范學(xué)東國家新聞出版廣電總局725臺(tái)

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衛(wèi)星面天線除雪系統(tǒng)的構(gòu)建

范學(xué)東
國家新聞出版廣電總局725臺(tái)

摘要：衛(wèi)星面天線的積雪問題一直是北方地球站和各個(gè)發(fā)射臺(tái)冬季安全播音的一個(gè)重要問題，文章分析了現(xiàn)有的四種除雪裝置的優(yōu)缺點(diǎn)，并從無線局實(shí)際情況著手，與臺(tái)站的信息化建設(shè)相結(jié)合，設(shè)計(jì)了兩種除雪裝置，并構(gòu)建了除雪裝置遠(yuǎn)程智能控制系統(tǒng)。

關(guān)鍵字：衛(wèi)星面天線 除雪 鼓吹熱風(fēng) 隔離腔體熱交換 遠(yuǎn)程智能控制

在衛(wèi)星信號(hào)傳輸中，如果衛(wèi)星面天線表面被冰雪覆蓋，會(huì)嚴(yán)重影響地球站發(fā)射端衛(wèi)星信號(hào)的上傳，以及基層臺(tái)站接收端信號(hào)的接收。在一般情況下，衛(wèi)星面天線上的積雪厚度達(dá)到1cm左右時(shí)，接收端基本上接收不到信號(hào)，這就增加了節(jié)目傳輸部門的工作強(qiáng)度，更對(duì)安全傳輸發(fā)射任務(wù)帶來了極大的隱患。另一方面，由于天線上積累了大量冰雪，增加了反射面重量，造成天線結(jié)構(gòu)變形，從而降低了天線的面精度和接收效果，也增加了驅(qū)動(dòng)裝置的負(fù)載。因此，有冰雪天氣的各個(gè)臺(tái)站需要安裝除雪裝置。除冰雪裝置的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)具有可靠性高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝維修簡(jiǎn)便、可遠(yuǎn)程控制和監(jiān)控的特點(diǎn)，同時(shí)不能因?yàn)榘惭b附屬設(shè)備使天線變形而導(dǎo)致反射面精度降低，影響天線性能。本文設(shè)計(jì)了兩種面天線除雪裝置，并構(gòu)建了除雪裝置遠(yuǎn)程智能控制系統(tǒng)。

1　雪衰對(duì)信號(hào)的影響

雪衰就是無線電波在傳輸過程中，受到雨雪影響導(dǎo)致信號(hào)被吸收，由強(qiáng)變?nèi)酰踔链蠓葴p弱的現(xiàn)象，它是影響上行站節(jié)目源傳輸和地面站接收質(zhì)量的重要因素，尤其是對(duì)Ku波段面天線影響更為嚴(yán)重。

這種情況下可以通過兩種技術(shù)方式增大信號(hào)的接收效果，一種是提高衛(wèi)星發(fā)射臺(tái)的發(fā)射功率；一種是增大地面接收儀器的設(shè)備靈敏度，但是這兩種方法都沒有從根本上解決問題。衛(wèi)星天線無論是在地球站上行站還是接收臺(tái)站，包括我們無線局的絕大多數(shù)基層臺(tái)站和一些地方的廣播電視臺(tái)，使用的都是面天線，無論是前饋式、后饋式和偏饋式天線，為了對(duì)準(zhǔn)地球同步衛(wèi)星，地球站和發(fā)射臺(tái)的面天線都要有一定的仰角才能對(duì)準(zhǔn)同步衛(wèi)星，對(duì)于北方的地區(qū)的臺(tái)站而言，雖然越是靠北緯度越高，仰角越小，但是雨雪天氣卻更為頻繁，對(duì)于南方的一些臺(tái)站在這些年同樣面臨雨雪天氣的影響，因?yàn)檠鼋谴蟮膯栴}，如果遇到雨雪天氣，受到的影響會(huì)更加的明顯。這些站臺(tái)都需要安裝衛(wèi)星面天線除雪裝置。

2　除雪裝置的現(xiàn)狀及缺點(diǎn)

現(xiàn)在無線局地球站和北方的發(fā)射臺(tái)站在冰雪天氣時(shí)除雪的方式基本上有四種。

2.1 最普遍的一種就是人工除雪

人工除雪在實(shí)際工作中存在很大的安全隱患，而且除雪不及時(shí)也不徹底：在除雪的過程中人體也會(huì)受到大強(qiáng)度的微波輻射，對(duì)人的身體造成損傷。

