浅谈卫星天线及其控制系统的维护和保养

浅谈卫星天线及其控制系统的维护和保养
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
中图分类号：tn828.5 文献标识码：a 文章编号：1007-9416（2012）11-0233-02
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）。

天线控制器控制天线方位、俯仰、极化转动，显示工作的角度，
可根据设定跟踪范围、步距、时间周期、信号门限、自动跟踪卫星的漂移，避免因偏离卫星造成信号衰减、极化隔离度恶化。

包括室外驱动柜和室内控制单元。

2、卫星天线安装时对外部环境的要求
（1）卫星天线在指向卫星的方向上没有高大树木、建筑物、高压线以及高山等遮挡。

（2）在天线主波束方向上要有足够的视界，保证天线正前方尽可能宽的视角。

（3）天线指向卫星的连线之间的平角5度之内不应有遮挡物。

（4）注意不能安装在微波干扰严重的地区，如微波站、差转台、雷达站、变电站等。

（5）如环境条件许可，在天线附近可以设置金属网，这对于消除干扰有一定效果。

（6）对装在山顶、高楼顶的天线基础设施（处在风口区）要满足10级大风条件能工作，12级大风不毁坏；卫星天线的架设位置尽量避开风口，以减小天线的风载，有条件的可以设置挡风装置。

（7）在雷雨多发地区，卫星天线的架设位置应避开雷击多发地点，并安装避雷器，同时要采取多种避雷措施。

（8）天线的方位可调整的范围内，应保证有足够的调整余地。

要保证天线安装场地周围的平整，为天线及其它室外设备的安装提供方便。

3、卫星天线维护保养要点
3.1 机械结构部分
（1）天线方位、俯仰驱动马达转动是否正常，是否有异响。

（2）天线方位、俯仰丝杠护套是否老化、破损，定期检查，及时更换。

（3）天线方位、俯仰丝杠润滑油脂是否缺少，根据需要添加，润滑脂通常使用二硫化钼。

（4）天线方位、俯仰限位开关接点是否锈蚀、老化，如有需要，及时更换。

（5）天线方位、俯仰驱动马达供电电缆有无老化、破损。

（6）天线减速箱内润滑油脂是否缺少，根据需要及时添加二硫化钼。

（7）金属构件连接有无松动、变形，及时紧固。

（8）金属构件有无锈蚀，及时进行除锈、补漆处理。

（9）馈源吹风加热单元是否正常，定期检查。

（10）馈源膜有无破损、老化，根据需要及时更换。

（11）定期对天线进行大范围转动，包括方位、俯仰，建议每半年一次。

3.2 其他部分
（1）经常查看信标机、天控器风扇运转情况，确保散热良好。

（2）定期对信标机、天控器进行除尘，保证设备正常运转。

（3）波导充气机是否工作正常，是否出现频繁充气现象。

（4）波导充气机内干燥剂是否干燥，如有需要及时更换。

（5）lnb与电缆接头处，要做防水处理，用防水胶带包好。

（6）冬天下雪时应及时去除天线主反射面上的和馈源膜上的积雪，以保证上下行信号质量。

（7）做好天线的接地工作且接地电阻应小于4ω，并在卫星天线旁边竖立避雷针，防止雷击。

（8）做好防虫、防鼠工作，馈源管口应遮盖，并定期检查。

4、天控系统维护和保养实例
天控系统的维护和保养可分为天线系统、馈线系统、天线基座系统和控制系统四个部分，我们就经常遇到的故障实例进行分析。

4.1 天线系统实例
（1）馈源膜损坏，多为馈源膜老化或鸟类啄食引起，为确保天线正常运行，建议至少每年更换一次，并定期检查。

（2）天线表面漆脱落时，应选择专用的高频低损耗白漆补涂，不可用普通白漆代替。

（3）定期测量天线接地电阻值，应安装性能较好的避雷及防雷设备。

（4）大雪天气及时清除覆盖在天线上的积雪，目前常用的有高压水龙头高空冲淋和强力吹风除雪两种方式。

4.2 馈线系统实例
（1）波导充气机频繁启动，多是因波导封闭性不好而导致频繁充气现象，应及时检查，找出泄漏点，进行相应处理；另外一个导致充气机频繁启动的原因是继电器损坏，过压保护装置失灵，这种情况易造成充气压力过大致使馈源膜破裂。

平时应经常检查波导的气密性，观察充气机是否工作正常，发现故障时及时排除。

（2）天线大角度范围转动时，注意观察户外软波导的曲张程度，防止出现裂纹或断裂。

4.3 天线基座系统实例
（1）选择型号相符的润滑脂、低温极压脂及防腐漆等，定期换油及补涂。

（2）当碰到天线不能转动故障时，排除天控器故障后，应重要检查方位或俯仰限位开关，此处一般为常闭接点，主要是因为户外风雨侵蚀导致限位开关接点接触不良引起，应定期检查及时更换。

4.4 天线控制系统实例
（1）天线驱动部分多为380伏高压，对天线进行检修时，原则上应断开工作范围内的所有电源。

（2）马达驱动控制箱内dc 24v电源容易出现故障，多为熔断器烧断，经检查后续电路无短路性故障时，更换后即可，或直接更换dc 24v电源恢复正常。

（3）定期检查马达控制箱内的各电源接头是否松动，检查各中间继电器及交流接触器是否有因打火而烧黑的现象，如有应及时更
换。

（4）对acu中的各种技术参数如eos、aos等切勿随意改动。

（5）长时间运行的acu及信标接收机，对环境温度要求较高，应定期检查其散热系统正常与否，一般会出现排风扇老化而停止转动，引起机箱内温度升高，使机器工作性能不稳定，一般更换排风扇后即可排除。

5、结语
卫星天线及其控制系统的维护和保养是卫星广播电视系统安全
高质量运行的重要保障，其技术要求高，维护工作具有长期性和艰巨性，我们应从设备的日常维护入手，定期对设备进行检查、测试，发现问题及时处理，同时提高维护人员技术素质，掌握维护方法，快速、准确的诊断、排除故障，提高维护效率，确保卫星天线及其控制系统的实时良好、可靠。