汪 洋，李建雄，張?zhí)鞆?qiáng)

（唐山廣播電視臺，河北 唐山 063000）

1 研究背景

隨著衛(wèi)星通信技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，越來越多的廣播電視節(jié)目利用地球同步衛(wèi)星進(jìn)行傳輸。同步衛(wèi)星信號覆蓋范圍更廣，打破了地面微波中繼站的數(shù)量及天線高度的限制，提高了信號傳輸質(zhì)量，組網(wǎng)更加靈活，成為廣播電視臺信號傳輸?shù)闹饕侄沃?，也是未來信息傳播的重點發(fā)展方向[1]。

近年來，極端惡劣天氣頻發(fā)，衛(wèi)星接收天線在遇到大風(fēng)天氣時，由于風(fēng)載荷過大，會導(dǎo)致天線姿態(tài)發(fā)生改變，對其俯仰角、方位角和極化角參數(shù)產(chǎn)生影響，從而導(dǎo)致信號質(zhì)量下降甚至中斷，給廣播電視信號的安全優(yōu)質(zhì)播出帶來隱患[2]。發(fā)生此類事故時，專業(yè)技術(shù)人員可能不能及時抵達(dá)事故現(xiàn)場進(jìn)行修調(diào)，因此，研究一套切實可行的衛(wèi)星接收天線快速修調(diào)方法并制定操作流程，變得尤為重要。該方法能夠使值班員在缺乏專業(yè)設(shè)備及專業(yè)技術(shù)人員的情況下，對衛(wèi)星接收天線進(jìn)行快速修調(diào)的應(yīng)急操作。

2 研究內(nèi)容

為保證在衛(wèi)星接收天線姿態(tài)改變時修調(diào)的快速性和準(zhǔn)確性，首先從理論上研究其可行性，然后通過實踐對理論進(jìn)行驗證，通過對天線俯仰角、方位角和極化角的快速精確調(diào)整，使天線恢復(fù)到增益最大的最佳狀態(tài)，從而確保發(fā)射臺信號的高質(zhì)量、不間斷安全播出[3]。

2.1 天線參數(shù)的計算方法

衛(wèi)星接收天線的方位角是其上投影高頻頭指向與接收點正南方向所形成的夾角，可用∠AZ表示，如圖1所示。

衛(wèi)星接收天線方位角與接收站地理坐標(biāo)經(jīng)緯度和同步衛(wèi)星經(jīng)度有關(guān)，其計算如式（1）：

式中：N為接收站地理坐標(biāo)緯度，?g為接收站經(jīng)度與同步衛(wèi)星經(jīng)度差。

衛(wèi)星接收天線的俯仰角是天線高頻頭朝衛(wèi)星的指向與大地平面之間所形成的夾角，用∠EL表示，如圖2所示。

圖2 天線俯仰角指示

衛(wèi)星接收天線俯仰角同樣與接收站地理坐標(biāo)經(jīng)緯度和同步衛(wèi)星經(jīng)度有關(guān)，其計算如式（2）：

式中：N為接收站地理坐標(biāo)緯度，?g為接收站經(jīng)度與同步衛(wèi)星經(jīng)度差。

極化角（極化偏角）為接收點地平面與水平極化波電場平面（電波傳播方向與電場矢量所確定的平面）之間的夾角。用∠αp表示，如圖3所示。

圖3 接收天線口面（沿電波傳播方向看）

圖3中，Ev為垂直極化電場，Eh為水平極化電場?！夕羛的計算如式（3）：

式中：N為接收站地理坐標(biāo)緯度，?g為接收站經(jīng)度與同步衛(wèi)星經(jīng)度差，?r為以地球半徑為單位的衛(wèi)星軌道相對半徑，其計算如式（4）所示。

式中：R為靜止衛(wèi)星軌道半徑，r為地球半徑。

根據(jù)對以上計算公式的求解，在已知接收站經(jīng)緯度以及地球同步衛(wèi)星軌道位置參數(shù)的情況下，可以求出接收天線俯仰角、方位角和極化角參數(shù)值，為天線姿態(tài)調(diào)整提供數(shù)據(jù)支撐。

2.2 快速查詢表格的建立

快速查詢表格能幫助技術(shù)人員在已知接收站經(jīng)緯度和地球同步衛(wèi)星軌道位置參數(shù)的情況下，不用進(jìn)行計算，通過表格就能快速查詢出粗略數(shù)值，能在緊急情況下快速對天線姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整。快速查詢表格通過MATLAB軟件建立模型并進(jìn)行繪制。俯仰角、方位角與接收站維度和經(jīng)度差的關(guān)系如圖4所示。

圖4 俯仰角、方位角與接收站緯度和經(jīng)度差關(guān)系圖

MATLAB軟件中的數(shù)學(xué)模型如下。

極化角與接收站緯度和經(jīng)度差的關(guān)系如圖5所示。

圖5 極化角與接收站緯度和經(jīng)度差關(guān)系圖

MATLAB軟件中的數(shù)學(xué)模型如下。

2.3 天線參數(shù)測量方法

一般來說，衛(wèi)星接收天線參數(shù)測量需要用到坡度儀、尋星儀等專業(yè)設(shè)備，而現(xiàn)實情況下，很多發(fā)射臺并不具備該類專業(yè)設(shè)備。事故發(fā)生時，在專業(yè)維修人員不能及時到場的情況下，研究一種利用簡易設(shè)備對衛(wèi)星接收天線參數(shù)進(jìn)行快速測量的方法變得尤為重要。

