俞伯偉

據(jù)說(shuō)，運(yùn)用極軸概念尋星最早應(yīng)用在天文望遠(yuǎn)鏡觀察恒星上，天文學(xué)家將望遠(yuǎn)鏡安裝在由極軸概念帶動(dòng)的儀器上，向地球轉(zhuǎn)動(dòng)的相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，抵消了因地球轉(zhuǎn)動(dòng)引起的觀測(cè)目鏡中天象的位置移動(dòng)，確保了觀察星體的穩(wěn)定性。

用于衛(wèi)星接收的極軸天線就是按照這種極軸概念設(shè)計(jì)，并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)動(dòng)尋星的衛(wèi)星天線。這里所謂的“極軸”是指經(jīng)過(guò)天線所在地與地球自轉(zhuǎn)軸平行的一根軸線，而并非真正的地球南北軸。極軸垂直于同步衛(wèi)星軌道的圓平面，當(dāng)天線圍繞極軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，天線指向延長(zhǎng)線在天空畫(huà)出的弧線與衛(wèi)星軌道近似或完全吻合。所以，改變天線的方位角就能順著衛(wèi)星在軌道上的分布找到相應(yīng)衛(wèi)星，并且隨著天線方位角的變動(dòng)，天線的仰角和極化角也隨之校正到相應(yīng)的位置。

在動(dòng)手安裝極軸天線之前，如果能真正理解極軸天線的工作原理，對(duì)于正確安裝、迅速調(diào)整會(huì)有很大幫助。下面就以三張圖示來(lái)解釋常用的Ku偏饋天線配合極軸座的接收原理。

注意，這里指的與地球自轉(zhuǎn)軸平行的天線軸線，不是指連接Ku天線本體的那根東西擺動(dòng)的軸，而是這根軸的根部連接本體的固定軸線。從圖上就可以清楚地理解這兩個(gè)軸線的不同。

有了這三張示圖，對(duì)極軸天線工作原理的認(rèn)識(shí)應(yīng)該就清楚了。不過(guò)，還有一些問(wèn)題如果有興趣的話可以進(jìn)一步思考。

首先，對(duì)于第一、第二張圖我們十分容易理解，但是對(duì)第三張圖的調(diào)整是不是可以不做，或者說(shuō)在什么條件下可以不做第三張圖的調(diào)整呢？

回答是：理論上有這個(gè)地點(diǎn)可以只做第兩張圖的操作，而不做第三張圖的調(diào)整。這個(gè)地點(diǎn)就是在正北極軸線上（或正南極軸線上），這時(shí)只要按照第二張圖調(diào)整后，就可以接收所有地球同步衛(wèi)星的信號(hào)了，無(wú)需進(jìn)行第三張圖的調(diào)整。不幸的是，由于地平線的遮擋，必須在這兩個(gè)軸線地點(diǎn)上空73千米以上才能尋找到衛(wèi)星軌跡。

上述現(xiàn)象還給了我們?nèi)c(diǎn)解釋：一是為什么有的極軸座說(shuō)明書(shū)上不給出高緯度地點(diǎn)的補(bǔ)償角（因?yàn)樵诳拷稀⒈睒O地區(qū)已經(jīng)沒(méi)有實(shí)際安裝意義了）；二是很容易理解為什么所有介紹極軸天線安裝的文章一再?gòu)?qiáng)調(diào)找準(zhǔn)垂直、真南的重要性；三是接收地點(diǎn)上的天線“極軸”與地球南北軸不是完全相同的概念。

其次，要順便說(shuō)明一下以下幾個(gè)問(wèn)題：

1. 由于極軸天線旋轉(zhuǎn)時(shí)高頻頭內(nèi)的信號(hào)探針跟隨天線一起圍繞極軸天線軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，而且信號(hào)探針總是和極軸座中的軸線形成一個(gè)夾角，這個(gè)夾角剛好也就是我們常講的高頻頭的極化角。這樣一來(lái)，可以簡(jiǎn)單地理解為安裝在極軸天線上的高頻頭極化角是跟隨天線轉(zhuǎn)動(dòng)而自動(dòng)調(diào)整的，無(wú)需再去調(diào)整。

2. 了解了這個(gè)原理，我們會(huì)想：是不是確定了天線地點(diǎn)后能讓極軸天線自動(dòng)尋找對(duì)應(yīng)的各個(gè)衛(wèi)星位置呢？答案是肯定的。人們已經(jīng)將這個(gè)自動(dòng)尋星功能付諸實(shí)踐，這個(gè)功能稱之為“USALS”。市場(chǎng)上部分極軸座帶有這個(gè)“USALS”功能，當(dāng)用同樣帶有“USALS”功能的接收機(jī)控制這樣的極軸天線時(shí)，只要輸入天線所在地的經(jīng)緯度，便能讓極軸天線自動(dòng)確定各個(gè)衛(wèi)星位置，調(diào)節(jié)起來(lái)方便、準(zhǔn)確、高效。

3. 事實(shí)上，在一天當(dāng)中靜止衛(wèi)星軌道不是完全圓形的，帶有一點(diǎn)橢圓，軌道半徑偏大時(shí)，衛(wèi)星速度減小，其相對(duì)地球就要向西漂移，反之向東漂移。另外衛(wèi)星的軌道傾角也不是正好為0°，有些南北漂移。由于有上面兩個(gè)結(jié)果的影響，衛(wèi)星的星下點(diǎn)軌跡是上面兩種結(jié)果的合成，使得每天星下點(diǎn)軌跡呈“8”字形。至于一天中什么時(shí)候剛好位于這個(gè)“8”字形的中點(diǎn)最適宜精確調(diào)星，不在本文的討論范圍，若有興趣可以參考相關(guān)文章的介紹。

希望本文對(duì)于初裝極軸天線和感興趣的讀者能提供一些有益的啟示。■