卫星天线的调试策略和技巧

浅谈地面卫星天线的调试方法和技巧

——普陀区广电台张皓

摘要：本文阐述了调试地面卫星天线中需要注意的各种要素、原则、方法和以及调试过程中的注意事项。

关键词：卫星天线搜星要素调整方法注意事项

随着卫星转发的广播电视节目和数据不断增多，各电视台下行接收设施也越来越多，而且由于各种原因导致传输原节目的卫星轨道经常变化，因此地面卫星接收站也需要不断调整天线方向来对准卫星，以保证正常收视。

一、地面站搜星要素

搜索卫星一般要注意四个要素：仰角、方位角、极化和焦距。

仰角：指卫星地面站的天线主瓣波束轴线对准卫星的连线与其在地平面的投影夹角，常用EL表示。

方位角：指当以地理正北为零度，按顺时针方向参考时，天线波束主瓣轴瞄准卫星的连线的投影线与正北方向线的夹角，常用AZ来表示。

极化：指电磁波在传播过程中的电场矢量方向和幅度随时间变化的特性，一般包括左旋、右旋圆极化及水平、垂直线极化四种极化方式，我国卫星接收信号通常采用水平、垂直线极化波。地卫站天线的极化方式一定要与所接收的卫星下行信号的极化方式一致即极化匹配，才能保证接收质量达到规定的标准，否则将影响信号的正常接收及质量。

焦距是指卫星接收天线对接收信号反射后信号汇聚最强的位置点。

二、常用计算公式与调星原则

地面站方位角、仰角是卫星接收天线指向的两个重要数据，馈源极化角ρ、焦距f是卫星接收天线调整中另外两个不容忽视的参数。四个参数可由以下卫星天线定位经验计算公式获得，实际应用中我们一般以Az的大小与正负来确定方位角。

Az=tg-1(tgλ/sinφ), Az∈(-π/2, π/2) (1)

EL=tg-1[(cosφcosλ-0.15127)/√1 -cos2φcos2λ],

EL∈(0, π/2) (2)

ρ=tg-1(sinλ/tgφ) (3)

f=D2/(16h) (4)

上式中：λ：相对经度，λ=λ地-λ星；

λ星：卫星经度；

λ地：地卫站所在地经度；

φ：地卫站所在地纬度；

D：天线直径；

h：天线深度。

应用上述公式需说明以下几点。

（1）考虑磁偏角的变化

实际操作中由于一般对方位的判断是靠地球磁场来定位的（如指南针），它们所指出的北方向并不是地球的真北方向，而是磁北方向。天线指向是以真北方向为基准计算的，因此上述方位角计算公式没有考虑磁偏角，在天线方位角实际调整时应对其进行修正，即加上或减去此位置上的磁偏角的绝对值，以弥补因地球磁场而产生的偏差。磁北与真北之间的磁偏角随时间和地理位置会有一定变化，可根据地磁图采用划区查表的方法获得，范围一般在正负几度左右。

（2）极化角ρ方向确定原则

极化角有ρ=0、ρ﹤0和ρ﹥0三种情况。以C波段水平极化为例，根据前馈、后馈天线的不同对这三种情况作一说明。

①若计算结果ρ=0，即接收点的经度与卫星的经度一致时，接收水平极化时，天线馈源的波导口窄边应与地平面平行；接收垂直极化时，天线馈源的波导口宽边应与地平面平行。

②若计算结果ρ﹤0，此时接收点的经度小于卫星的经度，即接收正南东的卫星时，面对前馈天线应顺时针转动馈源∣ρ∣；而对于后馈天线，当观察者面对天线的后背时，馈源的波导口面应沿逆时针方向旋转｜ρ｜。

③若计算结果ρ﹥0，与ρ﹤0时的情况刚好相反，面对前馈天线，波导口面要沿逆时针方向旋转∣ρ∣；对于后馈天线，面对天线的后背，波导口要沿顺时针方向旋转∣ρ∣。

（3）方位角确定原则

我国位于北半球及东经73．5°E到东经135°E的范围之内，方向角确定原则如下：公式（1）中Az﹥0 时所求方向角为正南偏西；Az﹤0时为正南偏东（绝对值）；Az =0即地卫站及卫星位于同一经度（同号且相等）时，天线方位角方位为正南方向，实际应用中我们正是采用此Az的大小与正负来确定方位角。

（4）天线指向数据计算举例

以舟山市普陀区大平岗无线转播站（东经122.294°、北纬29.958°）接收卫星信号为例，天线指向数据计算举例如下：

①接收中星6B，（115.5°E），天线直径D=3m,天线深度h=0.5m, λ地

=122.294°, φ=29.958°, λ星=115.5 , 由此得：λ= λ地-λ星= 122.294°-115.5°=6.794°。

则：Az = tg-1(tgλ/sinφ)=13.41(方位角为南偏西13.41°)，EL =tg-1[(cosφcos λ-0.15127)/√1 -cos2φcos2λ]=54.32°(仰角为54.32°)，ρ=tg-1(sinλ/tgφ)=11.6°(ρ﹥0，则面对前馈天线，在原标准接收极化方式基础上逆时针转动馈源11.6°)，f=D2/(16h)=1.125m。

②接收亚太6A（134°E），天线直径D=3.5m，天线深度h=0.45m，λ地

=122.294°, φ=29.958°, λ星=134°, 由此得：λ=λ地-λ星=122.294°-134°

=-11.706°。

则：Az =tg-1(tgλ/sinφ)=-22.53°(方位角为南偏东22.53°)，EL =tg-1[(cosφcosλ-0.15127)/√1 -cos2φcos2λ] =52.75°(仰角为52.75°)，ρ=tg-1(sinλ/tg

φ)=-19.4°(ρ﹤0，则面对前馈天线，在原标准接收极化方式基础上顺时针转动馈源

19.4°)，f=D2/(16h)=1.701m。

三、卫星调试方法

一般在调卫星时并无专用仪器配合调整，搜索卫星特别是全数字转发卫星相对较难。因此根据不同的情况而采取不同的卫星搜索技巧在天线调整时显得尤为重要。大致可按以下三种方式进行粗调。

（1）转发卫星中存在模拟信号的调整技巧。由于模拟信号特点，这种调整较容易。只要数据参数正确，并根据经验公式计算出的天线方位角及仰角来进行调整，高频头及馈源极化、焦距正确，一般可很快搜索到卫星。