衛星天線(xiàn)及控制系統的維護和保養
衛星天線(xiàn)及控制系統的維護和保養
摘要：天線(xiàn)在衛星廣播電視系統中是非常重要的設備之一，其正常工作是保證廣播電視節目安全有效傳輸的基本保證。本文就常用的卡塞格倫天線(xiàn)和格里高利天線(xiàn)的基本結構與原理做了簡(jiǎn)要介紹，著(zhù)重介紹了衛星天線(xiàn)及其控制系統的維護保養及典型故障處理。
關(guān)鍵詞：衛星天線(xiàn) 控制系統 維護保養
近年來(lái)隨著(zhù)科技的發(fā)展，衛星廣播技術(shù)也從模擬技術(shù)發(fā)展到數字技術(shù)，實(shí)現今天的直播方式。天線(xiàn)作為無(wú)線(xiàn)電波接收和發(fā)射的窗口，被廣泛用于衛星廣播電視與通信領(lǐng)域。
因此，天線(xiàn)及其控制系統的維護與保養的質(zhì)量直接影響了數字信號播出與傳輸的質(zhì)量。由此看來(lái)，加強衛星天線(xiàn)及其控制系統的維護和保養顯得尤為重要，亦成為衛星通信的必要前提。
在衛星廣播領(lǐng)域，目前普遍應用的天線(xiàn)主要有卡塞格倫天線(xiàn)和格里高利天線(xiàn)，本文首先簡(jiǎn)要介紹這兩種類(lèi)型天線(xiàn)的基本結構與原理，著(zhù)重介紹衛星天線(xiàn)及其控制系統在使用過(guò)程的維護保養及典型故障處理。
1、衛星天線(xiàn)及其控制系統
衛星廣播系統中使用的天線(xiàn)通常有反射面天線(xiàn)和微帶天線(xiàn)兩種類(lèi)型。反射面天線(xiàn)由反射面和饋源兩部分組成，工程上通常根據饋源與反射面的相對位置，將反射面天線(xiàn)分為前饋天線(xiàn)、后饋天線(xiàn)和偏饋天線(xiàn)三種形式。其中后饋天線(xiàn)為雙反射面天線(xiàn)，由于其饋源安裝在副反射面之后而得名。
雙反射面天線(xiàn)由主反射面、副反射面和饋源三部分組成，多用于大口徑反射面天線(xiàn)，常見(jiàn)的有標準卡塞格倫天線(xiàn)、變形卡塞格倫天線(xiàn)、格里高利天線(xiàn)等。下面就對應用比較廣泛的卡塞格倫天線(xiàn)和格里高利天線(xiàn)進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。
1.1 卡塞格倫天線(xiàn)
卡塞格倫天線(xiàn)是一種在衛星通信領(lǐng)域常用的天線(xiàn)。此種天線(xiàn)主要由三大部分組成，即主反射面、副反射面和饋源。其中主反射面為旋轉拋物面，副反射面為旋轉雙曲面。在結構上，雙曲面的一個(gè)焦點(diǎn)F1與拋物面的焦點(diǎn)F重合，雙曲面焦軸與拋物面的焦軸重合，而饋源位于雙曲面的另一焦點(diǎn)F2上，如圖1所示。
當饋源位于旋轉雙曲面的實(shí)焦點(diǎn)F2處時(shí)，由饋源發(fā)射出的電磁波到達副反射面進(jìn)行第一次反射，就相當于由雙曲面的虛焦點(diǎn)F1直接發(fā)射出的電磁波，此時(shí)雙曲面的虛焦F1點(diǎn)與拋物面的焦點(diǎn)F相重合，副反射面將電磁波反射到主反射面上，電磁波到達主反射面后再次被反射，從而獲得平面波波束，最終實(shí)現定向發(fā)射。
卡塞格倫天線(xiàn)是卡塞格倫望遠鏡的工作原理上發(fā)展而來(lái)的衛星通信天線(xiàn)，它的結構比較緊湊，加工起來(lái)也較為方便。另外卡塞格倫天線(xiàn)可等效為具有長(cháng)焦距的拋物面天線(xiàn)，而這種長(cháng)焦距可以使天線(xiàn)從焦點(diǎn)至口面各點(diǎn)的距離接近于常數，因而空間衰耗對饋電器輻射的影響要小，使得其微波通信的效率比標準拋物面天線(xiàn)要高。
1.2 格里高利天線(xiàn)
格里高利天線(xiàn)主要由三部分組成，即主反射面、副反射面和饋源。其中主反射面同樣為旋轉拋物面，副反射面則為凹橢球面。與雙曲面一樣，作為副反射面的凹橢球面也有兩個(gè)焦點(diǎn)F1和F2，其中F1置于與主反射面焦點(diǎn)重合的位置，另一個(gè)焦點(diǎn)F2置于饋源喇叭的相位中心，如圖2所示。
