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关于同步卫星信号覆盖的立体分析和应用

作者:admin时间:2018-10-18 12:49浏览:

  1前语

  世界各国的播送电视节目,现在简直都经过地球同步卫星来掩盖全球。我国各省市的节目也都上了卫星。现在,掩盖咱们亚太地区的卫星节目就有500多套,千家万户天天收看收听的几十套有线电视节目,有2/3以上来自于卫星。跟着数字技能的发展,本来一个卫星转发器只能发送一套模仿电视节目,现在可一同传送4套以上高质量数字电视,还有其它多媒体信息。会有越来越多的专业人员和爱好者需求把握和了解有关的常识及实践经历。

  作为一名播送电视工程师,虽10多年前就开端触摸卫星接纳设备,但良久以来,在装置调试进程中一向困于那些繁杂笼统的参数和核算公式——接纳点的经度和纬度、方针卫星的经度、地磁偏角、方位角、俯仰角……,这一系列彼此间毫不相关的数据要核算出来,而且有必要精确地对上才干收到方针信号。而调试现场所能得到的东西往往只需一个函数核算器、一把钢卷尺,外加一只指针晃来晃去的罗盘,差错大,定位很难。

  后来,经过理论学习和平常的实践堆集,对同步卫星的轨迹,在头脑中已建立起了一个较为形象的形式。现在不要经过核算,对不同类型的接纳天线,用一把钢卷尺和自己做的轨迹立体模型——一只带提手环的空油漆桶,再以其它常用卫星的模仿信号为参阅,就能快速地把方针卫星找到。今日期望经过以下的剖析和描绘,使读者心中相同也能建立起这种形象形式。

  2卫星信号掩盖的立体剖析

  21从卫星的视点进行调查——地球像半熟的蛋

  闭上眼睛,设想一下,你是一位宇航员,正在赤道正上空离地上35840km的同步卫星里往下看地球,所看到的当地也就是卫星信号所能掩盖到的地区。

  1)单颗卫星信号所能掩盖的最大面积为地球总外表的42%左右。但在南北南北极纬度82°以上是盲区。

  2)地球上虽然有高山和深海,但从卫星上看起来,是一个外表滑润的圆球——半径6378km,表层地壳轻而薄,平均厚度为30km(不到总半径的1/200,若按比例还没有鸡蛋壳厚);地壳下面是3000km厚的半流质的地幔;再往下3000多km是温度极高、压力极大、比重极重的外流内固的地核。因而,用“煮得半熟的蛋”来形象地比喻地球的构造是最恰当不过了。

  22从接纳天线的视点进行观测——卫星轨迹像彩虹

  把地球的赤道像一个个水波涛同心圆似地向外扩展,当向外扩展6倍半径时,就是同步卫星的散布轨迹了。轨迹看似简略——仅仅一个二维的平面圆,但是由于地球是一个三维的球体,在这个球面上的不同当地看这个圆轨迹时,所见到的“现象”是不相同的,总的来说能够用以下几点来概括:

  1)在地球上的大部分当地,所“见到”的卫星轨迹形状像一抹挂在南边(对北半球而言)地平线上的彩虹,彩虹顶部方位在正南

  2)调查点越接近赤道,彩虹就越高、越长、越圆,直到像一座从头顶跨过的圆拱桥。(见图3)

