM）广播、通信等使用，有时称Ⅱ波段。其中87～108 MHz为FM广播频段。

23. 5.1 有线电视系统与电视频道 表5.2 我国电视频道划分表

24. 5.1 有线电视系统与电视频道 续表 5.2

25. 5.1 有线电视系统与电视频道 续表 5.2

26. 5.1 有线电视系统与电视频道 续表 5.2

27. 5.1 有线电视系统与电视频道 续表 5.2

28. 5.1 有线电视系统与电视频道 续表 5.2

29. 5.2 卫星电视天线与接收设备 • 5.2.1 概述 • 卫星电视广播系统由上行发射站、星体和接收站三大部分组成。上行发射站的主要任务是把电视中心的节目送往广播电视卫星，同时接收卫星转发的广播电视信号，以监视节目质量。星体是卫星电视广播的核心，它对地面是相对静止的，即要求它的公转精确且与地球自转保持相同，并且保持正确的姿态。卫星的星载设备包括天线、太阳能电源、控制系统和转发器。转发器的作用是把上行信号经过频率变换及放大后，由定向天线向地面发射，以供地面的接收站接收卫星信号。

30. 5.2 卫星电视天线与接收设备 • 5.2.2 卫星电视接收系统 • 卫星电视接收系统通常由接收天线、高频头和卫星接收机三大部分组成，如图5.4所示。接收天线与天线馈源相连的高频头通常放置在室外，所以又合称为室外单元设备。卫星接收机一般放置在室内，与电视机相连，所以又称为室内单元设备。室外单元设备与室内单元设备之间通过一根同轴电缆相连，将接收的信号由室外单元设备送给室内单元设备（即接收机）。

31. 5.2 卫星电视天线与接收设备 图5.4 卫星电视接收系统示意图

32. 5.2 卫星电视天线与接收设备 • 卫星电视接收，首先是由接收天线收集广播卫星转发的电磁波信号，并由馈源送给高频头；室外单元的高频头将天线接收的射频信号进行放大、同时变频至第一中频频率f1F1（970~1470 MHz），再由同轴电缆将此信号送给室内单元的接收机，接收机从中选出所需接收的某一固定的电视调频载波，再变频至解调前的固定第二中频频率f1F2（通常为400 MHz），由解调器解调出复合基带信号，最后经视频处理和伴音解调电路输出图像和伴音信号。

33. 5.2 卫星电视天线与接收设备 • 卫星电视的接收，按接收设备的组成形式分为家庭用的个体接收和CATV用的集体接收两种方式。家用个体接收方式一般为一碟（天线）一机，比较简单。若用户电视机与接收电视信号的制式相同，或者使用了多制式电视机，则不必加制式转换器；若用户电视机制式与接收电视节目制式不同，可在接收机解调出信号之后加上电视制式转换器进行收看。我国内地、香港地区及欧洲部分国家的彩色电视制式为PAL。除PAL外，还有NTSC、SECAM两种制式被广泛采用，如美国、加拿大、日本等国的彩色电视制式就为NTSC。

34. 5.2 卫星电视天线与接收设备 • CATV用的集体接收方式如图5.5所示，它是将接收机解调出来的图像和伴音信号通过调制器进行VHF或UHF频段的再调制，然后经制式转换器再由混合器将多路节目送入CATV系统中去，这样在该系统内的用户不需增加任何设备就可以通过闭路系统的集体接收设备来收看卫星电视了。收看节目的数量取决于集体接收设备送入闭路系统的节目数量。由于集体接收方式的信号要经过再调制以及中间传输环节才能送到用户电视机上，因此要求接收质量高，设备特别是接收天线性能要较好（口径大）。此外，送入闭路电视系统的节目数越多，需要的接收机、制转器（如需要制式转换）和调制器相应增加，即要求每一套节目都需要用接收机、制转器和调制器设备。

35. 5.2 卫星电视天线与接收设备 • 如要接收几颗广播卫星的多套电视节目，也就需要几副天线和多套接收设备。 图5.5 集体接收系统示意图

36. 5.2 卫星电视天线与接收设备 • 5.2.3 卫星接收天线 • 天线分系统是接收站的前端设备，它的作用是将反射面内收集到的经卫星转发的电磁波聚集到馈源门，形成适合于波导传输的电磁波，然后送给高频头进行处理。 • 天线是组成接收系统的最大部件，用于微波频率的天线几乎都采用面天线，并要求具有强方向性、高增益和阻抗匹配。从天线的用途来分，可分为通信天线和接收天线两大类。通信天线是由一副天线同时用来发射大功率射频信号和接收卫星转发的下行微弱信号，通信天线必须用隔离度相当高的双工器来满足同时收发信号的要求。

37. 5.2 卫星电视天线与接收设备 • 接收天线，顾名思义，它只有接收信号的单一功用。由于它比通信天线少了一个双工器，因而造价和性能要求都低于前者。接收天线按馈电方式不同分为三类：前馈式抛物面天线、后馈式卡塞格伦天线和偏馈式抛物面天线。接收天线按反射面的构成材料来分，又可分为铝合金的、铸铝的、玻璃钢的、铁皮的和铝合金网状的。