格里高利天線(xiàn)的許多特性都與卡塞格倫天線(xiàn)相似，工作原理也是副反射面將饋源發(fā)出的電磁波進(jìn)行一次反射，把電磁波反射到主反射面上，然后再經(jīng)過(guò)主反射面反射，最后獲得平面波波束，最終得以實(shí)現定向發(fā)射。
1.3 天線(xiàn)控制系統
天線(xiàn)控制系統即天線(xiàn)跟蹤伺服系統，由信標接收機、天線(xiàn)控制單元及室外驅動(dòng)柜組成，其作用是保證天線(xiàn)對準衛星。
當衛星在同步軌道上漂移時(shí)，天線(xiàn)電軸偏離衛星會(huì )引起天線(xiàn)增益下降以及交叉極化特性惡化。另外由于風(fēng)、雨雪、溫度的影響，也會(huì )使天線(xiàn)電軸偏離衛星，使接收增益下降，為此需要一個(gè)良好的跟蹤控制系統，在衛星漂移以及給定的環(huán)境條件和內部干擾下，能精確地保證天線(xiàn)窄波束時(shí)準確對準衛星保證信號接收和發(fā)射。
信標接收機用于確定天線(xiàn)指向需要的衛星并確認處于最佳的位置;給天線(xiàn)控制器提供自動(dòng)跟蹤信號(信標信號)。
天線(xiàn)控制器控制天線(xiàn)方位、俯仰、極化轉動(dòng)，顯示工作的角度，可根據設定跟蹤范圍、步距、時(shí)間周期、信號門(mén)限、自動(dòng)跟蹤衛星的漂移，避免因偏離衛星造成信號衰減、極化隔離度惡化。包括室外驅動(dòng)柜和室內控制單元。
2、衛星天線(xiàn)安裝時(shí)對外部環(huán)境的要求
(1)衛星天線(xiàn)在指向衛星的方向上沒(méi)有高大樹(shù)木、建筑物、高壓線(xiàn)以及高山等遮擋。
(2)在天線(xiàn)主波束方向上要有足夠的視界，保證天線(xiàn)正前方盡可能寬的視角。
(3)天線(xiàn)指向衛星的連線(xiàn)之間的平角5度之內不應有遮擋物。
(4)注意不能安裝在微波干擾嚴重的地區，如微波站、差轉臺、雷達站、變電站等。
(5)如環(huán)境條件許可，在天線(xiàn)附近可以設置金屬網(wǎng)，這對于消除干擾有一定效果。
(6)對裝在山頂、高樓頂的天線(xiàn)基礎設施(處在風(fēng)口區)要滿(mǎn)足10級大風(fēng)條件能工作，12級大風(fēng)不毀壞;衛星天線(xiàn)的架設位置盡量避開(kāi)風(fēng)口，以減小天線(xiàn)的風(fēng)載，有條件的可以設置擋風(fēng)裝置。
(7)在雷雨多發(fā)地區，衛星天線(xiàn)的架設位置應避開(kāi)雷擊多發(fā)地點(diǎn)，并安裝避雷器，同時(shí)要采取多種避雷措施。
(8)天線(xiàn)的方位可調整的范圍內，應保證有足夠的調整余地。要保證天線(xiàn)安裝場(chǎng)地周?chē)钠秸�，為天線(xiàn)及其它室外設備的安裝提供方便。
3、衛星天線(xiàn)維護保養要點(diǎn)
3.1 機械結構部分
(1)天線(xiàn)方位、俯仰驅動(dòng)馬達轉動(dòng)是否正常，是否有異響。
(2)天線(xiàn)方位、俯仰絲杠護套是否老化、破損，定期檢查，及時(shí)更換。
(3)天線(xiàn)方位、俯仰絲杠潤滑油脂是否缺少，根據需要添加，潤滑脂通常使用二硫化鉬。
(4)天線(xiàn)方位、俯仰限位開(kāi)關(guān)接點(diǎn)是否銹蝕、老化，如有需要，及時(shí)更換。 (5)天線(xiàn)方位、俯仰驅動(dòng)馬達供電電纜有無(wú)老化、破損。
(6)天線(xiàn)減速箱內潤滑油脂是否缺少，根據需要及時(shí)添加二硫化鉬。
(7)金屬構件連接有無(wú)松動(dòng)、變形，及時(shí)緊固。
(8)金屬構件有無(wú)銹蝕，及時(shí)進(jìn)行除銹、補漆處理。
(9)饋源吹風(fēng)加熱單元是否正常，定期檢查。
(10)饋源膜有無(wú)破損、老化，根據需要及時(shí)更換。
(11)定期對天線(xiàn)進(jìn)行大范圍轉動(dòng)，包括方位、俯仰，建議每半年一次。
3.2 其他部分
(1)經(jīng)常查看信標機、天控器風(fēng)扇運轉情況，確保散熱良好。
(2)定期對信標機、天控器進(jìn)行除塵，保證設備正常運轉。
(3)波導充氣機是否工作正常，是否出現頻繁充氣現象。
