卫星电视技术的专利分析

2012-06-29陈荣华朱永全赵梅芳

电视技术 2012年2期

陈荣华，朱永全，赵梅芳

（国家知识产权局专利局专利审查协作北京中心，北京 100190）

卫星电视直播（Direct to Home，DTH），又称直播卫星电视（Direct Broadcasting Satellite，DBS）。卫星电视接收系统通常由正馈C波段或偏馈Ku波段抛物面天线、馈源、C/Ku高频头、数字卫星电视接收器和电视机组成，用以接收C或Ku波段的卫星电视节目[1-3]。本文就卫星电视技术有关的专利进行统计分析，介绍该领域专利技术的现状，分析今后专利技术的发展趋势。

1 卫星电视技术概述

卫星电视直播常用的方式是下面两种：1）分配式卫星电视直播，通过普通通信卫星（一般在C波段）将节目信号中断到各地方电视台、有线电视网或闭路电视系统的前端后，才进入千家万户；2）卫星电视直播中间到户（DTH），用户在家中利用一个相当小的碟形天线，直接接收直播到户的卫星节目。天线，主要采用抛物面天线，根据抛物面天线的构造特点可知，与抛物面天线口径方位相同的卫星发出的电磁波可通过反射在抛物面天线形成焦点，通过在焦点处设置馈源、高频头，高频头就可以接收到卫星波束信号；馈源是指在抛物面天线的焦点设置的一个可聚集卫星波束信号能的喇叭形导波口，起到了为高频头馈送卫星电磁波能量之“源”的作用，馈源分为高效馈源和普通馈源，高效馈源多波纹环状结构能够聚集更强的电磁波束能量；高频头的作用是把接收到的C波段、Ku波段的卫星波束信号进行降频处理后输出变频后的中频信号送给卫星电视接收机，因此高频头又称作降频器、变频器；数字卫星电视接收机，不管C或Ku的卫星波束信号，由相应的天线实现波束的聚集、通过高频头完成降频处理后，都要把统一处理输出的信号送入数字卫星电视接收机，所以数字卫星电视接收机没有C、Ku波段之分，而是C/Ku兼容处理，将高频头输出的中频信号解调还原成为具有标准接口电平的电视视频和伴音信号，输出到电视接收机。

目前，在中国的专利申请中，卫星电视直播应用中的卫星电视天线、馈源、C/Ku高频头、数字卫星电视接收机都有所涉及，且申请量在逐年增加，专利的侧重点也是多种多样的。

2 卫星电视直播专利技术的总体分析

2.1 在中国申请的专利数量逐年变化情况

本文采用的专利数据库采用中国专利文摘数据库CPRSABS，该数据库收录了1985年至今中国所有的专利文摘信息。主要采用关键词对卫星电视接收技术进行检索，选用了卫星电视、卫星广播、天线、馈源、高频头、降频器、变频器、调谐器、波束、场强、误码率、极化、增益、效率、噪声系数、噪声温度、频率稳定性、幅频特性、信道编码、功率分配等关键词，获得已经公开的相关专利申请624篇，统计其申请量随年代变化的情况如图1所示。

从图1可以看出，卫星电视领域的专利申请量总体上呈现逐年上升的趋势，其中2009—2010年是申请高峰，尤其是2009年为60件，是1991年申请量的5倍，卫星电视处于迅速发展时期。2004—2011年，申请量基本上稳定在40～50件/年左右。

2.2 专利申请类型变化

对卫星电视领域的专利类型进行统计，1985—1999年间，相关申请177件，其中发明专利申请99件，占55%左右；实用新型专利申请78件，占45%左右。2000—2011的相关申请447件，其中发明专利申请291件，占65%左右；实用新型专利申请156件，占35%左右。专利类型和数量的变化如图2所示。

从图2可以看出，发明专利申请量明显多于实用新型专利申请量，该领域技术水平和创新水平更高的发明申请始终占据优势。

2.3 在中国申请专利的申请人国别分布状况

对提交的申请人所属国家进行统计，在上述624件专利申请中，中国大陆申请人451件，日本申请人101件，其他国家和地区申请人132件，其中实用新型基本上是由中国大陆申请人提出的，图3示出了发明申请人国别的分布百分比。

