衛(wèi)星地球站天饋線系統(tǒng)的故障分析與處理

徐明月

（作者單位：國家新聞出版廣電總局呼和浩特地球站）

1 研究背景

廣播電視衛(wèi)星地球站天饋線系統(tǒng)是衛(wèi)星信號上下行鏈路的重要組成部分，其安全、高效運行是廣播電視衛(wèi)星地球站安全播出工作的重要保障。天饋線以及天線自動跟蹤系統(tǒng)室外單元長期在室外運行，環(huán)境相對惡劣，極易受到由自然條件及天氣原因導致的損耗，日積月累設備各項功能、技術指標就會受到一定程度的影響。天饋線系統(tǒng)是決定衛(wèi)星地球站發(fā)射與接收信號質量的重要設備，做好其故障分析處理工作，對衛(wèi)星地球站極為關鍵。

2 天饋線系統(tǒng)

天饋線系統(tǒng)由天線、饋線、波導元件組成，下面逐一介紹。

2.1 天線

天線是衛(wèi)星傳輸上下行鏈路的重要組成部分，衛(wèi)星地球站上行天線與衛(wèi)星之間的距離約為36 000 km，為保證信號傳輸有效可靠，衛(wèi)星地球站須采用滿足以下幾個要求的反射面型天線：足夠高的天線增益、電壓駐波比小、方向性足夠強、饋線系統(tǒng)損耗低、適用于電波遠距離傳輸。現(xiàn)今，國內(nèi)廣播電視衛(wèi)星地球站多采用卡塞格倫天線、格里高利天線和環(huán)焦天線3種類型。射頻信號從高功放發(fā)射出來經(jīng)過波導送到天線上，天線的網(wǎng)絡系統(tǒng)把高頻信號通過能量轉換轉換成相應的電磁波信號發(fā)向衛(wèi)星；來自衛(wèi)星的電磁波信號在空間傳輸中由于衰落已經(jīng)十分微弱，天線系統(tǒng)接收這個弱信號并經(jīng)過低噪聲放大和下變頻后送至接收機。

2.2 波導

饋線是指天線和收發(fā)信單元之間傳輸信號的通道。通常情況下當微波信號的頻率在3 000 MHz以下時，我們常采用同軸線作饋線，而超過3 000 MHz時，同軸線的衰減和不穩(wěn)定性大大增強，無法正常使用，因此，這時多采用波導作饋線。波導，就是傳播電磁波的導管，也被稱之為波導管。波導內(nèi)傳輸空間電磁波，固定尺寸的波導內(nèi)只能傳輸一定波長λ、一定帶寬的電磁波。

2.3 波導元件

波導元件主要有定向耦合器、極化變換器和環(huán)形器等，其作用是分離電波和變換電波極化方式，這樣達到接收信號和發(fā)射信號之間能夠高效傳輸不會相互干擾的目的。環(huán)形器是一種微波鐵氧體器件，微波信號在環(huán)形器中呈環(huán)流傳輸。在饋線系統(tǒng)中，環(huán)形器常被用來當作收發(fā)公用器，主要作用是實現(xiàn)收信、發(fā)信共用一副天線。環(huán)形器在微波饋線系統(tǒng)中也常被用于多波道通訊時的分并路系統(tǒng)。

此外，還有一些其他波導器件，波導負載的作用是在矩形波導中裝入一片錐形石墨吸收片，主要用以吸收波導中的電磁波。上下密封節(jié)用來密封波導管，保持波導內(nèi)的空氣干燥，保證雨水潮氣不要滲入波導內(nèi)部造成損耗。軟波導用以天線小角度的調(diào)整和扭轉，波導是由銅管制成，無法作一些小角度的扭轉，尤其是天線尾部，一般由軟波導來完成這個任務。扭波導主要用來改變電磁波的極化方向。若環(huán)形器輸出信號的極化方向不是我們需要的極化方向，就可以通過扭波導來使極化方向改變90°，滿足我們需要的條件。橢矩變換器是一個過渡波導，矩形波導和橢圓波導無法連接，我們就需要一個一端是橢圓波導、另一端是矩形波導的過渡波導來連通它們。橢矩變換器使得從矩形波導到橢圓波導有一個良好的銜接過渡、最小的反射。