2.2 風(fēng)吹

現(xiàn)在在地球站和一些發(fā)射臺(tái)站存在，在面天線的旁邊安裝鼓風(fēng)裝置，通過管道到達(dá)面天線的上方，對(duì)準(zhǔn)面天線進(jìn)行吹風(fēng)。在干冷的情況下效果比較好，但是雪有一定粘性，尤其在雨雪天氣里這種方式并不能徹底地把雪清除干凈，導(dǎo)致上傳衛(wèi)星信號(hào)強(qiáng)度衰減，需要增大發(fā)射功率，而接收站接收到的信號(hào)強(qiáng)度也被冰雪嚴(yán)重衰減。而當(dāng)風(fēng)量足夠大的時(shí)候，雖然可以將面天線上的積雪清除得較干凈，但是有可能會(huì)引起面天線的輕微擺動(dòng)，最終會(huì)影響地球站的上星的準(zhǔn)確度和地面接收站的接收精度。

2.3 使用高壓水槍

需要多人進(jìn)行操作，而且在持續(xù)降雪的天氣需要不斷進(jìn)行清理，操作繁瑣且勞動(dòng)強(qiáng)度大，在天線表面容易結(jié)冰?，F(xiàn)在有一種在面天線周圍安裝水噴嘴的裝置，下雪的時(shí)候進(jìn)行水沖除雪，效果會(huì)比高壓水槍更加安全，操作性更強(qiáng)。水沖方式除雪需要配套很好的排水設(shè)施，否則地面容易形成凍冰。

2.4 使用電熱毯對(duì)天線進(jìn)行加熱

其基本實(shí)現(xiàn)原理與北方冬季使用的電熱毯一樣，即將電熱毯式的加熱層避開面板背部筋條，直接固定在天線反射面板背部，外面加上保溫層和固定板材。在冰雪天氣里控制電熱層的溫度，達(dá)到除雪的目的。在這里面除了考慮保溫層的保溫性外，還要考慮保溫層的絕緣性和阻燃性。該方法的缺點(diǎn)是加熱裝置的輻射易對(duì)衛(wèi)星信號(hào)造成干擾。

3　兩種改進(jìn)的除雪方式

本文在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出了兩種改進(jìn)的除雪方式，分別為鼓吹熱風(fēng)方式和隔離腔體熱交換方式。

3.1 鼓吹熱風(fēng)方式

此方式在現(xiàn)有臺(tái)站使用的風(fēng)吹方式的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，在風(fēng)通道的里面加裝加熱裝置。基本原理就是對(duì)通過的氣流進(jìn)行加熱，利用吹出去的熱風(fēng)融化冰雪，達(dá)到除雪的目的?，F(xiàn)在我們無線局中有部分臺(tái)站已經(jīng)安裝有風(fēng)吹方式進(jìn)行除雪的裝置，這種裝置在一定程度上能夠解決積雪的問題，但是不夠完善，在確實(shí)可行的情況下可以進(jìn)行簡(jiǎn)單的改造，避免現(xiàn)有設(shè)備的閑置浪費(fèi)，同時(shí)達(dá)到除雪的目的。

3.2 隔離腔體熱交換方式

隔離腔體熱交換方式是將隔熱材料覆蓋在天線反射體主力背架后面，從而與整個(gè)天線反射面一起形成一個(gè)密閉的腔體，并在其中設(shè)置熱風(fēng)循環(huán)裝置，通過加熱氣體在密閉腔體內(nèi)的流動(dòng)提升天線反射面的溫度，最終融化冰雪。其優(yōu)點(diǎn)是加熱融雪速度快、天線反射面溫度均勻、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用安全，不會(huì)對(duì)衛(wèi)星信號(hào)形成干擾，對(duì)于口徑較大、對(duì)天線主面精度要求高的Ku、Ka頻段通信天線除雪效果非常有效，不存在干擾因素的影響。

熱風(fēng)循環(huán)裝置包括加熱器、鼓風(fēng)機(jī)及送風(fēng)、回風(fēng)管道。加熱器工作產(chǎn)生熱空氣，鼓風(fēng)機(jī)將熱空氣抽出，通過送風(fēng)管道將其吹入天線背部的充氣室。熱風(fēng)的進(jìn)入，將冷空氣沿回風(fēng)管道壓回加熱器進(jìn)行加熱。如此循環(huán)反復(fù)，使天線反射面溫度不斷提高，從而達(dá)到融化其表面冰雪的目的。在天線內(nèi)部中間加上隔離板是為了空氣更好地流通，避免空氣在里面對(duì)流，提高熱交換的效率。

4　除雪裝置的遠(yuǎn)程智能控制設(shè)計(jì)

有人留守、無人值守是無線局發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)，智能除雪裝置的實(shí)現(xiàn)是信息化建設(shè)中必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)。本文設(shè)計(jì)了一種遠(yuǎn)程智能控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括以下幾個(gè)子系統(tǒng)：

