貴州地球站11米天線伺服系統(tǒng)改造解決方案

劉 毅 吳興華

（作者單位：貴州省新聞出版廣電局七五一臺）

貴州地球站11米天線伺服系統(tǒng)改造解決方案

劉 毅 吳興華

（作者單位：貴州省新聞出版廣電局七五一臺）

由于貴州地球站11米天線從1989年投入使用至今，已使用了25年，現(xiàn)雖然天線信號接收和發(fā)射都還正常，但伺服系統(tǒng)設備存在俯仰軸軸角數(shù)據(jù)顯示不正常、步進跟蹤不能實現(xiàn)、室外線纜使用時間過長等問題，所以計劃對伺服系統(tǒng)進行改造。本文介紹該次改造的方案、改造所需設備的技術(shù)要求及改造后達到的效果。

天線；伺服系統(tǒng)；改造

貴州地球站播出系統(tǒng)是由兩套獨立的上行系統(tǒng)構(gòu)成，其天饋系統(tǒng)使用的是9米天線和11米天線，其中以9米天線為主用，11米天線為備用。一般情況下，貴州地球站主用上行系統(tǒng)通過3 kW高功放將節(jié)目信號傳送到9米天線上行，但是當9米天線需要進行維護、除雪甚至發(fā)生故障時，可以立即將節(jié)目信號切換到11米天線上行；如果主用上行系統(tǒng)出現(xiàn)故障或者需要維護，節(jié)目信號通過200 W固態(tài)功放和11米天線等設備構(gòu)成的備用上行系統(tǒng)也完全可以獨立完成上行工作。這種備份方式使貴州地球站的上行傳輸工作具有了很大的靈活性和可靠性，而在這種上行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方式中11米天線有著舉足輕重的地位。

1 存在問題

貴州地球站11米天線為NEC品牌的設備，從1989年投入使用至今，已使用了25年?，F(xiàn)雖然天線信號接收和發(fā)射都還正常，但是伺服系統(tǒng)設備存在以下問題：一是控制器面板上俯仰軸軸角數(shù)據(jù)顯示不正常，不能確定天線俯仰角；二是步進跟蹤不能實現(xiàn)；三是室外線纜經(jīng)過25年的日曬雨淋，線纜老化。

由于11米天線伺服系統(tǒng)存在的問題，導致貴州地球站播出系統(tǒng)存在較大的安全隱患，不能有效地保障安全播出。且貴州地球站擬要進行地球站驗收，現(xiàn)11米天線存在的問題，不符合國家廣電總局頒布的《廣播電視安全播出管理規(guī)定》（總局第62號令）和《衛(wèi)星廣播電視地球站技術(shù)驗收規(guī)范》的相關規(guī)定，所以需要對11米天線進行改造。但如果對11米天線系統(tǒng)整體進行更換需要資金較多，且現(xiàn)11米天線的反射面及其支架狀況良好，估計還可以繼續(xù)使用5～10年，因此只計劃對伺服系統(tǒng)進行改造，既能達到改造的目的又能節(jié)省約100萬元的資金。

2 11米天線伺服系統(tǒng)改造解決方案

針對目前設備的狀態(tài)，對伺服系統(tǒng)進行改造，更換為廣電系統(tǒng)廣泛使用、且有長期安全使用證明的新伺服系統(tǒng)，以保證其安全可靠，符合安全播出的要求。圖1為貴州地球站現(xiàn)有11米天線現(xiàn)伺服系統(tǒng)示意圖。

2.1 11米天線伺服系統(tǒng)總體改造計劃

第一，由于原NEC的11米天線接收采用的是LNA的方式，此次將把LNA改為LNB，由于后端有信標接收機，所以采用有鎖相環(huán)的LNB，使頻率穩(wěn)定度在±25 kHz范圍內(nèi)。第二，拆除信標接收系統(tǒng)的信標下變頻器和信標接收機，更換新的C頻段跟蹤接收機。第三，拆除原NEC天線控制器，更換新的天線控制器，對原11米天線進行精確的監(jiān)測和控制。第四，拆除原NEC驅(qū)動控制器，更換新的天線驅(qū)動單元。NEC品牌為日本品牌，原天線驅(qū)動單元的三相電源規(guī)格為208 V，與國內(nèi)電壓不符，因此需要改造為與國內(nèi)標準相符合的電源。第五，更換天線同步裝置（包括方位、俯仰測角元件等）。第六，拆除相關的舊線纜，對從機房到天線的伺服電纜（約30米）進行更換。