38. 5.2 卫星电视天线与接收设备 • 目前，铝合金板材加工成反射面的天线性能最好，使用寿命也长；铸铝反射面的天线，尽管成本有所降低，但反射面的光洁度不高，天线效率低，性能要低于铝合金反射面的天线；玻璃钢反射面的天线，成本也低，但反射面的镀层容易脱落，使用寿命不长；铁皮反射面天线成本最低，但容易生锈腐蚀，使用寿命最短；铝合金网状天线效率不如前面的板状天线，但由于质量轻、价格低、风阻小及架设容易，较适合多风、多雨雪等场所,较多地作为楼顶架设的闭路电视系统。

39. 5.2 卫星电视天线与接收设备 • 板状天线的反射面是由合金铝板、玻璃钢喷涂特种涂料等以相同瓜瓣的数块（如8块、12块、18块等）拼装起来，或是整块压铸而成的。网状天线的反射面多采用铝丝编织材料，用密集的辐射梁及加强盘组成。各种接收天线的性能比较如表5.3所示。

40. 5.2 卫星电视天线与接收设备 表5.3 各种接收天线的性能比较

41. 5.2 卫星电视天线与接收设备 • 5.2.3.1 反射面 • 1前馈抛物面天线 • 前馈抛物面天线只有一个反射面，其反射面是一个旋转抛物面。 • 图5.6所示为前馈式接收天线结构示意图。其反射面为旋转对称的抛物面，馈源位于抛物面的焦点上，标准抛物面天线用前馈方式做点源馈电。但馈源尺寸相对较小，影响了天线的效率。用于卫星电视接收的抛物面天线的焦距f与天线口径D之比（f/D）一般为0.38～0.42。

42. 5.2 卫星电视天线与接收设备 图5.6 前馈式天线结构示意图 （a） 结构图;（b） 剖面图

43. 5.2 卫星电视天线与接收设备 • 2后馈式抛物面天线 • 后馈式抛物面天线为双反射面，又称卡塞格伦天线。它由一个抛物面形的主反射面、双曲面形的副反射面和馈源喇叭组成，如图5.7所示。这种天线采用后馈方式，馈源喇叭尺寸大，天线的极化去耦性能好，频带宽，驻波比小。一般的卡氏天线效率在0.65左右，稍高于标准的抛物面天线。为了进一步提高天线效率，要对主副反射面加以修正，修正后的卡氏天线效率一般为0.7左右。焦距f与主反射面口径D之比（f /D）一般选的较小，约为0.3。

44. 5.2 卫星电视天线与接收设备 图5.7 卡氏天线接收天线结构示意图 (a) 结构图;(b)剖面图

45. 5.2 卫星电视天线与接收设备 • 与前馈抛物面天线相比，后馈抛物面天线具有以下优点： • （1） 有两个反射面，几何参数多，便于按不同需要灵活地进行设计； • （2） 可采用短焦距抛物面作主反射面，以减少天线的纵向尺寸； • （3） 馈源安装在主反射面顶点的背后，一方面缩短了馈源与低噪声放大器之间的距离，减少了传输噪声，另一方面可以防止照射，特别适合热带的卫星电视的接收； • （4） 天线效率高，在要求相同增益的条件下，其口径比普通抛物面天线小，对较大型的天线来说，可降低造价。

46. 5.2 卫星电视天线与接收设备 • 但是，后馈式抛物面天线结构复杂，加工、安装和调试要求高，如需调试主副反射面交角、同心度、焦距和相位中心至副反射面的距离等，因此在实际工程中对天线的几何尺寸要做必要的修正。表5.4为前馈式和后馈式天线的对比。 　表5.4 前馈天线与后馈天线参数对比

47. 5.2 卫星电视天线与接收设备 • 3偏馈式抛物面天线 • 偏馈式抛物面天线适于小口径场合。口径小于2 m的卫星电视接收天线，特别是Ku波段（11.7～12.5 GHz）大功率卫星电视接收天线多用这种天线。这类天线也有单偏置和双偏置之分。以单偏置为例，其结构如图5.8所示。 • 由图5.8可见，这种天线是由抛物面的一部分截面构成的，单偏置天线的馈源相心与抛物面焦点重合，但与反射面位置错开（即所谓偏馈或偏置）一个距离dc。

48. 5.2 卫星电视天线与接收设备 图5.8 偏馈天线

49. 5.2 卫星电视天线与接收设备 • 这样，馈源不会遮挡反射面接收电波，因而天线效率可以得到提高。椭圆形实线表示偏馈天线。从图中可以看出，偏馈天线是从抛物面天线正上方，以YO线为中心而切下的一部分，这就是偏馈天线基本的形成原理。偏馈天线由长轴YO和短轴XZ组成，它的有效面积是以短轴XZ为直径形成的圆面积，长轴约是短轴的1.1倍。偏馈天线的标称以短轴为准。

50. 5.2 卫星电视天线与接收设备 • 偏馈式抛物面天线与前、后馈抛物面天线相比有以下优点： • (1)它能有效地降低口面遮挡的影响，使旁瓣电平比前、后馈两者的都低得多，使天线噪声电平明显降低。 • (2)从馈源发出的电波仅一小部分返回馈源，因而反射波不会影响偏置天线，尤其是其阻抗几乎不受反射波影响,因此可获得较佳的驻波系数。 • (3)当采用较大的f /D设计时，不会影响天线结构的刚性。架设时，反射器与地面近乎垂直，厚积雪的影响较小。 • (4)效率较前、后馈抛物面天线高。普通前馈式的效率只有50%，后馈式的为50%～60%，而偏馈式天线可达70%。