衛星電視直播係統在國內外的發展現狀
衛（wèi）星電視室外單（dān）元又（yòu）稱衛（wèi）星高頻頭（LNB），是衛星電視接收係統中的重要設備。
首先簡單的介紹下，衛星電視直播係統的（de）現狀。
衛星電視直播係統，依托於衛星廣播自身具有的覆蓋麵大、傳輸（shū）距離（lí）遠、信息量大（dà）、信號質量高、不受地（dì）域條件限製的特點，在（zài）世界上許多國（guó）家得到了（le）廣泛的應用。目前，全球約有40多（duō）個（gè）國家（jiā）和地區開展衛星（xīng）電視直播業務，特別是美國、歐洲等地區（qū），在衛星直播的業務（wù）運營中獲得了巨大的成功。在美國，根據（jù）市場調研機構IBISWORLD公司的報（bào）告顯示，即使（shǐ）受到IPTV的衝擊，衛（wèi）星電視（shì）行業（其用戶和收入）在過（guò）去的五年中也一直（zhí）保持（chí）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（yě）得到了很大的發展。國家廣電從1998年開始組織實施了基於衛（wèi）星電視直（zhí）播的（de）廣播電（diàn）視“村村通”惠民工程，並在“十一五”期間完成。目前也正（zhèng）在開展為（wéi）有線網絡未通達（dá）的農村地區提供廣播（bō）電視服（fú）務的直播衛星“戶戶通”工程（chéng）。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傑在CCBN2013主題報告會（huì）上透露，目（mù）前直播衛（wèi）星用戶已超過2650萬戶，但全國至少還有（yǒu）超過1億用戶等待普及“戶（hù）戶通”接收實施（shī）。可以預見在未來的幾年裏，衛星（xīng）電視直播業務必然會大力的發展，而作為衛星電視接收係（xì）統（tǒng）中不可獲缺的設備衛星電視室外單元（yuán）也必然得到更為廣泛的應用。
衛星電視室外單元（yuán）功能及原理簡述
衛星電視室外單元，它在整個接收係統中的主要功能是將衛星天線接收的（de）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（jī），進行後端的信號解調、解碼處理。室外（wài）單元一般包含有饋源波導以及電路部分（fèn），其變頻放大功（gōng）能主要是通過電路（lù）來實現的，它的主（zhǔ）要（yào）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（děng）電路。簡單係統（tǒng）原理框圖，如圖1所示。
 衛星電視室外單元傳統方案極化（huà）、本振控製
室外單元中的低噪（zào）聲放大電路用來實現對衛星小信號的放大。由（yóu）於（yú）衛星信號經天線接收，到達室外單元（yuán）時已（yǐ）經非常微弱（ruò），信號強度在-100dBm左右，必須（xū）經過低噪聲放大的信號處理（lǐ）。作為（wéi）目前用於電視直播的衛（wèi）星信號（hào），其頻段應用最（zuì）多的主要（yào）為（wéi）C波段和Ku波段，相（xiàng）對而言Ku波段因為天線（xiàn）尺寸便於安裝的原因應用更加廣泛，我國的中星（xīng）九號就是使用（yòng）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（de）水平（píng）垂直方式和圓極化的左右旋方式，我國（guó）的（de）中星九號采用的（de）是圓極化的方式，這種方式有利於開展（zhǎn）移動接收業務，同（tóng）時也便於非專業人員的天線（xiàn）安裝操作。
衛星室（shì）外單元為了能（néng）夠實現某一種極化方式兩路極化的信（xìn）號接收，一般都具有兩路的低（dī）噪聲放大器，一路（lù）接收水平（píng）或左旋極化，一路接收垂直或右旋極化。兩路極化的選擇（zé）通過後端衛星（xīng）接（jiē）收機提供給（gěi）室外（wài）單元的供電電壓控製來實現。接收機（jī）提供的供（gòng）電電（diàn）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（zé），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（huà）衛星信號在室外單元中的接收。
傳統（tǒng）的LNB其電（diàn）源（yuán）和偏置供（gòng）電電路一（yī）般采用三端穩壓塊加上一個偏置（zhì）芯片的方案。通過三端穩壓塊將接收（shōu）機提供的13/18V電源電壓降（jiàng）至5V~8V的低壓，再提（tí）供給偏（piān）置芯片如UTC公司的L8211等來工作。而衛星信（xìn）號的極化切（qiē）換在室外單元的內部就是通過L8211這類的偏置（zhì）芯片來實現的，這類偏置控製芯片檢（jiǎn）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。除了極化控製外，這類的芯片還能實現另一個功能，就是對衛星信號（hào）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（jiē）收機的調諧器其能（néng）夠處（chù）理的中頻信號頻率一般在950~2150MHz之間（jiān），中頻的帶寬隻有1.2GHz，為了能（néng）夠完整的接（jiē）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（gāo）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（xìn）號，以保證（zhèng）混頻後的（de）信號在接收（shōu）機的接收範圍之內。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類的控製芯片來實現的（de），常用的方式是接收機提供（gòng）的13/18V直流電平中可以通過接（jiē）收機的控（kòng）製，調製（zhì）22KHz的低頻信號，而（ér）L8211類（lèi）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（tǒng）方（fāng）案本地振蕩電路和中頻放大電路
