衛(wèi)星接收天線在節(jié)目傳輸系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘要：本文主要闡述了在衛(wèi)星節(jié)目傳輸系統(tǒng)中，兩種常用衛(wèi)星接收天線的結(jié)構(gòu)及其工作原理。對它們的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了仔細(xì)的比較。在實(shí)際工作中，它們互為備份，保障了數(shù)字衛(wèi)星信號的正常傳輸。衛(wèi)星接收天線處于戶外，平時受自然環(huán)境的影響非常大。作者結(jié)合自己多年來的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，詳細(xì)介紹了在日常檢修中，是如何對衛(wèi)星接收天線進(jìn)行認(rèn)真維護(hù)的。

關(guān)鍵詞：衛(wèi)星接收天線 卡塞格倫 環(huán)焦 電磁波 節(jié)目傳輸

中圖分類號：TN949. 199 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2015）08-0000-00

1前言

在衛(wèi)星廣播電視接收系統(tǒng)中，接收天線是衛(wèi)星廣播電視接收站的前端設(shè)備。它實(shí)質(zhì)上是一個電磁波的收集器，它的作用是將反射面內(nèi)收集到的由衛(wèi)星向地面輻射的非常微弱的電磁波聚集并轉(zhuǎn)換成高頻電流，然后傳送到高頻頭內(nèi)進(jìn)行處理。顯而易見，它在節(jié)目傳輸系統(tǒng)中是一個必不可少的部分，其質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響著整個系統(tǒng)的性能。目前，在短波廣播發(fā)射臺的節(jié)目傳輸系統(tǒng)中，廣泛使用的數(shù)字衛(wèi)星接收天線主要是卡塞格倫天線和環(huán)焦天線兩種。這兩種天線互為備份，各有優(yōu)缺點(diǎn)，在接收系統(tǒng)中發(fā)揮著各自特有的功能，確保了節(jié)目傳輸?shù)娜f無一失。下面就將這兩種常用衛(wèi)星接收天線的結(jié)構(gòu)原理，功能特點(diǎn)以及在日常工作中對它們的維護(hù)做一詳細(xì)介紹。

2卡塞格倫天線

2.1 卡塞格倫天線的結(jié)構(gòu)

卡塞格倫天線是后饋式天線。在結(jié)構(gòu)上它可分為三大主要部分：

（1）主反射面：是一個焦點(diǎn)在F、焦距為f的旋轉(zhuǎn)拋物面。

（2）副反射面：是一個旋轉(zhuǎn)雙曲面。其中一個焦點(diǎn)C（稱為虛焦點(diǎn)）與拋物面的焦點(diǎn)F重合，另一個焦點(diǎn)C'（稱為實(shí)焦點(diǎn)）通常在拋物面的頂點(diǎn)附近。主副反射面的焦點(diǎn)重合，副反射面通常用金屬支架固定在主反射面上。

（3）饋源：通常采用喇叭為饋源，它的相位中心位于雙曲面的實(shí)焦點(diǎn)C'上。

2.2卡塞格倫天線的工作原理

從幾何光學(xué)性質(zhì)很容易說明卡塞格倫天線的工作原理。

由雙曲線定義得： C′B-BF=定長；

由拋物線幾何性質(zhì)得：FB+BA+AP=定長；

因而 C′B+BA+AP= （C′B-BF）+（BA+BF+AP）= 定長。

從圖（1）可以看出，標(biāo)準(zhǔn)型卡塞格倫天線是按照卡塞格倫光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的原理制成的，主反射面、副反射面和饋源三者共軸。卡塞格倫天線拋物面的焦點(diǎn)F與雙曲面的虛焦點(diǎn)C相重合；而饋源相位中心在雙曲面的實(shí)焦點(diǎn)C′上。同時，它們都放置在焦軸對稱位置上。這時由饋源相位中心C′輻射的球面波，首先到達(dá)副反射面，由副反射面將電波反射到主反射面，再由主反射面反射，然后沿軸向平行方向傳播。

雙曲面有兩個基本特性，首先，由雙曲面的實(shí)焦點(diǎn)C′發(fā)出的射線經(jīng)過雙曲面反射后，其反射的路徑與虛焦點(diǎn)C向拋物面發(fā)出的射線路徑是一樣的。其次，由C′點(diǎn)發(fā)出的各條射線經(jīng)雙曲面及拋物面兩次反射而到達(dá)拋物面口面時，所走過的路程相等，也就是饋源輻射出來的球面波經(jīng)過兩次反射后變成了等相位、平行于軸向輻射出去的平面波。這就是卡塞格倫天線的基本工作原理。