2.2 新的伺服系統(tǒng)組成

天線伺服系統(tǒng)將采用MODEL253跟蹤接收機、天線控制單元7200ACU、天線驅(qū)動單元7150ADU及安裝在天線上的電機、軸角傳感器和限位開關等組成。

天線控制系統(tǒng)用來控制天線各軸的轉(zhuǎn)動，并進行精確定位，對衛(wèi)星進行跟蹤使天線波束精確地指向衛(wèi)星，保證系統(tǒng)通信暢通。7200天線控制系統(tǒng)具有很高的跟蹤精度，操作方便靈活，工作穩(wěn)定可靠。圖2為天線控制系統(tǒng)組成方框圖。

伺服系統(tǒng)技術(shù)指標如下。跟蹤精度：優(yōu)于接收頻段1/10半功率波束寬度≈0.048°。天線位置讀出：Az為0.00°～359.99°，El為0.00°～89.99°。位置讀出分辨率，AZ/EL：0.01°。天線控制工作方式：步進跟蹤、軌道預測跟蹤、位置預置、射電星跟蹤、待機。

2.3 主要設備構(gòu)成及其功能

設備清單見表1。

天線控制單元功能：能手動跟蹤和自動跟蹤，具有良好的自主預跟蹤性能——軌道預測跟蹤功能，要有很高的跟蹤精度，操作方便靈活，工作穩(wěn)定可靠；控制系統(tǒng)可通過RS232/422串口或網(wǎng)口通信進行遠程監(jiān)控；有電池備份的非易失隨機存儲器-RAM；支持自診斷。

天線驅(qū)動單元功能：驅(qū)動單元能很好地本地控制天線方位、俯仰軸的轉(zhuǎn)動；驅(qū)動柜為每一電機/電機控制器配備符合NEMA標準的、其規(guī)格適應各種應用的電路保護設備；驅(qū)動柜箱體需符合NEMA 4X標準，具備優(yōu)良的抗腐蝕保護能力。

跟蹤接收機功能：頻率輸入范圍3 400～4 200 MHz；頻率步進1 kHz；輸

入電平-55～-100 dBm；遠控接口RS-232/422。

圖1 11米天線現(xiàn)伺服系統(tǒng)示意圖

圖2 天線控制系統(tǒng)組成

表1 設備清單

電源技術(shù)指標：天線控制單元，單相220 V（±10%），50 Hz（±5%）天線驅(qū)動單元，三相380 V（±10%），50 Hz（±5%）要能防雨防腐蝕；跟蹤接收機，單相220 V（±10%），50 Hz（±5%）。

3 方案實施與達到效果

貴州地球站于2015年10月對該項目進行了施工改造，在項目實施過程中貴州地球站領導帶領站內(nèi)技術(shù)人員與廠家積極溝通，共同施工。在施工前做了詳細的施工方案和應急預案，最大限度地保證施工過程中的安全播出。在大家的共同努力下該項目按期完成，經(jīng)過測試運行，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，達到改造目的。該次11米天線伺服系統(tǒng)的改造能解決饋源、控制器和饋線中存在的問題，消除隱患，使系統(tǒng)達到安全可靠、精確控制、自動跟蹤的功能。也更符合《廣播電視安全播出管理規(guī)定》（總局第62號令）和《衛(wèi)星廣播電視地球站技術(shù)驗收規(guī)范》的相關規(guī)定，不僅進一步確保了廣播電視節(jié)目的安全播出，而且很好地利用了原有的設備，最大程度地節(jié)約了成本。

[1]車晴,王京玲.數(shù)字衛(wèi)星廣播系統(tǒng)[M].北京:北京廣播學院出版社,2000.