卫星地球站上行系统的改造实践

1 引言
新疆地球站上行系统已运行十多
年了，高功放老化，12m卫星天线已使用20年，天线的精度和技术指标都有所下降，存在安全隐患。

为保证安全播出，设备更新改造刻不容缓，其关键和难点在于施工以及与旧系统对接时，既要保证工程质量，又要确保安全播出。

2 系统现状及存在问题
2.1 系统改造前上星系统概况
上星信号分别通过两路光缆和一路微波传送到我站，经过本站的光接收设备、微波设备、解复用设备输出ASI信号。

ASI信号经过分配后，一路直接送入调制器的一个输入端口，另一路则通过二选一切换开关后，再送入调制器的另一输入端口，调制器输出的70MHz中频信号，经上变频器变换不到抗干扰的要求，需更换为3kW功
放，使主、备系统功放功率一致。

（3）3kW功放既可以通过12m
天线上行信号，又可以通过9m天线
上行信号。

但400W功放只能通过
9m天线上行信号，不能通过12m天
线上行信号，存在安全隐患，因此，
需要对现在的波导系统进行改造。

（4）天线主面的积雪完全要靠人
工清除，天线主面距地面高、面积大，
人工清扫积雪的方式难度和危险性都
很大，因此需增加天线自动除雪装置。

3 系统的改造方案与实施
3.1 系统的技术要求
（1）天线波导系统的改造需在不
影响广播电视节目上星的条件下进行。

施工难度和停播风险较大，经过论证，
我们决定分时分步地对波导、UPS电
源及高功放系统进行施工。

（1）新建一座12m卫星上行天线，
并加装天线主面除雪装置，使新、旧
12m天线满足1:1备份的要求。

天线
建成后，经过卫星公司入网验证测试，
表明天线各项指标合格，并取得入网
证后，方可接入系统。

（2）改造天线波导系统。

新增一
个波导切换开关，波导切换系统要满足
设计要求，使得新12m天线、原12m
天线、9m天线能够互为备份。

波导系
统的改造势必要影响播出，因此要提前
申请代播，由指定的卫星广播电视地球
站临时承担我站的上星任务，改造完成
后，恢复正常播出。

在执行代播操作时，
摘要：本文对卫星地球站上行系统存在的问题进行了分析，对系统的改造方案、实施情况进行了阐述，介绍了入网测试的主要内容，强调了系统在维护中所需要注意的事项。

关键词：上行系统 改造方案卫星地球站
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400W 固态功放，更换为3kW 速调管功放。

为检验高功放性能和节省施工时间，我们将新购买的两部3kW 功放装入新机架，高功放接负载，提前一周加电测试。

施工时，在不影响正常播出的情况下，可将两部400W 高功放从天线波导系统中拆除，将两部新3kW 功放接入天线波导系统中。

（4）拆除原3台40kVA 的UPS 电源，安装两部75kVA 的UPS 电源。

双UPS 电源设备分别接入不同的低压
供电回路，做到真正的主、备供电分离，消除因单一接点故障，而造成的全部设备停播事故，两部UPS 电源分别给主、备播出设备供电。

