衛星電視（shì）直播係統在（zài）國內外的（de）發展現狀
衛星電視室外單元又稱衛星高頻頭（LNB），是（shì）衛星電視（shì）接收係（xì）統中的重要設備。
首先簡單的介紹（shào）下，衛（wèi）星電視直播係統的現狀。
衛星電視（shì）直播係統，依托於衛星廣播自身具有的覆蓋麵大、傳輸距離遠、信息量大、信號質（zhì）量高、不受地域條件限製的特點，在世界上許多國家得到了（le）廣泛的應用。目前，全球約有40多個（gè）國家和地區開展衛星電視直播業務，特別是美國（guó）、歐洲等地（dì）區，在衛星直播的業務運營（yíng）中獲得了巨大的成功（gōng）。在美國（guó），根據市場調研機構IBISWORLD公司的報告顯示，即使受（shòu）到IPTV的衝擊，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（dìng）地增（zēng）長，這與不斷流（liú）失訂購用戶的有線電視領域形成了鮮明的對比。
近（jìn）年來，我國（guó）衛（wèi）星直播（bō）業務也得到了很大的發展。國家廣電從1998年開（kāi）始（shǐ）組織實施了基（jī）於（yú）衛星電視直播的廣播電視“村村通”惠（huì）民（mín）工程，並在（zài）“十一五”期間完成。目前也正在開展為有線網（wǎng）絡未通達的農村地區提供廣播電視（shì）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（qiě）據廣電總局（jú）科技司司長王效傑在CCBN2013主題報告會上透露，目前直播衛（wèi）星用戶已超（chāo）過2650萬戶，但（dàn）全國至少還有超過1億用戶等待普及“戶（hù）戶通”接收實施。可以（yǐ）預見在未來的幾年裏，衛星電視直播業務必然會大力的發展，而作為（wéi）衛星電視（shì）接收係（xì）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（yòng）。
衛星電視室外（wài）單元功能及原理簡述
衛星電視室外單元，它在整個接收係統中的主要功能是（shì）將衛星天線接收的衛星（xīng）信號變（biàn）頻放大到L波段的信號，再通過同（tóng）軸電纜傳送（sòng）到（dào）衛星接收機，進行後端的信號解調、解碼處理。室外單元一般包含有饋源波（bō）導以（yǐ）及電路部分，其變頻放大功能主要是通過電（diàn）路來實現的，它的主要（yào）電（diàn）路包括（kuò）低噪聲放大（dà）電路、濾波電路（lù）、本地振蕩電路、混頻電路、中頻放大電路以及一些（xiē）電源直（zhí）流（liú）偏置等（děng）電路。簡單（dān）係統原理框圖，如圖1所示。
 衛星電視室外單元傳統方案極化、本振控製
室外單元中的低噪（zào）聲（shēng）放大電路用來實現對衛星小信號的放大。由於衛星信號經天線接（jiē）收，到達室外單元時已經非常微弱，信號強度（dù）在-100dBm左右，必須經過低噪聲放大的信（xìn）號處理。作為目前用於電（diàn）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（duàn），相對而言Ku波段因為天（tiān）線尺寸便於安裝的原因應用更加（jiā）廣泛，我國的中星九號就是使用的Ku波段衛（wèi）星信號（hào）。衛星（xīng）信號按照傳輸方式可以分為線極化（huà）的水平垂直方式和圓極化的左右旋方式（shì），我國的中星九號采用（yòng）的是圓極化（huà）的方（fāng）式（shì），這種方式有利於開展移動接收業務，同時也便於非專業人員的天線安裝操作。
衛星室外單元為了能（néng）夠實現某一種（zhǒng）極化（huà）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（huà）的選擇（zé）通過（guò）後端衛星接（jiē）收機提供給室外單（dān）元（yuán）的供電電壓控（kòng）製來實現。接收機提（tí）供的供電電壓一般為13/18V可切換的電壓，可通過（guò）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（zuò），當提供18V電壓時另（lìng）一路低噪聲放大器工作，從而實現兩路極化衛（wèi）星信號在室外單元中的接收。
傳統的（de）LNB其電源和偏置（zhì）供電電路一般采用三端穩壓塊（kuài）加上一個偏置芯片的（de）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（zài）提供給偏置（zhì）芯片如UTC公司的L8211等來工作。而衛星信號（hào）的極化切（qiē）換在室外單元的內部就（jiù）是通（tōng）過L8211這類的偏（piān）置（zhì）芯片來實現的，這類偏置控製芯片檢測輸入電壓，當13V輸入時（shí）打開一（yī）路（lù）偏（piān）置電路（lù），當18V輸入時打開另一路。除了極化（huà）控製外，這類的（de）芯片（piàn）還能實現另一個（gè）功能，就是對衛星信號高低頻段的（de）選擇。以Ku的衛星信號為例，Ku的衛星電（diàn）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（chù）理的中頻信號頻率一般在950~2150MHz之間，中頻的帶寬隻有1.2GHz，為了能夠完整（zhěng）的接收10.7~12.75GHz超過2GHz帶寬的衛星信號，室外（wài）單元產品一般采用高低本振（zhèn）的（de）方式，通過低本振接（jiē）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（zhèng）混頻後（hòu）的信號在接收機的接收範圍（wéi）之（zhī）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（de）控製芯片來實現的，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製，調製22KHz的（de）低頻信號，而L8211類芯片可以檢測22KHz信號的有無，通過（guò）判斷來選擇低本振工作或高本振工作。