从图3可以看出，中国大陆申请人占66%；其次是日本申请人占15，这与我国对卫星电视技术的需求迅猛增加密不可分，据欧洲咨询公司在北京举办的中国卫星应用大会2010上发表的对世界卫星通信市场的统计，截止到2009年年底，全世界范围内有超过6000个商业卫星转发器在使用，其中将近3000个转发器用于卫星电视转播，因为世界经济不景气，卫星直播平台数量增长有所减缓，但是预计中国家用卫星电视转播使用率将逐步提高，卫星电视技术的需求强有力地推动着我国申请人注重技术创新、注重保护发明创造、增强企业的核心竞争力。

2.4 卫星电视中各主要单元的专利申请情况

在上述以卫星电视、卫星广播为主题的624篇专利申请中，其中涉及天线的为247篇，占64%左右；涉及馈源的50篇，占13%左右；涉及高频头的为117篇，占30%左右。图4示出了上述3个单元的申请情况示意图。

从图4可以看出，对卫星接收天线的申请量多些，通常天线和馈源的改进是一起进行的，尤其是近几年车载卫星电视接收天线、船用卫星电视接收天线、遥控式卫星电视接收天线、折叠式卫星电视接收天线等应用，增加了有关天线的专利申请量，今后移动、微型等天线的专利申请量仍处于上升趋势。

3 卫星电视接收技术主要申请人的专利特点

上文已经介绍了卫星电视接收技术以及该技术在中国的专利申请情况，下面就主要申请人的专利申请情况进行简要介绍和分析。

在上述386篇涉及卫星电视专利申请中，申请量较大的前5名依次排名为夏普公司、索尼公司、中国电子科技集团第五十四研究所、上海乐金、株式会社东芝，如表1所示。

表1 卫星电视接收技术申请人申请量统计

下面将就其中几家公司近几年来的相关专利申请情况，分析其专利申请特点。

3.1 夏普公司

夏普公司在中国的有关卫星电视专利申请33件，居首位，这表明该公司重视在中国的卫星电视市场。在33件申请中，2002年1件，2003年6件，2004年3件，2005年6件，2006年4件，2009年4件，从上述数据可以看出，夏普公司在中国专利申请呈现稳定上升趋势，由此也看出夏普公司在卫星电视技术方面的发展速度也在快速增长。

此外，夏普公司在申请内容涉及卫星电视接收技术也很全面，有通过一条电缆不仅能输出来自一个卫星的极化信号而且能同时输出来自多个卫星的极化信号的低噪声下变频器，还有实现具有低功耗性、并且不会使接收性能降低的卫星和地面波复合调谐器，等等。下面给出2篇夏普公司专利申请，以展示其技术的多样性：

CN1574692A涉及一种适于接收从多个卫星中的每一个发送的多种类型的极化信号的低噪声下变频器和卫星接收机，3个实施例分别能够通过一条电缆从两个卫星同时输出极化信号的低噪声下变频器、根据该低噪声下变频器的输出被从两个调谐器扩展到4个调谐器、以及通过一条电缆同时从两个卫星输出极化信号而不需使用频带转换/组合电路的低噪声下变频器。