  图3低纬度时的卫星轨迹

  3)调查点越接近南北极,彩虹就越低、越短、越平,接近盲区时彩虹就像落日相同逐渐从正南面(对北半球而言)的地平线上落下去

  23概括和总结——油漆桶形式

  经过上面两末节的描绘和图示,咱们对卫星轨迹有了一个根本的形象概念,知道了在地球上不同接纳方位,方针卫星在天空中的大致方位——偏东偏西、是仰是俯。在实践的装置调试进程中,惯例的做法是经过繁复的数学核算或查阅,算出方位角后再经换算,才干最终知道偏东仍是偏西几度,这个进程对调试现场的工程师来说非常不便利,既不直观又简单犯错。后来受机械制造进程的启示——设计阶段用核算器、比例尺,甚至核算机中的CAD,可到了出产一线,就用游标卡尺、千分尺和样板卡片等这些形象直观、使用便利的东西。在卫星现场调试现场相同也需求这样一类的东西,常用的罗盘、卷尺、量角器这些都简单得到,可到现在为止,就是没有人去做直观明晰的“样板卡片或模型”。跟机械上常用的样板比较,卫星上用的可能要难做一点,由于它是立体的,又有多个参数要能随机调整,加上实践轨迹的形状平常咱们谁都没亲眼见过,进行立体想象有些难度。笔者为找卫星轨迹模型而颇费脑筋,用过地球仪、太阳系模型、篮球上扣铁环、用激光笔模仿卫星信号等等,结果都不抱负,直到偶然间倒转了接纳天线和卫星轨迹相对运动的参照系——曾经的思维形式是地球和卫星轨迹都是相对不动的,动的是天线的接纳方位在动。现在倒过来,不管天线在那里,环顾地上四周,都像站在一块巨大无边的平面上,改变的是卫星轨迹在天空中的形状和方位,这样考虑全部就便利的处理了,也找到了抱负的“模型“——一只带盖子和提手的油漆桶

  把油漆桶放在桌上,正面朝南(提手环的两端东西向),在桶上面放一块圆垫,厚薄要使得其上外表到提环转轴的上下距离是提环半径的1/7,圆垫中心按一枚小图钉,再把半圆的提手用记号笔作36等分,模具就这样做好了。虽粗陋,但很有用。

  使用方法和实例:杭州(东经120度,北纬30度),要收134°E的亚太1A卫星。那么 先把桌上的油漆桶的提手环向上拉笔直,然后渐渐向前(南面)歪斜30°,固定牢。这时,圆垫外表就是大地,圆心上的图钉就是接纳天线,看到的提环就是像挂在南边天空的彩虹的同步卫星轨迹,提环的最高点就是120°E同步卫星的方位,提环上记号笔做的32等分符号每一格5°(180°÷ 36格=5°/ 格),最高点东边第一个点就是125°E卫星,偏西一格就是115°E卫星,134°E的亚太1A就在顶点偏东3格的方位。用一支小激光笔,从图钉动身射向环上134°度的方位,那么这束激光就能“打到”方针卫星,此光束也就能够作为天线方向调整时的参阅。若在南半球,则提环向北歪斜相应的视点就行了。就这么简略,关键在于要去掉早已深深印在你脑海里的圆圆的地球仪形式,代之以“人在地球上任何方位,能够彻底当作是站在一块巨大无边的平面上来调查天空中的卫星轨迹”。

  3应用中的一些重要细节

  31极化问题中的误区

  在整个调试进程中,天线抛物面的方位调试是最难的一个环节,接下来的机械调整就是高频头(LNB)的极化方向了。虽不很难,但对信号的质量好坏有很大关系。在这儿要剖析的并不是怎么进行具体操作,而是要指出有关信号极化问题的一个知道误区——卫星上发射下来的两个极化彼此笔直的信号到接纳天线的高频头后也一定彼此笔直。

  现在,同步卫星的下行信号根本上都选用水平加笔直的极化方式,以添加相邻频道之间的隔离度。我想大多数材料和技能人员许多年来一向想当然地认为他们接纳到的信号必定也是彼此笔直的,至少我自己也很长时间这样认为,直到有几次在调试双极化馈源或双极化高频头时,发现把它们做单极化接纳时都能够收到很强的信号,可到了双极化,顾了这头就顾不了那边,最终只能折中,可两头的信号强度都比单极时要弱不少,为什么加大了天线尺度,却没有得到应有的强度?

  在单极的状况下,各自都能收到很强的信号,这说明不管是水平仍是笔直,大天线确实都搜集到了更多的电磁信号,可两种信号的利用率却不能一同做到最大,问题必定出在信号接纳器上。仔细调查双极化馈源和双极化高频头,它们的两个波导和检波振子都彼此笔直,一再丈量,毫无问题。困惑了好长一段时期,查找了不少材料,仍没找到原因。最终用油漆桶做了一个地球和同步卫星轨迹的模型,对照着进行调查剖析和画图核算,最终总算恍然大悟——其实,在不同的当地接纳不同的卫星,信号抵达高频头时,两组信号之间的夹角会发生立体的几许畸变,端面也会发生前后歪斜,而厂家出产的双极化馈原和高频头的南北极都是规范笔直的,极化夹角和端面不能作随机调整,使得信号接纳器无法一同统筹好两组信号,所以会发生上面说到的那种状况——单极都能收好,到了双极就只能勉强统筹。至于具体的立体几许剖析这儿就不展开了,“几许畸变”也是到现在为止所能找到的解说,同行们也许还有更深层次的研讨。

