廣播電視衛(wèi)星天線遮擋分析

田世軍 朝魯門

1.2.內(nèi)蒙古新聞出版廣電局501臺 內(nèi)蒙古 呼和浩特市 010070

引 言

發(fā)射臺周邊有大量工程在建設(shè)，但是考慮到新建高樓可能會對天線產(chǎn)生遮擋，為避免造成干擾和功率損失，保證安全播出，必須要求施工單位在天線前方保留足夠的凈空區(qū)。本文采用GY/T5041-2012廣播電視衛(wèi)星地球站工程設(shè)計規(guī)范和中國衛(wèi)通集團(tuán)有限公司的《中國衛(wèi)通用戶地球站入網(wǎng)技術(shù)要求》作為基本原則，對廣播電視天線的遮擋問題進(jìn)行了全面的分析。

1 概 念

1.1 近場區(qū)

拋物面天線前方的水平面上，距離天線口面的距離不大于D0的區(qū)域，如圖1所示。其中，D0可按公式計算：D0=0.283D2/λ

式中：D——天線直徑，單位：米；

λ——地球站上行工作波長，單位：米。

圖1 近場區(qū)示意圖

1.2 近場保護(hù)體

在近場區(qū)內(nèi)，拋物面天線前方以天線口面為出發(fā)點向前延伸形成圓柱體；然后該圓柱體再以10°的保護(hù)角向四周擴(kuò)大所形成的截圓錐體，稱為近場保護(hù)體，如圖2所示。

圖2 近場保護(hù)體示意圖

2 分析計算

根據(jù)電磁場理論，拋物面天線前方的場強(qiáng)分布按距離天線口面的水平距離R分為：近場區(qū)、中場區(qū)和遠(yuǎn)場區(qū)。近場區(qū)：R≤D0；中場區(qū)：D0＜R≤7.067D0；遠(yuǎn)場區(qū)R＞7.067D0。

故取在播天線直徑為12m，工作頻段6GHz。經(jīng)計算，距天線820m內(nèi)為近場區(qū)，820m～5760m內(nèi)為中場區(qū)，大于5760m為遠(yuǎn)場區(qū)。

根據(jù)天線近場區(qū)特性，從天線口面至0.25d0（d0=2D2/λ）處，輻射場的能量主要集中在以天線口面為截面的管狀波束，除在管狀波束內(nèi)不準(zhǔn)有任何物體外，在波束邊沿以外還應(yīng)有保護(hù)角大于10°范圍的保護(hù)區(qū)，而且此保護(hù)區(qū)一直延伸到0.25d0或d0處；到中場區(qū)，能量開始擴(kuò)散；到遠(yuǎn)場區(qū)能量充分?jǐn)U散，形成方向輻射圖。近場區(qū)障礙物對拋物面天線的增益、波束寬度、波瓣偏移及旁瓣電平等性能，具有很大的影響；當(dāng)障礙物與天線距離較近或者障礙物偏離天線主電軸角度小的情況，影響尤其嚴(yán)重。天線近場區(qū)需要嚴(yán)格保護(hù)，要求管狀波束和其10°保護(hù)角區(qū)域內(nèi)不準(zhǔn)有任何障礙物。

GY/T5041-2012標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，以天線口面為出發(fā)點向前延伸形成圓柱體的保護(hù)角度為10°，結(jié)合《中國衛(wèi)通用戶地球站入網(wǎng)技術(shù)要求》中規(guī)定的偏移角度為15°。在進(jìn)行天線遮擋分析計算時，選取天線指向衛(wèi)星時的方位角、俯仰角均偏移15°，同時滿足上述標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)要求中規(guī)定的保護(hù)角度、偏移角度要求。

分析廣播電視衛(wèi)星遮擋中，EL為天線指向衛(wèi)星時的俯仰角，θ為天線入網(wǎng)偏移角，EL1為天線俯仰偏移角，如圖3所示。

假設(shè)Δλ為衛(wèi)星定點經(jīng)度與地球站經(jīng)度之差，φ為地球站緯度，則有：

圖3 天線俯仰遮擋分析示意圖

如果場區(qū)內(nèi)物體（高樓或其他天線）到天線主面下緣垂線的水平距離為d，天線主面下緣到地平面的垂直高度為h，那么如果該物體對天線信號無遮擋，物體的垂直高度H不應(yīng)超過：

取中星6B衛(wèi)星的軌道位置及筆者臺站的經(jīng)緯度，計算得到結(jié)果，如下表1所示。d：障礙物至天線口面的水平距離

表1 遮擋高度臨界值表

由于所有的通訊衛(wèi)星都位于地球赤道上空，只是經(jīng)度位置不同，故以赤道為分界線，北半球的衛(wèi)星天線均朝向南方。另一方面，不同通訊衛(wèi)星的經(jīng)度也不同，故當(dāng)?shù)厍蛘咎炀€指向不同衛(wèi)星的時候，方向角也因之而變，如圖4所示。假設(shè)當(dāng)天線指向衛(wèi)星時方向角為AZ，則有：

圖4 天線方位遮擋分析示意圖

以場區(qū)西邊為例，天線入網(wǎng)時，按照衛(wèi)星公司相關(guān)要求，新建天線以指向衛(wèi)星時的方位角為0°，應(yīng)能夠向西最大偏移（θ）15.00°，故偏移方向角AZ1為：

如果場區(qū)內(nèi)物體距離天線后緣垂線的水平距離為d1，到天線后緣東西延長線的垂線水平距離為d2，可得物體到天線自西向南偏移角度為：

如果 φ+AZ1＜9o

則無論物體多高，都不會遮擋天線信號。反之需要檢查是否滿足3式條件，以確定是否會產(chǎn)生遮擋。