卫星天线及其控制系统的维护和保养

卫星天线及其控制系统的维护和保养【1】

　　摘要：天线在卫星广播电视系统中是非常重要的设备之一，其正常工作是保证广播电视节目安全有效传输的基本保证。

　　本文就常用的卡塞格伦天线和格里高利天线的基本结构与原理做了简要介绍，着重介绍了卫星天线及其控制系统的维护保养及典型故障处理。

　　关键词：卫星天线 控制系统 维护保养

　　近年来随着科技的发展，卫星广播技术也从模拟技术发展到数字技术，实现今天的直播方式。

　　天线作为无线电波接收和发射的窗口，被广泛用于卫星广播电视与通信领域。

　　因此，天线及其控制系统的维护与保养的质量直接影响了数字信号播出与传输的质量。

　　由此看来，加强卫星天线及其控制系统的维护和保养显得尤为重要，亦成为卫星通信的必要前提。

　　在卫星广播领域，目前普遍应用的天线主要有卡塞格伦天线和格里高利天线，本文首先简要介绍这两种类型天线的基本结构与原理，着重介绍卫星天线及其控制系统在使用过程的维护保养及典型故障处理。

　　1、卫星天线及其控制系统

　　卫星广播系统中使用的天线通常有反射面天线和微带天线两种类型。

　　反射面天线由反射面和馈源两部分组成，工程上通常根据馈源与反射面的相对位置，将反射面天线分为前馈天线、后馈天线和偏馈天线三种形式。

　　其中后馈天线为双反射面天线，由于其馈源安装在副反射面之后而得名。

　　双反射面天线由主反射面、副反射面和馈源三部分组成，多用于大口径反射面天线，常见的有标准卡塞格伦天线、变形卡塞格伦天线、格里高利天线等。

　　下面就对应用比较广泛的卡塞格伦天线和格里高利天线进行简要介绍。

　　1.1　卡塞格伦天线

　　卡塞格伦天线是一种在卫星通信领域常用的天线。

　　此种天线主要由三大部分组成，即主反射面、副反射面和馈源。

　　其中主反射面为旋转抛物面，副反射面为旋转双曲面。

　　在结构上，双曲面的一个焦点F1与抛物面的焦点F重合，双曲面焦轴与抛物面的焦轴重合，而馈源位于双曲面的另一焦点F2上，如图1所示。

　　当馈源位于旋转双曲面的实焦点F2处时，由馈源发射出的电磁波到达副反射面进行第一次反射，就相当于由双曲面的虚焦点F1直接发射出的电磁波，此时双曲面的虚焦F1点与抛物面的焦点F相重合，副反射面将电磁波反射到主反射面上，电磁波到达主反射面后再次被反射，从而获得平面波波束，最终实现定向发射。

　　卡塞格伦天线是卡塞格伦望远镜的工作原理上发展而来的卫星通信天线，它的结构比较紧凑，加工起来也较为方便。

　　另外卡塞格伦天线可等效为具有长焦距的抛物面天线，而这种长焦距可以使天线从焦点至口面各点的距离接近于常数，因而空间衰耗对馈电器辐射的影响要小，使得其微波通信的效率比标准抛物面天线要高。

　　1.2　格里高利天线

　　格里高利天线主要由三部分组成，即主反射面、副反射面和馈源。

　　其中主反射面同样为旋转抛物面，副反射面则为凹椭球面。

　　与双曲面一样，作为副反射面的凹椭球面也有两个焦点F1和F2，其中F1置于与主反射面焦点重合的位置，另一个焦点F2置于馈源喇叭的相位中心，如图2所示。

　　格里高利天线的许多特性都与卡塞格伦天线相似，工作原理也是副反射面将馈源发出的电磁波进行一次反射，把电磁波反射到主反射面上，然后再经过主反射面反射，最后获得平面波波束，最终得以实现定向发射。

　　1.3　天线控制系统

　　天线控制系统即天线跟踪伺服系统，由信标接收机、天线控制单元及室外驱动柜组成，其作用是保证天线对准卫星。

　　当卫星在同步轨道上漂移时，天线电轴偏离卫星会引起天线增益下降以及交叉极化特性恶化。

　　另外由于风、雨雪、温度的影响，也会使天线电轴偏离卫星，使接收增益下降，为此需要一个良好的跟踪控制系统，在卫星漂移以及给定的环境条件和内部干扰下，能精确地保证天线窄波束时准确对准卫星保证信号接收和发射。

　　信标接收机用于确定天线指向需要的卫星并确认处于最佳的位置;给天线控制器提供自动跟踪信号(信标信号)。