改造后的卫星上行系统框图如图2所示。

（5）对信号源切换系统进行改造，拆除三选一切换开关，安装三选一信号源切换设备。

3.3 系统的实施
3.3.1 施工中存在的风险
经评估，该改造项目在施工中可
视上行节目的正常传输。

（3）因误操作导致载波跌落，造成信号中断。

3.3.2 风险应对措施
（1）提前申请代播，严格执行代播程序，决不能出现载波跌落。

（2）施工前，要制定详细的施工流程，针对每一个环节可能发生的问题，制定应急措施。

（3）为减小对播出造成的影响程度，施工时间选在凌晨2~6点，在没
有传送节目的时间内实施。

（4）施工前，新12m 天线椭圆波导要先引入室内，等待与天馈波导系统对接，对改造波导系统所需的直波导、弯波导、波导切换开关要进行外
观和功能检查。

（5）设备电源线、信号线、控制线要提前铺设到位。

3.3.3 施工流程
施工前，要制定详细的施工流程，做好各项准备工作，施工期间要按照
卫星天线的入网测试主要有两项指标：天线发射方向图和极化隔离度。

方向图测试框图如图4所示。

（1）方向图测试
测试方法：被测天线对准卫星，按卫星公司要求的频率、功率、极化上行单载波信号，在接收天线上用频谱仪在同极化口接收该单载波信号。

近旁瓣方向图测试：俯仰不动，天线方位转动±2°，测试天线方位方向图，在频谱仪上分别测试两边第一旁瓣，用记录仪记录测试结果；方位不动，俯仰角转动±1.5°，测试俯仰方向图。

远旁瓣方向图测试：测试方法与近旁瓣方向图测试方法相同，天线方位转动±15°，测试天线方位方向图；方位不动，俯仰角转动±10°，测试俯仰方向图。

在方向图测试之前，应先确定天线转速，以便确定天线转动角度。

（2）发射天线交叉极化隔离度测试我站天线对准卫星，按卫星公司要
图1 改造前的卫星上行系统框图
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求的频率、功率、极化上行单载波信号，在接收天线上用频谱仪在同极化口测量该单载波信号电平；将发射天线极化旋转90°，在接收天线相同的位置上，再次测量接收信号电平，两者电平之差即为发射天线交叉极化隔离度。

（3）发射天线增益测试
根据实测天线方位方向图和俯仰方向图，分别测得3dB 和10dB 的方位和俯仰波束宽度，利用下式可计算发射天线的增益G。

用3dB 波束宽度，计算发射天线的增益G ：
G=10lg[27000/(θA1·θE1)](dB) 用3dB 和10dB 波束宽度，做更
精确的计算，计算发射天线的增益G ：G=10lg{[27000/(θA1·θE1)+ 80000/(θA2·θE2)]/2}(dB) 其中，θA1表示方位3dB 波束宽
度，θE1表示俯仰3dB 波束宽度，θA2
表示方位
10dB 波束宽度，θE2表示俯仰10dB 波束宽度。

（4）天线方位、俯仰驱动速度在进行天线入网测试之前，还应做好一些站内的准备工作，事先取得一些测试中所需的数据，比如天线方位、俯仰驱动速度等。

测试中，还需准备一只秒表和一台频谱仪。

测试方法：被测天线对准卫星，手动微调天线，使接收到的信标信号最大；天线保持俯仰不动，在方位上，逆时针移动5°
，启动天线方位马达，驱动天线从-5°
~+5°（经过波束中心对准卫星）转动，同时按动秒表，记录时间T A ，计算天线方位驱动速度
R A =10°
/T A 。

同理，保持天线方位不动，驱动俯仰向下5°。

启动天线俯仰马达，使天线从-5°
~+5°记录时间T B ，计算天线方位驱动速度R B =10°
/T B 。

4.2 系统电平调测
系统电平调整和测试是新建一个卫星上行系统或改造后的系统首先应进行的工作。

正确的系统电平，是确保系统工作的基本条件。

系统电平调整得不好，各种上行设备就不能在技
术性能匹配良好的条件下工作，轻则会使整个上行系统的指标下降，重则会导致系统不能工作。

我站在系统改造过程中，更新了部分上行设备，因此要对上行系统电平做调整，保证地
球站发射到卫星的功率在合理的水平，
使卫星的带宽功率比满足卫星公司的要求。

需调整的设备，包括调制器输出电平、上变频器增益和高功放增益等。

上行系统电平调测框图如图5所示。

图3 施工流程图
图4 方向图测试框图
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先将上行设备按图5连接好。