這裏（lǐ）還要再（zài）提一下LNB的本地振蕩（dàng）電路與中頻放大電路，傳統的LNB本地振（zhèn）蕩電路都采用介質振（zhèn）蕩器DRO方案。DRO方案通過介質（zhì）作為諧振器件，在金屬腔內產生電磁振蕩，從而產生LNB所需（xū）的本地振蕩頻率，相對來說DRO方案結構簡單（dān），相位噪聲低，但是本振金屬腔占用空間（jiān）較大（傳統Ku波段本振腔的（de）電路尺寸如圖2），且工作頻率的溫度穩定（dìng）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（guǎn）放大（dà）器，而隨著集成電路的發展，開始出現（xiàn）適（shì）用於L波段的MMIC寬帶放大器，如NXP的BGA2709、BGA2712等（děng），這種MMIC將電路封裝在SOT363的封裝下，這種電路相（xiàng）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係列的集成降頻轉換器，這款（kuǎn）芯（xīn）片將室外單元電路傳統的本地振（zhèn）蕩、混頻、中頻放大電路（lù）集成在了一個2.5×3.5×0.8mm的16pin無引腳封裝下（xià），其功能框圖（tú）如圖3。芯片內置鎖（suǒ）相環電路（lù），通（tōng）過（guò）外置晶體作為參考時鍾，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（lái）選擇，最終可實現高低本振（zhèn）的（de）選擇輸出。
 以其中的一款TFF1014為（wéi）例，適用於Ku波段（duàn）的室（shì）外單元產品，其在LNB中的功能框圖如（rú）圖4，整個芯片的混頻增益可以達到36dB,在L波段的噪聲係數為7dB,完全滿足衛星電視室外單元的使用要求，使用（yòng）這種集成降頻轉換（huàn）器，相對傳統的電路而言結構更加緊湊，而且其鎖相的本振（zhèn）信號不用受介質材料的影響，在保（bǎo）證了頻率穩定性的同時也（yě）省去了（le）傳統使（shǐ）用介質振蕩器的（de）室外單元產品在生產過程中人工調節的步驟（zhòu）。采用這種芯片內置（zhì）鎖相環的方案，其相位噪聲不能做到傳統介質振蕩器的水（shuǐ）平，但（dàn）是已經達到低於-80dBc/Hz@10KHz(相位噪聲如圖5)，對於普通的衛星電視直播（bō）已能夠滿足使用的要求。對於衛星電視直播（bō）係統的使用者而（ér）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（xīn）的產（chǎn）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（le）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（sī）外，國內的銳迪科（kē）電子也開發了相應的集成鎖相降頻器（qì），其係列產品356x係列，除了集（jí）成本地振（zhèn）蕩、混頻、中頻放大電路之外，還（hái）將偏（piān）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（le）3×3mm的QFN20，這樣的芯片隻需要外（wài）加電源芯片及低噪放（fàng）電路就能夠完整（zhěng）的實現變頻放大的功能。通過筆者與芯片的開發者了解（jiě），銳（ruì）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（dàn）是相信也一定是功能強大。
除此之外，台灣的笙科電子（zǐ）在（zài）2012年也開發出了相應的集成鎖（suǒ）相（xiàng）降（jiàng）頻器，相比（bǐ）NXP及RDA的芯（xīn）片，笙科電（diàn）子的芯片集成度更高，除了射頻（pín）加偏置以外（wài）還將電源部分的DCDC轉換器集成在了芯片當（dāng）中。其封裝（zhuāng）大（dà）小為4×4mm,這種芯片優化了（le）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（de）低噪聲放大器，實現整個LNB的（de）變頻放大，功能更（gèng）加強大，其功能框圖如圖（tú）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（huà）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（lái）越廣，而（ér）作為最先普及的（de）衛（wèi）星電視直播在未來的幾年發展前景（jǐng）可觀。同樣，科技創新的能力也越來越受到（dào）行業的重視，即使是在並不複雜（zá）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（bàn）導體技術及（jí）工藝（yì）的（de）發展，對電（diàn）子行業的（de）發展起到了非（fēi）常重要的影響（xiǎng），這在我們的衛星電視（shì）室外單元中（衛星高頻頭（tóu））就已經能夠明顯的反應。據悉，已經有廠家開（kāi）始進行12GHz的低噪聲放大器的芯片集成方案設計（jì），雖然（rán）短期內可能並不能實際（jì）的出片，但是（shì）相信這是一種技術發展的趨（qū）勢（shì），在今後一定會成為現實。如果技術發展到（dào）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（yù）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（háng）業的發展以及國家（jiā）信（xìn）息化的建設。