(4)波導充氣機內干燥劑是否干燥，如有需要及時(shí)更換。
(5)LNB與電纜接頭處，要做防水處理，用防水膠帶包好。
(6)冬天下雪時(shí)應及時(shí)去除天線(xiàn)主反射面上的和饋源膜上的積雪，以保證上下行信號質(zhì)量。
(7)做好天線(xiàn)的接地工作且接地電阻應小于4Ω，并在衛星天線(xiàn)旁邊豎立避雷針，防止雷擊。
(8)做好防蟲(chóng)、防鼠工作，饋源管口應遮蓋，并定期檢查。
4、天控系統維護和保養實(shí)例
天控系統的維護和保養可分為天線(xiàn)系統、饋線(xiàn)系統、天線(xiàn)基座系統和控制系統四個(gè)部分，我們就經(jīng)常遇到的故障實(shí)例進(jìn)行分析。
4.1 天線(xiàn)系統實(shí)例
(1)饋源膜損壞，多為饋源膜老化或鳥(niǎo)類(lèi)啄食引起，為確保天線(xiàn)正常運行，建議至少每年更換一次，并定期檢查。
(2)天線(xiàn)表面漆脫落時(shí)，應選擇專(zhuān)用的高頻低損耗白漆補涂，不可用普通白漆代替。
(3)定期測量天線(xiàn)接地電阻值，應安裝性能較好的避雷及防雷設備。
(4)大雪天氣及時(shí)清除覆蓋在天線(xiàn)上的積雪，目前常用的有高壓水龍頭高空沖淋和強力吹風(fēng)除雪兩種方式。
4.2 饋線(xiàn)系統實(shí)例
(1)波導充氣機頻繁啟動(dòng)，多是因波導封閉性不好而導致頻繁充氣現象，應及時(shí)檢查，找出泄漏點(diǎn)，進(jìn)行相應處理;另外一個(gè)導致充氣機頻繁啟動(dòng)的原因是繼電器損壞，過(guò)壓保護裝置失靈，這種情況易造成充氣壓力過(guò)大致使饋源膜破裂。平時(shí)應經(jīng)常檢查波導的氣密性，觀(guān)察充氣機是否工作正常，發(fā)現故障時(shí)及時(shí)排除。
(2)天線(xiàn)大角度范圍轉動(dòng)時(shí)，注意觀(guān)察戶(hù)外軟波導的曲張程度，防止出現裂紋或斷裂。
4.3 天線(xiàn)基座系統實(shí)例
(1)選擇型號相符的潤滑脂、低溫極壓脂及防腐漆等，定期換油及補涂。
(2)當碰到天線(xiàn)不能轉動(dòng)故障時(shí)，排除天控器故障后，應重要檢查方位或俯仰限位開(kāi)關(guān)，此處一般為常閉接點(diǎn)，主要是因為戶(hù)外風(fēng)雨侵蝕導致限位開(kāi)關(guān)接點(diǎn)接觸不良引起，應定期檢查及時(shí)更換。
4.4 天線(xiàn)控制系統實(shí)例
(1)天線(xiàn)驅動(dòng)部分多為380伏高壓，對天線(xiàn)進(jìn)行檢修時(shí)，原則上應斷開(kāi)工作范圍內的所有電源。
(2)馬達驅動(dòng)控制箱內DC 24V電源容易出現故障，多為熔斷器燒斷，經(jīng)檢查后續電路無(wú)短路性故障時(shí)，更換后即可，或直接更換DC 24V電源恢復正常。
(3)定期檢查馬達控制箱內的各電源接頭是否松動(dòng)，檢查各中間繼電器及交流接觸器是否有因打火而燒黑的現象，如有應及時(shí)更換。
(4)對ACU中的各種技術(shù)參數如EOS、AOS等切勿隨意改動(dòng)。
(5)長(cháng)時(shí)間運行的ACU及信標接收機，對環(huán)境溫度要求較高，應定期檢查其散熱系統正常與否，一般會(huì )出現排風(fēng)扇老化而停止轉動(dòng)，引起機箱內溫度升高，使機器工作性能不穩定，一般更換排風(fēng)扇后即可排除。
5、結語(yǔ)
衛星天線(xiàn)及其控制系統的維護和保養是衛星廣播電視系統安全高質(zhì)量運行的重要保障，其技術(shù)要求高，維護工作具有長(cháng)期性和艱巨性，我們應從設備的日常維護入手，定期對設備進(jìn)行檢查、測試，發(fā)現問(wèn)題及時(shí)處理，同時(shí)提高維護人員技術(shù)素質(zhì)，掌握維護方法，快速、準確的診斷、排除故障，提高維護效率，確保衛星天線(xiàn)及其控制系統的實(shí)時(shí)良好、可靠。
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