2.3卡塞格倫天線的優(yōu)缺點(diǎn)

（1）主要優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊，可以把大功率發(fā)射機(jī)或低噪聲接收機(jī)直接與饋源喇叭相連，從而降低了因饋電波導(dǎo)過長而引起的損耗噪聲。因?yàn)橛兄鳌⒏眱蓚€反射面，所以便于調(diào)整，以提高天線效率。采用短焦距拋物面作為主反射面，從而減少天線縱向尺寸。另外，從饋源喇叭輻射出來經(jīng)副反射鏡邊緣漏出去的電波是射向天空而不像拋物面天線那樣射向地面，因而降低了大地反射噪聲。由于這種天線采用后饋方式，饋源喇叭尺寸大，天線的極化去偶性能好。它還具有頻帶寬，駐波比小的特點(diǎn)，駐波比一般在1.0～1.05，且前后比高，一般可達(dá)60～65db。另外，這種天線效率在65%左右，稍高于標(biāo)準(zhǔn)的拋物面天線。若對主、副反射面進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚?，天線效率可提高至70%以上。因此，它作為集體接收地面站天線是非常適合的。從接收衛(wèi)星信號頻段來看，卡氏衛(wèi)星接收天線在基層臺站主要接收C波段數(shù)字衛(wèi)星信號，其工作頻段在3.7—4.2GHZ 。C波段技術(shù)成熟，受降雨影響小，傳輸穩(wěn)定。因此，在實(shí)際工作中，卡塞格倫天線是作為主用衛(wèi)星接收天線。

（2）主要缺點(diǎn)：由于這類天線比較笨重、價格比較昂貴，加上二次反射面面積比較大，對一次反射面造成遮擋損失，因此在小口徑天線上應(yīng)用效果反而較差，因而很少作為家用接收天線?？ㄊ闲l(wèi)星接收天線接收的C波段數(shù)字衛(wèi)星信號受地面微波干擾比較大，接收天線的口徑大，通常在4.5～5米之間，安裝起來比較麻煩。

3 環(huán)焦天線

3.1 環(huán)焦天線的結(jié)構(gòu)

環(huán)焦天線由中心體，主反射面及其背架，副反射面和副面支架桿，饋源系統(tǒng)，饋源套筒及極化調(diào)整結(jié)構(gòu)等組成。

3.2環(huán)焦天線的工作原理

從圖（2）可以看出，由天線的饋源相位中心O（位于橢圓副面的一個焦點(diǎn)上）發(fā)出的電磁波，照射到橢圓副面中心區(qū)域O'點(diǎn)的射線，經(jīng)副面反射到主面邊沿區(qū)域的C點(diǎn)，然后再經(jīng)主面C點(diǎn)反射，發(fā)送到天線前方的空間去。射線由副面向主面行走的光程路線中，所有射線均交于橢圓副面的另一個焦點(diǎn)F（該焦點(diǎn)與拋物面焦點(diǎn)重合）。由于主、副面都是圓對稱的，所以焦點(diǎn)F旋轉(zhuǎn)一周形成焦環(huán)故稱環(huán)焦天線。天線接收的工作原理與發(fā)射相同，電磁波的運(yùn)行路線相反。

注：由橢圓的幾何性質(zhì)得 OA+AF=定長；

又因F為拋物線CB的焦點(diǎn)，所以各衛(wèi)星平行入射波束到達(dá)焦點(diǎn)O所走的路程相等。

3.3環(huán)焦天線的優(yōu)缺點(diǎn)

（1）主要優(yōu)點(diǎn)：環(huán)焦衛(wèi)星接收天線具有高效率，低旁瓣和低電壓駐波比等優(yōu)點(diǎn)。該天線與卡氏天線相比，只要喇叭口徑不大于副反射面口徑，喇叭口徑對主反射面沒有遮擋。由于副反射面形狀的改變，使副面的反射波極少反射到饋源喇叭中，因此該天線的駐波比與旁瓣特性優(yōu)于卡氏天線。從接收衛(wèi)星信號頻段來看，環(huán)焦衛(wèi)星接收天線在基層臺站主要接收KU波段數(shù)字衛(wèi)星信號，其工作頻段在11.7—12.2GHZ。KU頻段是以衛(wèi)星廣播業(yè)務(wù)為主用的頻段，其他業(yè)務(wù)不得干擾衛(wèi)星廣播。從技術(shù)角度看，這個頻段的主要優(yōu)點(diǎn)是工業(yè)干擾和地面通信（如地面微波等）的干擾都較小，傳輸容量較大。由于頻段高，波長短，星上發(fā)射天線和地面接收天線都可以做的較小，便于安裝，天線成本相對較低。在實(shí)際工作中，環(huán)焦天線是作為備用衛(wèi)星接收天線。

