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        三張圖解釋極軸天線的接收原理

        2009-07-03 04:24:10俞伯偉
        衛(wèi)星電視與寬帶多媒體 2009年10期
        關(guān)鍵詞:極軸高頻頭軸線

        俞伯偉

        據(jù)說,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,還有一些問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明書上不給出高緯度地點(diǎn)的補(bǔ)償角(因?yàn)樵诳拷?、北極地區(qū)已經(jīng)沒有實(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,要順便說明一下以下幾個(gè)問題:

        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,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?!?/p>

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