  32正馈和偏馈

  几年前我国上星的省市台还不是许多,卫星下行信号根本上用的是C波段 ,接纳天线也大多是12m以上的正馈天线。近几年来,跟着Ku波段和数字技能的开发利用,天线的口径大大减小了,但对反射面的精度要求提高了,这些促进了偏馈天线的很多使用,一般当地只需06~09m的口径就够了。与正馈天线比较,偏馈有许多优,如无馈原阻挠、外表精度高,故天线功率可达75%;装置灵敏,可“朝天”、可“朝地”,既可“落地”、也可“上墙”。当然,也不是都是长处,在方位调试进程中就没有“正馈”来得直观,下面就偏馈天线的“寻星”问题作些剖析。

  1)几许成型原理——找一座馈源独杆支撑的普通板状正馈天线,爬到上面,用一把小电锯,贴着馈源支杆的根部,向上或向下锯一块06~09m口径的反射面,连支杆一同锯下,这就是一个完好的偏馈天线了。向下锯的,就是朝天的装法;向上剧的,就是朝地的装法。正规厂家的偏馈天线在调试时,只需把馈源支杆的指向对准方针卫星就能够了。

  2)偏馈馈源——偏馈天线一定要用波纹呈漏斗状的偏馈馈源,而正馈的波纹盘为水平状。

  33一些简单忽略的环节——气候、电缆及接头、仪器等

  1)气候——首要问题有“雨衰”、“日凌”和“积雪”,前两个问题无法人工操控,只需到时知道信号劣化的原因即可。对“积雪”则要相对注重,刚下雪时积雪仍是较为均匀地散布在整个天线面上,这时对增益和聚集的影响还不是很大。要留意的是在积雪消融时,上半部分消融得快,上半部化了而下半部未化时,就严重影响聚集,要及时铲除积雪。

  2)电缆及接头——从天线高频头下来的信号频率在1000MHz左右,大大高于咱们家里用的50~500MHz的有线电视信号。所以,对卫星天线来说,其电缆和接头一定要用得讲究些,若线路超越50m则最好用-7以上的电缆,两端再转成细芯或做小线过度。对1000MHz信号,相同传100m距离,-9的电缆要比-5的电缆少丢失4~5dB。还要留意,卫星高频头和接纳机用的连接头大部分是英制的,若用CATV上的公制接头(口径和螺距都不同),会偏大些,不易拧紧,尽量要用英制的。

  3)仪器——在找星仪器方面,前几年用了一个“方便型指针式寻星器”,其实就是一个1000MHz简易场强计,使用时要专门一个人去操控增益旋钮,还不能辨别方针信号和接近方位其它星的信号,简单犯错。不久前,买了一台监测CATV信号的简易频谱仪,最高频率为1000MHz,国产的,6000多元,想试着用它来测高卫星信号。开端还不敢用,怕电缆上的10V多直流电压会把频谱仪击坏,后来接上一只工分器,一路接到接纳机,另一路输出用数字万用表量了一下,没有大的直流电压,这才斗胆地接到频谱仪上,一测,还不错,信号频谱记忆犹新,巨细距离清清楚楚,既能看出强度,又能分辩不同星之间的频谱差异,更便利的是还能够把机房里正在使用的卫星信号,分出来用长电缆回送到天线周围,看着频谱仪上的直观显现把天线微调到最佳状况,既方便准确,又无须中止信号,非常便利。

  4结束语

  上述是这些年来在卫星设备的使用和保护进程中的一些经历和主意,有的问题虽小,但也确是自己在工作中困惑多时,几经周折才找到原因和处理方法。许多主意还很不完善,处理的方法也不一定最科学,今日把这些写出来,一方面期望能对广电同行们在具体工作中有所协助;另一方面旨在抛砖引玉,望能引起同行们的进一步重视和讨论。

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