衛星室（shì）外單元傳統方案本（běn）地振蕩電路和中頻放大電路
這裏還要（yào）再提一下LNB的本（běn）地振蕩（dàng）電路與中頻放大電（diàn）路，傳統（tǒng）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（jiàn），在金屬腔內產生電磁振蕩，從而產生LNB所需的本地振蕩（dàng）頻（pín）率，相對（duì）來（lái）說（shuō）DRO方（fāng）案（àn）結構簡單，相（xiàng）位噪聲低，但是本振（zhèn）金屬腔占用空間較大（傳統Ku波段（duàn）本振腔的電（diàn）路尺寸如圖2），且工（gōng）作（zuò）頻率的溫度（dù）穩定性受介質材料影響大。傳統的LNB，其中頻放（fàng）大（dà）器早期采用晶體管放大器（qì），而隨著集成電路的發展，開始出現適用於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（fēng）裝（zhuāng）下，這種電路相比原晶體（tǐ）管（guǎn）放大電路使用方便、匹（pǐ）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（wèi）星室外單元（yuán）的（de）設計也發生了巨大的變化。2011年，恩智浦（NXP）半導（dǎo）體推出了TFF101xHN係列的集成降頻轉換器，這款芯片將室外單元電路傳統的本（běn）地（dì）振蕩、混頻、中頻放大（dà）電路集（jí）成在了（le）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（lù），通過外置晶體作為參考時鍾，在芯片內部鎖（suǒ）相環（huán）電路倍頻到所需的（de）本振頻率。其（qí）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（xiàn）高低本振的選擇輸出。
 以其中的一款TFF1014為例，適用於Ku波段的室外單元產（chǎn）品（pǐn），其在LNB中的功能框圖（tú）如圖（tú）4，整個芯片的混頻增益可以達到36dB,在（zài）L波段的噪聲係數為7dB,完全滿足衛星電（diàn）視室外單元（yuán）的（de）使用要求，使用這（zhè）種集成降頻轉換器，相對傳統（tǒng）的電（diàn）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（xiǎng），在保證了頻率穩定性的（de）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（huán）的方案，其相位（wèi）噪聲不能做到傳統介質（zhì）振蕩器的水平，但是已經達到低（dī）於-80dBc/Hz@10KHz(相位噪聲如圖5)，對於普通的衛星電視直播已能夠滿足使用的要求。對於衛星電視直播係統的使用（yòng）者而言，采用這（zhè）種集成降頻轉換器在實際使用上與傳統的室外單元產（chǎn）品幾（jǐ）乎沒有區（qū）別，而對室外單元（yuán）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（yě）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（hěn）大的現（xiàn）實意義。
 除了NXP公司外，國內的銳迪科（kē）電子也開發了相應的集成鎖相降（jiàng）頻器，其係列產（chǎn）品356x係列，除（chú）了集成本地振蕩、混頻、中頻放大電路之外，還將偏置供電（diàn）部分也集成在了4×4mm的QFN24封裝的芯片當中，最新的芯（xīn）片其（qí）封裝已經縮小到（dào）了3×3mm的QFN20，這（zhè）樣的芯片隻需要外加電源芯片及低噪放電路就能夠完（wán）整的實現變頻放大的功能。通過筆者與芯片的開（kāi）發者了解，銳迪科不（bú）僅在Ku波段，在C波段上（shàng）也開發了相應（yīng）的芯片（piàn），雖然筆（bǐ）者還（hái）沒有對實際的樣品進行評測，但是相信也（yě）一定是功能強大。
除此之外，台灣的笙科電子在2012年也開發出了（le）相應的集成鎖相降頻（pín）器，相（xiàng）比NXP及RDA的芯（xīn）片，笙科電子的芯片集成度更（gèng）高，除了射頻加偏置以外還將電（diàn）源部分的DCDC轉換器集成在了芯片當中。其（qí）封裝（zhuāng）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（shēng）放大器，實現整個LNB的（de）變頻放大，功能更加強大（dà），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（guó）家信息化（huà）的發展，衛星作為重要的信息傳（chuán）輸方（fāng）式，其應（yīng）用領域將會越來越廣，而作為最先普及（jí）的衛星電視（shì）直播在（zài）未來的幾年發展前景可觀。同（tóng）樣，科技創新的能力也越來越受到行（háng）業的重視，即使是在並不複雜的室外（wài）單元產品（pǐn）中，也能夠清楚的看到技術（shù）的發展。
如上所述，半導體技術及工藝的發展（zhǎn），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（shì）外單元中（衛星高頻頭）就已經能夠明顯的反應。據悉，已（yǐ）經有廠家開始進行12GHz的低噪聲放大器的芯（xīn）片集成方案（àn）設計，雖然短期內可能並不能實際的出片，但是相信這是一種（zhǒng）技術發展的趨勢，在今後一（yī）定會成為現（xiàn）實。如果（guǒ）技術發展到高頻電路的整體集成（chéng），對衛星室外單元而言必然又會帶來一次（cì）大的（de）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（zuò）為普通的技術人員（yuán）能夠應用新的技術、新的方案，推動行業的發展以及國（guó）家信息化的建設。