衛(wèi)星天線的防雷保護(hù)設(shè)計(jì)解決方案

用于電視/寬帶服務(wù)廣播信號的通信衛(wèi)星主要使用兩個工作頻段，即C、Ku。C頻段的頻率范圍為4.0 GHz-8.0 GHz，而Ku頻段的頻率范圍是10.7 GHz-18.4 GHz。

在這兩個頻帶內(nèi)，每個衛(wèi)星都分配有專門的上行鏈路和下行鏈路頻率。C頻段下行頻率是3.7 GHz-4.2 GHz，上行頻率是 5.925 GHz-6.425 GHz。Ku頻段的下行頻率是10.7GHz-12.75GHz，上行頻率是17.3GHz-17.8GHz.。

為了盡可能高效地利用衛(wèi)星廣播的可用頻段，并在給定頻段內(nèi)容納更多的信道，在某個頻率上，傳輸信號可以同時被垂直和水平極化，或右旋和左旋圓極化。

避雷保護(hù)電路的設(shè)計(jì)師在任何情況下都必須確保這一功能的完整無缺。

低噪聲模塊（LNB）

LNB是一個低噪聲模塊，放置在衛(wèi)星盤狀天線（拋物柱面）的焦點(diǎn)上，提供以下功能：

1．入射信號從GHz 降頻轉(zhuǎn)換到910 MHz-2150 MHz （歐洲）頻率范圍，又稱為“最初轉(zhuǎn)換信號”。這種轉(zhuǎn)換允許信號通過廉價的同軸電纜傳輸?shù)浇邮諜C(jī)。

2．具有良好噪聲系數(shù)的信號放大。LNB利用內(nèi)建的低噪聲放大器提高了最初轉(zhuǎn)換信號的電平。

3．垂直或水平極化的選擇。

4．當(dāng)LNB“接收到”一個22 kHz單頻信號（tone）后，通過將其內(nèi)部振蕩器從低頻段轉(zhuǎn)換到高頻段來選擇工作頻段。比如，本振（LO）頻率從9.75 GHz 變換到10.6 GHz（C 頻段，LO 頻率 為9.75 GHz；Ku 頻段，LO 頻率為 10.6 GHz）。

5．基于22 kHz 單頻信號 PPM編碼的各種功能，本文稍后討論。

極化選擇

極化是一種規(guī)定信號傳輸方向的方法。它增強(qiáng)了波束強(qiáng)度。

衛(wèi)星發(fā)射的信號可以用四種方式進(jìn)行極化：線極化（水平或垂直）或圓極化（左旋或右旋）。因此，衛(wèi)星在某個頻率上可以傳播H 和 V 或 LH 和 RH極化信號。

“通用的”LNB根據(jù)它從接收器那里接收到的電壓來變換極化方式。一般而言，一類天線只適用于13V 和 18V兩種信號電壓。13V信號（范圍從11.5 到 14V）采用垂直極化或右旋圓極化（RHCP）方式。18V信號（范圍從15.5 到 21V）采用水平極化或左旋圓極化（LHCP）方式。此外，可以把來自接收器的1V電壓增添到上述任一電壓上，以補(bǔ)償同軸電纜中的電壓損失。

圖1 OMNI-LNB架構(gòu)

圖3 調(diào)制方案

圖4：單頻波串控制信號的時序示意圖

圖5 ：IEC 61000-4-5電流波形

22 kHz 單頻信號 和 DiSEqC編碼

LNB不但需選擇極化方式，還必須選擇工作頻段。每一個接收頻段都被劃分為兩個頻段：低頻段（10.7-11.7 GHz）和高頻段（11.7-12.75 GHz）。這可以利用22 kHz單頻來完成，即在LNB 直流電源軌上疊加一個幅度約0.6V 的22 kHz脈沖位置調(diào)制信號。它的編碼方案允許通過遠(yuǎn)端的電路來執(zhí)行更復(fù)雜的功能。傳統(tǒng)上，當(dāng)其它編碼功能不需要22 kHz 單頻時，可以通過改變LNB的本振頻率，簡單地通過判斷這一單頻是否出現(xiàn)來選擇工作頻段。

22 kHz單頻波串的復(fù)雜編碼可以利用一種更加完善的稱為數(shù)字衛(wèi)星設(shè)備控制（DiSEqC）標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議來實(shí)現(xiàn)。這一開放的DiSEqC標(biāo)準(zhǔn)由歐洲電信衛(wèi)星組織（European Telecommunication Satellite Organization）開發(fā)，是針對衛(wèi)星接收器和衛(wèi)星外圍設(shè)備間通信的一種被廣泛接受的全球標(biāo)準(zhǔn)。

22 kHz振蕩器必須是一個具有特定的上升和下降時間的單頻信號發(fā)生器。其波形是準(zhǔn)方波（平頂正弦波）。隨線路和溫度變化的頻率容差為2 kHz 。

需要防雷保護(hù)

LNB通過衛(wèi)星機(jī)頂盒進(jìn)行遠(yuǎn)程供電。通過同一根同軸電纜把IF信號從LNB傳輸?shù)浇邮掌鳎呀邮掌鞯墓β蕚鬏數(shù)絃NB。一個專用的LNB電壓調(diào)節(jié)芯片產(chǎn)生13V到18V的直流電壓。雷擊對同軸電纜或天線的任何傷害都會損害到這一變壓器，在其上會產(chǎn)生很大的浪涌電流和浪涌電壓。

根據(jù)IEC 61000-4-5標(biāo)準(zhǔn)，這種浪涌效應(yīng)可以被模擬出來。

在雷擊事件中，LNB電壓調(diào)節(jié)芯片處的浪涌電流輸入的范圍從250 A（遭到3kV的雷擊時）到 500A（6kV的雷擊時）。而該款I(lǐng)C不能承受如此高的能量。

為了符合IEC規(guī)范并保護(hù)LNB電壓調(diào)節(jié)芯片免受任何來自雷擊事件的傷害，需要在該芯片前面加一個專用的優(yōu)化保護(hù)器件。

設(shè)計(jì)解決方案參數(shù)

需找到一種基于分割方法的解決方案來提供最適合的保護(hù)器件，使各種不同的LNB電壓調(diào)節(jié)芯片具有最大的絕對額定指標(biāo)。根據(jù)應(yīng)用中所用的LNB電壓調(diào)節(jié)芯片類型，以及雷擊浪涌測試結(jié)果，可以采取一種不同的解決方案來優(yōu)化總體解決方案的成本和魯棒性。在選擇解決方案時，需特別考慮到下列特性。圖6所示為+4 kV浪涌測試（帶有一個串聯(lián)電阻的標(biāo)準(zhǔn)的 IEC61000-4-5）。關(guān)于如何在LNB電壓調(diào)節(jié)芯片的成本和防雷保護(hù)間進(jìn)行折衷，請參見應(yīng)用范例示意圖（圖7）。

圖6：浪涌測試+4 kV

圖7：應(yīng)用范例示意圖

表1 頻段和極化方式選擇表