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衛(wèi)星天線及控制系統(tǒng)的維護(hù)和保養(yǎng)
衛(wèi)星天線及控制系統(tǒng)的維護(hù)和保養(yǎng)
摘要：天線在衛(wèi)星廣播電視系統(tǒng)中是非常重要的設(shè)備之一，其正常工作是保證廣播電視節(jié)目安全有效傳輸?shù)幕颈ＷC。本文就常用的卡塞格倫天線和格里高利天線的基本結(jié)構(gòu)與原理做了簡(jiǎn)要介紹，著重介紹了衛(wèi)星天線及其控制系統(tǒng)的維護(hù)保養(yǎng)及典型故障處理。
關(guān)鍵詞：衛(wèi)星天線 控制系統(tǒng) 維護(hù)保養(yǎng)
近年來隨著科技的發(fā)展，衛(wèi)星廣播技術(shù)也從模擬技術(shù)發(fā)展到數(shù)字技術(shù)，實(shí)現(xiàn)今天的直播方式。天線作為無線電波接收和發(fā)射的窗口，被廣泛用于衛(wèi)星廣播電視與通信領(lǐng)域。
因此，天線及其控制系統(tǒng)的維護(hù)與保養(yǎng)的質(zhì)量直接影響了數(shù)字信號(hào)播出與傳輸?shù)馁|(zhì)量。由此看來，加強(qiáng)衛(wèi)星天線及其控制系統(tǒng)的維護(hù)和保養(yǎng)顯得尤為重要，亦成為衛(wèi)星通信的必要前提。
在衛(wèi)星廣播領(lǐng)域，目前普遍應(yīng)用的天線主要有卡塞格倫天線和格里高利天線，本文首先簡(jiǎn)要介紹這兩種類型天線的基本結(jié)構(gòu)與原理，著重介紹衛(wèi)星天線及其控制系統(tǒng)在使用過程的維護(hù)保養(yǎng)及典型故障處理。
1、衛(wèi)星天線及其控制系統(tǒng)
衛(wèi)星廣播系統(tǒng)中使用的天線通常有反射面天線和微帶天線兩種類型。反射面天線由反射面和饋源兩部分組成，工程上通常根據(jù)饋源與反射面的相對(duì)位置，將反射面天線分為前饋天線、后饋天線和偏饋天線三種形式。其中后饋天線為雙反射面天線，由于其饋源安裝在副反射面之后而得名。
雙反射面天線由主反射面、副反射面和饋源三部分組成，多用于大口徑反射面天線，常見的有標(biāo)準(zhǔn)卡塞格倫天線、變形卡塞格倫天線、格里高利天線等。下面就對(duì)應(yīng)用比較廣泛的卡塞格倫天線和格里高利天線進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。
1.1 卡塞格倫天線
卡塞格倫天線是一種在衛(wèi)星通信領(lǐng)域常用的天線。此種天線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(zhuǎn)拋物面，副反射面為旋轉(zhuǎn)雙曲面。在結(jié)構(gòu)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(dāng)饋源位于旋轉(zhuǎn)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(dá)副反射面進(jìn)行第一次反射，就相當(dāng)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(dá)主反射面后再次被反射，從而獲得平面波波束，最終實(shí)現(xiàn)定向發(fā)射。
卡塞格倫天線是卡塞格倫望遠(yuǎn)鏡的工作原理上發(fā)展而來的衛(wèi)星通信天線，它的結(jié)構(gòu)比較緊湊，加工起來也較為方便。另外卡塞格倫天線可等效為具有長(zhǎng)焦距的拋物面天線，而這種長(zhǎng)焦距可以使天線從焦點(diǎn)至口面各點(diǎn)的距離接近于常數(shù)，因而空間衰耗對(duì)饋電器輻射的影響要小，使得其微波通信的效率比標(biāo)準(zhǔn)拋物面天線要高。
1.2 格里高利天線
格里高利天線主要由三部分組成，即主反射面、副反射面和饋源。其中主反射面同樣為旋轉(zhuǎn)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。
格里高利天線的許多特性都與卡塞格倫天線相似，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)過主反射面反射，最后獲得平面波波束，最終得以實(shí)現(xiàn)定向發(fā)射。
1.3 天線控制系統(tǒng)
天線控制系統(tǒng)即天線跟蹤伺服系統(tǒng)，由信標(biāo)接收機(jī)、天線控制單元及室外驅(qū)動(dòng)柜組成，其作用是保證天線對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星。