CN101505158A涉及一种在接收地面波广播及卫星广播两者的接收机中使用的卫星和地面波复合调谐器，其中描述了：卫星和地面波复合调谐器1为减小功耗，作为动作模式有正常模式和省电模式。在仅仅地面波广播被收看或录像时，由于无需接收卫星广播，因此以使卫星广播解调部5停止的省电模式进行动作。但是，即使在不接收卫星广播的情况下卫星广播调谐部3也不停止而维持选台状态，使得能够迅速应对突然产生的卫星广播的收看请求的情况。另一方面，在接收卫星广播时，卫星广播解调部5处在正常的工作状态。这样，卫星广播解调部处在停止状态时，会引起地面波广播产生接收障碍。作为探讨的结果，该接收障碍可考虑是因如下机制所引起的。卫星广播解调部5为省电模式而处在停止状态时，因对接口电路54的馈电也停止，故AGC电压变成零。由于卫星广播调谐部3的AGC放大器82，86，87的增益随着AGC电压减小而增大，因此AGC电压变成零时卫星广播调谐部3的总增益最大。其结果，I信号及Q信号的强度变得非常大。这种强度的I信号和Q信号产生辐射，作为干扰信号入射到地面波广播调谐部2。由此导致地面波广播的信号纯度变差，引起接收障碍。为防止这样的接收障碍，卫星和地面波复合调谐器1还包含总增益控制部30，该总增益控制部30进行控制使得在卫星广播解调部5处于停止状态时，不增大卫星广播调谐部3的总增益。其结果，由于可抑制从卫星广播调谐部3输出的I信号及Q信号，从而防止对地面波广播调谐部2的干扰波的辐射，因此可得到良好的接收特性。

3.2 索尼公司

索尼公司在中国的有关卫星电视专利申请22件，居次位。在22件申请中，2001年、2003年、2006年、2008年分别有3～4件，索尼公司在中国专利申请包括的技术也很广泛，下面仅给出1篇索尼公司专利申请示例：

CN1309437A涉及传输线导管变频器、微波接收变频器以及卫星接收天线适用于作为交叉极化波发送的广播，其利用一组具有互相不同的水平极化波或垂直极化波的信道广播信号，对交叉极化波进行调制。具体为在同一平面配线板上具有两个探针的传输线波导管变频器，而且该传输线波导管变频器具有良好的交叉极化特性，其中两个探针中的一个探针用于接收水平极化波，另一个用于接收垂直极化波。根据该发明，即使在平面配线板上设置了两个方向互相垂直的探针，极化波分量之间的互相干扰仍然很小。

3.3 中国电子科技集团第54所

中国电子科技集团第54所在中国的有关卫星电视专利申请12件。在12件申请中，2005年、2006年、2009年分别为1件，2008年6件，2011年3件。下面仅给出1篇中国电子科技集团第54所专利申请示例：

CN101150716A涉及由数字逻辑和存储器构成的卫星电视安全接收电路，实现对卫星电视节目进行提取、判断和过滤的由数字逻辑和存储器构成的卫星电视安全接收电路，能够只让允许接收的节目传输流通过，过滤掉不允许接收的节目传输流。该电路采用专用集成电路来实现，既可降低成本，又可获得较高的可靠性和安全性等特点

3.4 上海乐金有限公司

上海乐金有限公司在中国的有关卫星电视专利申请12件。在12件申请中，2006年8件、2007年4件，下面仅给出1篇上海乐金有限公司专利申请示例：

CN1738384A涉及在观看卫星电视同时调谐多路频道的主单元和安装在多个空间调谐各不相同频道的子单元的系统中，通过主单元分别设定各子单元EPG数据。

3.5 株式会社东芝

株式会社东芝在中国的有关卫星电视专利申请10件。在10件申请中，1996，1999，2000，2004年分别有1～2件，2006年5件，下面仅给出1篇株式会社东芝专利申请示例：

CN1231090A于1998年就申请了涉及采用码分多路复用（CDM）对多个信道进行多路复用和广播的系统，该系统允许接收终端装置以高响应速度迅速地转换所接收多路复用广播信号的信道，从而使收视者更方便；可使障碍物所造成的瞬时中断的影响最小并得到满意的接收质量；可使处于建筑物背后的不能直接接收到来自卫星的射频信号的区域中的固定台和移动台，均无需配备大规模的设备即可很好地接收该射频信号，从而实现廉价而又有效的填隙；容易地用一种简单的配置来增加信道数；可采用一种简单天线系统来进行接收，这种天线系统不仅可满足室内使用的要求而且也可满足在机动装置上使用或作为便携设备使用的要求；可转换接收信道，而不会分散机动装置驾驶员驾驶的注意力。本发明的又一个目的是，提供一种卫星广播接收机，该接收机可根据驾驶员的疲劳状况，对接收信道转换进行控制，从而避免交通事故。