測量衛(wèi)星接收天線方位角需要用到的工具是指北針和直角拐尺。指北針的指針指向為地磁北方，所測出的角為磁方位角，而測量所需要的角為地理方位角[4-5]。磁方位角和地理方位角存在一個磁偏角，由于各地緯度不同，因此各地磁偏角均不相同，查詢當(dāng)?shù)卮牌?，對磁方位角進(jìn)行校正，可得出地理方位角。以唐山為例，經(jīng)過查詢，唐山地區(qū)磁偏角為-7.4°，與指北針測量出的磁方位角相加，得出校正過的磁方位角，即衛(wèi)星接收天線的實際方位角。

根據(jù)衛(wèi)星接收天線的安裝位置及現(xiàn)場技術(shù)人員人數(shù)，測量方式主要分為兩種：一種為雙人正面測量，一種為單人側(cè)面測量。兩種方式均需要指北針盡量遠(yuǎn)離電磁干擾源及一些能產(chǎn)生電磁干擾的物體。

（1）正面測量。在雙人正面測量方位角的過程中，根據(jù)天線安裝位置，一人站在靠近天線正面或背面的位置，另外一人拿著指北針站在與天線高頻頭指向大致同方向的較遠(yuǎn)處?？拷炀€的技術(shù)人員用直角拐尺較寬的直角邊緊貼天線垂直支撐柱，另外一條直角邊指向高頻頭所指方向。遠(yuǎn)處技術(shù)人員調(diào)整指北針上的氣泡穩(wěn)定在紅圈中間，使指北針保持在水平面上，并參照直角拐尺位置使指北針的北極與天線所指方向成一條直線。等指針穩(wěn)定后，讀出接收天線的磁方位角。

（2）側(cè)面測量。在單人側(cè)面測量方位角的過程中，根據(jù)天線安裝位置，技術(shù)人員拿著指北針站在天線側(cè)面的較遠(yuǎn)處。通過左右更改站位，當(dāng)衛(wèi)星接收天線口面外延呈一條直線時，可認(rèn)為所處位置為天線正側(cè)面。技術(shù)人員在保持指北針?biāo)降耐瑫r，使指北針的北極對準(zhǔn)天線口面外延方向，等指針穩(wěn)定后，讀出接收天線的磁方位角，然后加或者減90°即為接收天線的磁方位角。

測量衛(wèi)星接收天線俯仰角需要用到的工具是量角器、細(xì)線及鐵墜。將工具進(jìn)行改造并組裝，首先在量角器的頂點打孔，然后用細(xì)線穿過小孔的一頭并進(jìn)行系扣固定，在細(xì)線的另外一頭系上鐵墜。將改造后的量角器靠在與天線高頻頭平行的結(jié)構(gòu)件上，并讀出量角器角度b，用90°減去讀出的角度值b，即可求出接收天線俯仰角的實際數(shù)值a。量角器結(jié)構(gòu)及使用方法如圖6所示。

圖6 量角器結(jié)構(gòu)及使用方法

衛(wèi)星接收天線的極化角需要用公式計算，然后使用快速查詢表格進(jìn)行相互驗證，算出角度數(shù)值，與高頻頭上的刻度進(jìn)行比較。通過緩慢旋轉(zhuǎn)高頻頭，來調(diào)整實際極化角數(shù)值，使其與計算值相符。

2.4 應(yīng)急修調(diào)操作流程

進(jìn)行應(yīng)急修調(diào)操作流程，技術(shù)人員可按如下步驟操作。

（1）衛(wèi)星接收信號突然減弱時，首先判斷室內(nèi)衛(wèi)星接收設(shè)備是否故障?？汕袚Q其他信號源備路信號或應(yīng)急衛(wèi)星接收設(shè)備進(jìn)行試驗，保證信號安全優(yōu)質(zhì)播出。

（2）判斷是否由室外天氣原因?qū)е滦盘柖虝核p，如日凌干擾、雨衰、雪衰、霧衰等自然現(xiàn)象。

（3）判斷衛(wèi)星接收天線口面是否有遮擋物。

（4）判斷是否為饋線接口松動、密封不夠完好等因線纜問題導(dǎo)致的信號衰減。

（5）通過肉眼觀察或測量判斷衛(wèi)星接收天線姿態(tài)是否發(fā)生改變。

如果天線姿態(tài)發(fā)生改變，通過上述計算方法或快速查詢表格獲得天線方位角、俯仰角和極化角理論參數(shù)；通過上述測量方法測量天線姿態(tài)的實際參數(shù)；根據(jù)天線調(diào)節(jié)操作的難易程度，按俯仰角、方位角、極化角的順序進(jìn)行粗調(diào)；接上便攜式衛(wèi)星接收機(jī)和電視，根據(jù)信號強(qiáng)度和信號質(zhì)量對接收天線進(jìn)行微調(diào)，直至故障排除。

3 結(jié) 語

本文在理論研究的基礎(chǔ)上，經(jīng)過實踐證明了所提方法的可行性。應(yīng)急修調(diào)操作流程的建立，使得唐山廣播電視發(fā)射臺衛(wèi)星接收系統(tǒng)的應(yīng)急預(yù)案更加完備。通過簡單的技術(shù)培訓(xùn)，值班人員具備了對衛(wèi)星接收系統(tǒng)故障發(fā)生時的應(yīng)急處置能力，并能夠獨立完成對天線的維修調(diào)試操作。本文的研究能夠為廣電行業(yè)衛(wèi)星接收天線的快速修調(diào)提供一定的技術(shù)參考。