将高功放输出接至匹配负载，由调制器发出未调制载波信号，并调整输出电平为给定值，用功率计测量A、B、C 三点的电平值。

按各设备说明书进行调整，使各设备的电平匹配，同时要使主、备系统设备电平保持一致。

进行电平调测时，要注意两点：一要将高功放的输出接到匹配负载上，否则将辐射出载波形成干扰；二使用功率计前，要进行校准，并注意频率与阻抗的变化，适当调整功率计的校正系数，从而保证测量的精度。

4.3 系统功能测试
（1）三选一信号源切换设备的功能测试
人为中断一路信号，看是信号能否切换到另一路，同时看是否对传输的节目造成影响；是否能按照人为设定的切换优先级，进行信号切换；是否能通过网管系统对切换设备进行控制。

（2）调制器两个输入端口的切换人为中断一路输入信号，看能否切换到另一个输入端口，验证端口间切换的逻辑功能。

（3）波导切换开关的功能测试
手动或远程遥控波导切换开关，观察能否切换到位；验证3副卫星天线能否按照设计的逻辑功能完成天线之间的切换。

通过上述各项测试发现，单个设备的切换逻辑功能都能实现；三选一切换开关的切换时间要长于调制器两个端口的切换时间；ASI 信号为空
包信号时，设备不能自动切换。

鉴于上述情况，为避免切换时间的不同步，造成切换混乱而影响信号传输，三选一切换开关按优先级设为自动切换，调制器端口间的切换设置为手动模式。

5 系统的维护
5.1 调制器和上变频器的维护调制器和上变频器一般需定时做预防性维护，需要专用设备，且只能在工厂内进行。

实际工作中，只需做工作参数检查和必要时的除尘处理。

（1）检查调制器和上变频器的输出电平和频谱是否正常。

（2）检查调制器、上变频器面板上的按键是否灵敏，面板显示和状态指示等是否正常；通过操作面板，检查内部工作电压、温度和风扇是否正常；检查主要工作参数是否正常。

（3）检查调制器、上变频器外部连接电缆是否有松动、老化等现象。

（4）检查调制器切换单元是否正
常，检查调制器远程监控操作是否正常。

（5）如有必要，对调制器除尘。

5.2 高功率放大器的维护
高功率放大器操作维护时，必须
严格按照操作规程，确保操作人员和设备的安全。

（1）检查功放输出功率、增益和反射功率，检查各种电源电压、温度等参数是否正常，检查各个状态指示灯是否正常。

（2）检查风扇、通风管道，清洗过滤网、电缆连接和波导连接。

（3）检查功放倒换开关是否正常。

5.3 天线的维护
需要对天线定期维护、测试保养，
以提高天线的使用寿命和通信可靠性。

主要从以下四方面进行维护保养。

（1）检查自动跟踪性能，方位俯仰电机声音是否正常。

（2）检查天线外观，包括各部件漆面是否完好、馈源膜是否完好、馈源桶内部是否清洁、各种螺栓是否有
锈蚀、各种连接件是否连接牢固、波导连接是否牢固等；检查电机与丝杠连接轴处，是否有异常响声或发热现象；检查各种电缆是否有发热、老化、被老鼠啃噬等现象。

（3）检查减速箱密封及润滑情况；检查电机润滑液面下降程度，并及时添加；检查天线控制器功能；检查波导充气机及干燥剂情况；检查室外波导是否有损坏情况。

（4）大范围转动天线方位俯仰，检查是否有卡死、声音异常等现象，检查限位开关是否起作用；检查天线丝杠润滑脂情况，必要时，清洗掉天线丝杠上的润滑脂，重新上润滑脂；检查避雷装置、测量接地电阻；每三
年要对天线重新刷漆，要对天线方位
俯仰方向图、增益等重要指标进行测试。

6 总结
广播电视地球站是卫星广播电视传输的重要环节，安全播出尤为重要，播出设备随着时间的推移，安全性、可靠性都在不断下降，对系统的更新改造势在必行。

通过对系统的更新改造，系统完全符合广播电视安全播出管理规定的各项要求，既能高质量地完成任务，又不影响广播电视节目安全播出。

图5 上行系统电平调测框图。