當(dāng)衛(wèi)星在同步軌道上漂移時(shí)，天線電軸偏離衛(wèi)星會(huì)引起天線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)使天線電軸偏離衛(wèi)星，使接收增益下降，為此需要一個(gè)良好的跟蹤控制系統(tǒng)，在衛(wèi)星漂移以及給定的環(huán)境條件和內(nèi)部干擾下，能精確地保證天線窄波束時(shí)準(zhǔn)確對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星保證信號(hào)接收和發(fā)射。
信標(biāo)接收機(jī)用于確定天線指向需要的衛(wèi)星并確認(rèn)處于最佳的位置;給天線控制器提供自動(dòng)跟蹤信號(hào)(信標(biāo)信號(hào))。
天線控制器控制天線方位、俯仰、極化轉(zhuǎn)動(dòng)，顯示工作的角度，可根據(jù)設(shè)定跟蹤范圍、步距、時(shí)間周期、信號(hào)門限、自動(dòng)跟蹤衛(wèi)星的漂移，避免因偏離衛(wèi)星造成信號(hào)衰減、極化隔離度惡化。包括室外驅(qū)動(dòng)柜和室內(nèi)控制單元。
2、衛(wèi)星天線安裝時(shí)對(duì)外部環(huán)境的要求
(1)衛(wèi)星天線在指向衛(wèi)星的方向上沒有高大樹木、建筑物、高壓線以及高山等遮擋。
(2)在天線主波束方向上要有足夠的視界，保證天線正前方盡可能寬的視角。
(3)天線指向衛(wèi)星的連線之間的平角5度之內(nèi)不應(yīng)有遮擋物。
(4)注意不能安裝在微波干擾嚴(yán)重的地區(qū)，如微波站、差轉(zhuǎn)臺(tái)、雷達(dá)站、變電站等。
(5)如環(huán)境條件許可，在天線附近可以設(shè)置金屬網(wǎng)，這對(duì)于消除干擾有一定效果。
(6)對(duì)裝在山頂、高樓頂?shù)奶炀�基礎(chǔ)設(shè)施(處在風(fēng)口區(qū))要滿足10級(jí)大風(fēng)條件能工作，12級(jí)大風(fēng)不毀壞;衛(wèi)星天線的架設(shè)位置盡量避開風(fēng)口，以減小天線的風(fēng)載，有條件的可以設(shè)置擋風(fēng)裝置。
(7)在雷雨多發(fā)地區(qū)，衛(wèi)星天線的架設(shè)位置應(yīng)避開雷擊多發(fā)地點(diǎn)，并安裝避雷器，同時(shí)要采取多種避雷措施。
(8)天線的方位可調(diào)整的范圍內(nèi)，應(yīng)保證有足夠的調(diào)整余地。要保證天線安裝場(chǎng)地周圍的平整，為天線及其它室外設(shè)備的安裝提供方便。
3、衛(wèi)星天線維護(hù)保養(yǎng)要點(diǎn)
3.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)部分
(1)天線方位、俯仰驅(qū)動(dòng)馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)是否正常，是否有異響。
(2)天線方位、俯仰絲杠護(hù)套是否老化、破損，定期檢查，及時(shí)更換。
(3)天線方位、俯仰絲杠潤(rùn)滑油脂是否缺少，根據(jù)需要添加，潤(rùn)滑脂通常使用二硫化鉬。
(4)天線方位、俯仰限位開關(guān)接點(diǎn)是否銹蝕、老化，如有需要，及時(shí)更換。 (5)天線方位、俯仰驅(qū)動(dòng)馬達(dá)供電電纜有無老化、破損。
(6)天線減速箱內(nèi)潤(rùn)滑油脂是否缺少，根據(jù)需要及時(shí)添加二硫化鉬。
(7)金屬構(gòu)件連接有無松動(dòng)、變形，及時(shí)緊固。
(8)金屬構(gòu)件有無銹蝕，及時(shí)進(jìn)行除銹、補(bǔ)漆處理。
(9)饋源吹風(fēng)加熱單元是否正常，定期檢查。
(10)饋源膜有無破損、老化，根據(jù)需要及時(shí)更換。
(11)定期對(duì)天線進(jìn)行大范圍轉(zhuǎn)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(biāo)機(jī)、天控器風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)情況，確保散熱良好。
(2)定期對(duì)信標(biāo)機(jī)、天控器進(jìn)行除塵，保證設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
(3)波導(dǎo)充氣機(jī)是否工作正常，是否出現(xiàn)頻繁充氣現(xiàn)象。
(4)波導(dǎo)充氣機(jī)內(nèi)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(yīng)及時(shí)去除天線主反射面上的和饋源膜上的積雪，以保證上下行信號(hào)質(zhì)量。
(7)做好天線的接地工作且接地電阻應(yīng)小于4Ω，并在衛(wèi)星天線旁邊豎立避雷針，防止雷擊。
(8)做好防蟲、防鼠工作，饋源管口應(yīng)遮蓋，并定期檢查。