3 天饋線系統(tǒng)常見故障分析及處理方式

3.1 天線方位偏移引起的故障

由于天線長期在室外工作，常受到大風和外力影響，使天線方位偏移或方位角、俯仰角發(fā)生改變，導致發(fā)射和接收信號能力變差，傳輸質量受損。應保證天線的方向和位置準確無誤，定期校準天線方位，在日常維護工作中做好標記、及時定位。此外，還要經(jīng)常測試天饋線系統(tǒng)主要性能指標，盡量防患于未然。

3.2 降雪天氣造成收發(fā)信電平下降

進入冬季后的大雪天氣極易導致天線積雪，若天線被安裝在房頂或后面有遮擋物時尤其明顯。在實際工作中我們發(fā)現(xiàn)，降雪天氣對Ku波段天線的影響很大，其雪衰現(xiàn)象顯而易見，發(fā)射和接收信號增益都伴隨著明顯的衰減現(xiàn)象。特別是在化雪過程中，天線饋源和主反射面不均勻分布的積雪對信號產(chǎn)生不同程度的輻射和吸收，這就嚴重破壞了衛(wèi)星天線口面場分布函數(shù)的均勻性，會在降低天線增益的同時令天線的噪聲溫度有所提升，上行信號傳輸鏈路的EIRP值或下行接收鏈路的G/T值都會受到影響而變小，收信儲備電平降低，嚴重破壞了廣播電視衛(wèi)星信號的傳輸質量。

雪衰對節(jié)目安全播出的影響顯著，

（）（）及時去除天線上的積雪非常重要。饋源除雪和主反射面除雪是衛(wèi)星地球站應對天線積雪的有效途徑。饋源除雪就是通過向饋源口吹熱風使落下的雪及時融化，目前這種方式由于其簡單、便宜更為普遍。在實際工作中，我們常常采取兩種簡單高效的辦法去除天線積雪：一個是在發(fā)現(xiàn)下雪時用大功率風機實時吹走雪花避免其落在天線反射面上；另一個是人工作業(yè)，使用高壓水龍頭沖去反射面上的積雪。

3.3 饋線進入雨水潮氣加大損耗

饋線進水或生銹會導致波導管內(nèi)壁光潔度變差，損壞波導駐波比，加大損耗，影響信號正常傳輸，嚴重時會令線路傳輸中斷。饋線進水受潮一般由以下幾種情況引起：一是饋線接口密封不嚴，軟波導橡膠老化、開裂，潮濕空氣進入波導導致生銹，嚴重時出現(xiàn)少量或大量積水；二是充氣機干燥劑由于沒有及時更換而失效，導致波導內(nèi)壁生銹；三是天線饋源防護罩受到破壞，上密封節(jié)有漏氣、漏水現(xiàn)象，在夏季雷雨天氣尤為明顯，雨水從饋源進入饋線，導致上行廣播電視節(jié)目信號劣化。

遇到饋線進水受潮的情況，我們通常會通過打開低端波導耦合口，在高端波導耦合口處鼓風的方式吹干潮氣，有效去除雨水。

3.4 波導充氣機連續(xù)啟動

上行天線波導充氣機連續(xù)啟動不停，首先判斷充氣機是否工作正常，封閉充氣機排氣孔，看其是否還具備達到壓力停機的功能。其次，根據(jù)實際工作經(jīng)驗充氣機頻繁重啟多是由于波導密閉性差引起，此時必須及時檢查，找出泄露點。另外，此時還應檢查天線饋源膜是否存在老化破損現(xiàn)象，若饋源膜受損，應及時更換恢復正常。

3.5 天線傳動軸異響

在日常工作巡機時聽到天線傳動軸異響，經(jīng)排查發(fā)現(xiàn)天線傳動裝置或轉軸接觸位置因阻力過大而發(fā)生摩擦，這種情況主要會在天線經(jīng)過長時間使用后發(fā)生。此時，我們應及時給天線傳動系統(tǒng)的活動支點、軸承、絲杠添加潤滑油，認真檢查機械結構以避免傳動裝置被摩擦損耗破壞。此外，在日常維護工作中應定期添加潤滑油，保證其靈活運轉自如。

4 結語

天饋線系統(tǒng)的好壞直接決定著廣播電視衛(wèi)星地球站安全傳輸發(fā)射工作的正常與否，是上下行鏈路高效可靠運行的重要保障。有效總結分析日常工作中遇到的故障類型對天饋線系統(tǒng)的維護工作十分重要，我們在日常設備維護中應有計劃地對設備進行檢查測試，排查故障隱患，保證衛(wèi)星地球站天饋線系統(tǒng)高效運行。