（2）主要缺點(diǎn)： 這個頻段的主要缺點(diǎn)是雨季對電磁波的吸收比較大，容易發(fā)生雨衰現(xiàn)象。因此，接收天線仰角不能太低（應(yīng)在20°以上），以減小電磁波穿過降雨層距離所造成的吸收損耗。

在實(shí)際工作中，兩種衛(wèi)星接收天線接收的信號來自不同的衛(wèi)星，在每年的春分和秋分前后發(fā)生日凌時，由于衛(wèi)星軌位不同，發(fā)生日凌的時間也不相同，我們及時選擇優(yōu)質(zhì)節(jié)目源，從而避免日凌對衛(wèi)星接收信號的影響。當(dāng)主用衛(wèi)星接收天線出現(xiàn)異常時，要及時切換到備用接收天線，保障節(jié)目源的正常傳輸。

4衛(wèi)星接收天線的日常維護(hù)

由于衛(wèi)星接收天線安裝在室外，所以受到自然環(huán)境的影響比較大。為了保證衛(wèi)星接收信號的正常傳輸，在日常檢修工作中，精心維護(hù)衛(wèi)星接收天線是非常重要的。具體的方法如下：

（1）保護(hù)好衛(wèi)星接收天線各部件，防止變形、生銹或腐蝕；保護(hù)好天線的調(diào)整機(jī)構(gòu)，應(yīng)按工廠要求，在有關(guān)部位注入規(guī)定的機(jī)油并防止灰土進(jìn)入。在使用中，要保證拋物面型不受破壞，不應(yīng)當(dāng)在天線支撐桿上吊掛重物，以免副反射面與主反射面中心軸線偏離。否則將會影響天線性能和指標(biāo)，導(dǎo)致信號變壞。在天線壽命期間，要求調(diào)整機(jī)構(gòu)保持其調(diào)整靈活及鎖定牢固，因?yàn)樵谌粘＿\(yùn)行時，有時需微調(diào)天線指向。（2）饋源口和拋物面表面積水、雪、結(jié)冰都會影響接收的信號功率，使C/N下降，圖像雜波增大，應(yīng)及時消除，饋源口必須有密封罩，防止雨水和泥沙進(jìn)入波導(dǎo)內(nèi)，其他受雨淋的接口處如法蘭盤連接處，電纜插頭座也需注意其防水性能。（3）高頻頭（LNB）密封不嚴(yán)，內(nèi)部受潮，造成LNB工作不正常。檢修用無水酒精對受潮部位加以清潔。檢查蓋板的密封圈是否完好，裝上蓋板時要擰緊螺絲，必要時在蓋板的接縫處涂上一層防水密封膠。（4）大角度調(diào)整時，要檢查微動開關(guān)是否正常，防止超出規(guī)定的工作范圍，造成設(shè)備損壞，尤其仰角范圍更要注意，仰角最低不到6°以下，最高不到90°。（5）如果有大風(fēng)（超過六級）盡量不要調(diào)整，因?yàn)樘炀€晃動太大，容易損壞設(shè)備。調(diào)整要有兩人內(nèi)外配合。（6）天線接地要良好，站址選在高山上的衛(wèi)星接收站，必須裝置安全可靠的避雷措施，包括避雷針，良好的地線系統(tǒng)，供電系統(tǒng)的避雷裝置等，并建立定期檢查的制度。

5 結(jié)語

通過對兩種常用衛(wèi)星接收天線的結(jié)構(gòu)原理及優(yōu)缺點(diǎn)的詳盡介紹，使我們對衛(wèi)星接收天線有了更加深刻的了解，進(jìn)而有利于在實(shí)際工作中遇到衛(wèi)星接收天線方面的故障發(fā)生時，我們能從容面對，及時排除異態(tài)。通過對衛(wèi)星接收天線日常的悉心維護(hù)，保障其時刻處于良好的運(yùn)行狀態(tài)，確保數(shù)字衛(wèi)星信號的優(yōu)質(zhì)不間斷傳輸！

參考文獻(xiàn)

[1]車晴，王京玲.數(shù)字衛(wèi)星廣播系統(tǒng).北京市朝陽區(qū)定福莊東街1號.北京廣播學(xué)院出版社，2001年7月.

[2]劉洪才.廣播電視衛(wèi)星數(shù)字傳輸技術(shù).北京復(fù)外大街2號.中國廣播電視出版社，2003年9月.

收稿日期：2015-07-21

作者簡介：薛叢玲（1971—），女，陜西武功人，工程師，計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)。