4、天控系統(tǒng)維護(hù)和保養(yǎng)實(shí)例
天控系統(tǒng)的維護(hù)和保養(yǎng)可分為天線系統(tǒng)、饋線系統(tǒng)、天線基座系統(tǒng)和控制系統(tǒng)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 天線系統(tǒng)實(shí)例
(1)饋源膜損壞，多為饋源膜老化或鳥類啄食引起，為確保天線正常運(yùn)行，建議至少每年更換一次，并定期檢查。
(2)天線表面漆脫落時(shí)，應(yīng)選擇專用的高頻低損耗白漆補(bǔ)涂，不可用普通白漆代替。
(3)定期測(cè)量天線接地電阻值，應(yīng)安裝性能較好的避雷及防雷設(shè)備。
(4)大雪天氣及時(shí)清除覆蓋在天線上的積雪，目前常用的有高壓水龍頭高空沖淋和強(qiáng)力吹風(fēng)除雪兩種方式。
4.2 饋線系統(tǒng)實(shí)例
(1)波導(dǎo)充氣機(jī)頻繁啟動(dòng)，多是因波導(dǎo)封閉性不好而導(dǎo)致頻繁充氣現(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)檢查，找出泄漏點(diǎn)，進(jìn)行相應(yīng)處理;另外一個(gè)導(dǎo)致充氣機(jī)頻繁啟動(dòng)的原因是繼電器損壞，過壓保護(hù)裝置失靈，這種情況易造成充氣壓力過大致使饋源膜破裂。平時(shí)應(yīng)經(jīng)常檢查波導(dǎo)的氣密性，觀察充氣機(jī)是否工作正常，發(fā)現(xiàn)故障時(shí)及時(shí)排除。
(2)天線大角度范圍轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，注意觀察戶外軟波導(dǎo)的曲張程度，防止出現(xiàn)裂紋或斷裂。
4.3 天線基座系統(tǒng)實(shí)例
(1)選擇型號(hào)相符的潤(rùn)滑脂、低溫極壓脂及防腐漆等，定期換油及補(bǔ)涂。
(2)當(dāng)碰到天線不能轉(zhuǎn)動(dòng)故障時(shí)，排除天控器故障后，應(yīng)重要檢查方位或俯仰限位開關(guān)，此處一般為常閉接點(diǎn)，主要是因?yàn)閼敉怙L(fēng)雨侵蝕導(dǎo)致限位開關(guān)接點(diǎn)接觸不良引起，應(yīng)定期檢查及時(shí)更換。
4.4 天線控制系統(tǒng)實(shí)例
(1)天線驅(qū)動(dòng)部分多為380伏高壓，對(duì)天線進(jìn)行檢修時(shí)，原則上應(yīng)斷開工作范圍內(nèi)的所有電源。
(2)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)控制箱內(nèi)DC 24V電源容易出現(xiàn)故障，多為熔斷器燒斷，經(jīng)檢查后續(xù)電路無短路性故障時(shí)，更換后即可，或直接更換DC 24V電源恢復(fù)正常。
(3)定期檢查馬達(dá)控制箱內(nèi)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(xiàn)象，如有應(yīng)及時(shí)更換。
(4)對(duì)ACU中的各種技術(shù)參數(shù)如EOS、AOS等切勿隨意改動(dòng)。
(5)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的ACU及信標(biāo)接收機(jī)，對(duì)環(huán)境溫度要求較高，應(yīng)定期檢查其散熱系統(tǒng)正常與否，一般會(huì)出現(xiàn)排風(fēng)扇老化而停止轉(zhuǎn)動(dòng)，引起機(jī)箱內(nèi)溫度升高，使機(jī)器工作性能不穩(wěn)定，一般更換排風(fēng)扇后即可排除。
5、結(jié)語
衛(wèi)星天線及其控制系統(tǒng)的維護(hù)和保養(yǎng)是衛(wèi)星廣播電視系統(tǒng)安全高質(zhì)量運(yùn)行的重要保障，其技術(shù)要求高，維護(hù)工作具有長(zhǎng)期性和艱巨性，我們應(yīng)從設(shè)備的日常維護(hù)入手，定期對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢查、測(cè)試，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理，同時(shí)提高維護(hù)人員技術(shù)素質(zhì)，掌握維護(hù)方法，快速、準(zhǔn)確的診斷、排除故障，提高維護(hù)效率，確保衛(wèi)星天線及其控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)良好、可靠。
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