（1）除雪裝置的啟動(dòng)／關(guān)閉系統(tǒng)。系統(tǒng)有自動(dòng)和人工控制兩種方式。在室外安裝冰雪傳感器，其輸出信號(hào)代表是否是冰雪天氣，通過開關(guān)量的數(shù)據(jù)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)的開啟和關(guān)閉，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置的工作模式選擇風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和加熱裝置的功率。在人工控制的狀態(tài)下，人工可以控制風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和加熱裝置的功率，同時(shí)控制可控各個(gè)風(fēng)窗的開啟和大小。

（2）面天線內(nèi)部溫控系統(tǒng)。遠(yuǎn)程控制端的系統(tǒng)設(shè)置有小雪、中雪、大雪、暴雪、冰雪等天氣模式，每個(gè)天氣模式對(duì)應(yīng)不同的腔體內(nèi)部溫度。

（3）內(nèi)部流動(dòng)空氣溫控系統(tǒng)。系統(tǒng)根據(jù)采集點(diǎn)采集的溫度，根據(jù)不同的工作模式控制加熱裝置的功率和風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。

（4）加熱裝置控制系統(tǒng)。根據(jù)電阻絲爐具的原理，設(shè)置不同的檔位，為了達(dá)到精確控制需要設(shè)置多個(gè)檔位，使功率平穩(wěn)變化，既能實(shí)現(xiàn)除雪的目的，也能達(dá)到節(jié)能的效果。

（5）加熱裝置保溫和阻燃的保護(hù)系統(tǒng)。在臨近加熱裝置的地方溫度比較高，通道的材料必須耐高溫并且阻燃，這需要在實(shí)際搭建系統(tǒng)時(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)選擇。

本系統(tǒng)可以遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)查看各個(gè)采集點(diǎn)的溫度、風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、加熱裝置的功率。且風(fēng)筒的分支處設(shè)計(jì)為百葉窗結(jié)構(gòu)，可以同時(shí)控制對(duì)應(yīng)不同面天線的窗口大小，從而達(dá)到控制不同面天線內(nèi)部腔體溫度的目的。在正常月份和天氣里整套系統(tǒng)可以關(guān)閉，在冬季雨雪天氣里系統(tǒng)可以自動(dòng)啟動(dòng)或手動(dòng)啟動(dòng)。當(dāng)系統(tǒng)在自動(dòng)控制狀態(tài)時(shí)，根據(jù)雨雪傳感器采集的數(shù)據(jù)自動(dòng)開啟加熱裝置，達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)維持此溫度，并可根據(jù)雨雪傳感器采集到的數(shù)據(jù)，控制加熱裝置在無雨雪的天氣停止加熱。當(dāng)系統(tǒng)處于手動(dòng)狀態(tài)時(shí)，手動(dòng)開啟加熱裝置，當(dāng)天線溫度達(dá)到設(shè)定的溫度時(shí)，加熱裝置會(huì)維持面天線的表面溫度，并提示告知操作員。

5　小結(jié)

面天線除雪裝置的設(shè)計(jì)和安裝是保障安全播音的有效手段之一，也是無線局信息化建設(shè)的一個(gè)重要步驟。本文分析了當(dāng)前面天線除雪技術(shù)的不足，研發(fā)了兩種新型除雪方式，并提出了除雪裝置遠(yuǎn)程智能控制方案，有望提高衛(wèi)星地球站和基層站的防冰雪災(zāi)害能力，進(jìn)一步保證衛(wèi)星廣播電視節(jié)目的安全播出。

參考文獻(xiàn)

［1］秦嚨．陜西衛(wèi)星地球站發(fā)射天線除雪系統(tǒng)實(shí)踐方案［J］．?dāng)?shù)字通信世界，2013（12）：87—89．

［2］王軍，陳?。l(wèi)星發(fā)信天線自動(dòng)除雪裝置［J］．內(nèi)蒙古廣播與電視技術(shù)，2011（1）：35—37．

［3］張金虎．衛(wèi)星天線的除雪方式探討［J］．廣播電視信息，2013（4）：72—73．

［4］劉崢．衛(wèi)星通信天線融雪除冰系統(tǒng)［J］．?dāng)?shù)字通信世界，2013（11）：87—89．

［5］陳慷．一種簡(jiǎn)易的電熱融雪融冰裝置的應(yīng)用［J］．中國傳媒科技，2013（24）：62．

［6］王濤．貴州電網(wǎng)應(yīng)急衛(wèi)星通信系統(tǒng)天線智能融冰技術(shù)研究與應(yīng)用［J］．衛(wèi)星與網(wǎng)絡(luò)，2014（Z1）：72—76．

［7］金立希．貼膜式電加熱天線除雪系統(tǒng)改造研究［J］．衛(wèi)星電視與寬帶多媒體，2014（7）：62—65．