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卫星天线方向的现场调试

我国的卫星电视事业近10年来取得了令人瞩目的成就,并将全国电视人口覆盖率提高到82%。人们现在渐已离不开卫星电视,并深受其益,在全国城乡建立了近5万座单位站来接收高质量的卫星电视节目,并不断在接收站的设备质量、技术指标上加大步伐。由于我国地域辽阔、地形复杂,由此可以预计今后一段时期内卫星电视接收站的建设的仍将会迅速发展。对于卫星电视接受站的建设建成后的调试工作是需要一些切实可行的、便于掌握的方法。因此,探讨一些简易的现场调试法是有现实意义的,即使对一些具有专业功底的工程技术人员来说,能够在任何情况下使用一些较简易的方法如仍能达到较好的效果,何乐而不为呢?所以,本文旨在从这些方面作一些实用性的探讨,与读者朋友们共同切磋。

卫星电视节目的接收,无论是现在使用的C波段,还是将要启用的KU波段,接收天线的主要形式都是抛物面天线。它的结构、原理以及接收站的技术设计及计算、安装、调整和指标测试等均有不少文章介绍。对于卫星天线的调试,它包括天线的方向(仰角和方位角)、馈源的位置、极化取向和极化倾斜角调整等数项内容,其中最关键的一项是天线的仰角和方位角。对于它的计算公式的原理和推导以及求解的图表等,也都有教多文献详细介绍。然而在这些文献中,大多注重论述的系统性和理论性,而对天线方向调试的具体操作方法常常着墨不多,甚至一笔代过。然而笔者却了解到,对于工作于第一线的大多数工程技术人员,以及众多的电视用户,有时最令他们感到困惑的往往是这些具体的调试操作方法。他们需要一些简明易懂、便于掌握和使用的现场调试法。

天线方向的调试,具体地说就是根据事先算出的仰角和方位角,将天线的这两个角度分别调到这两个数值上,使之对准所要接收的卫星,接收到电视信号,这就是粗调。然后进行细调,使所收的信号最佳。粗调是基础,如何判断天线的仰角和方位角已调到事先所算出的角度上呢?根据现场的条件和个人的不同条情况,可以有多种简易而有效的方法。

在叙述这些方法之前,这里先说明一下总的原则:我国地域虽然辽阔,但都位于北半球,而同步卫星又都位于赤道上空,所以天线的指向无一例外地都指向南方。如果卫星轨道所在经度小于当地的经度,则方向向南偏西,大于当地经度时则向南偏东。另外,由于天线的两个角度中,转动方位较易、调整俯仰较难,因此先调整、测试出仰角,然后再水平转动天线搜索信号。这比先调方位再转仰角搜索信号来得容易,所以本文介绍了若干种现场测试仰角的方法。

垂线、水平线相交法
我们知道,抛物面天线的仰角就是指抛物面中心轴线与水平面的夹角。天线抛物面底部都安装在一个圆盘上。可以认为该圆盘的圆心轴线与抛物面中心轴线重合,因而圆盘平面就与抛物面中心轴线垂直。根据几何三角关系可知,该圆盘平面与垂直平面的夹角β等于天线的仰角α(如图1所示),因此我们只要测出该圆盘平底面与垂线的夹角等于仰角数值就行了。为此,我们采用如下步骤来实现这一目的:
(1)在圆盘平面的正上方边缘选一点并记上标记作为A,从A点通过圆盘中心假想作一直线,在线的另一端靠近最下边缘的地方确定另一点B。用尺量出A、B两点间的距离(设为C厘米)。
(2)找一根细线,下端挂一个小中物(如螺帽、小石块、小工具之类),在细线的另一端离重物的距离大于C厘米的地方打一小结作为标记。
(3)用手将细线上打结的地方紧按在圆盘的A点,让细线在重物的作用下自然稳定地下垂。再用另一根细线将其另一端压在圆盘的B点上,另一端用手拉直使其水平并与垂线相交(如图1所示),在垂线上与水平线相交的地方打上标记,设为C点。
(4)取下垂线,测出小结点至C点的长度,设为acm。由图1可知,ABC为三角形,已知斜边为C,直角边AC为a,所以角度β=cos-1(a/c)。用函数计算器可以立即算出β角度来,它就等于仰角α。
(5)继续转动天线调整仰角,重复上述(3)、(4)两步,直到算出的角度值等于事先所需要的仰角为止。

为了减少转动天线和测量、计算的次数,可以根据所需要的仰角值α。和已知的圆盘平面上所选的两点A、B间的距离c,事先算出垂线段AC的长度a。=c·cosα。。然后在垂直细线上,从打结的地方向重物方向量出长度a。并在该点打上标记(亦设该点为C)。再按上述第三步中的办法操作,转动天线仰角,使水平线与垂线C点相交,此时天线的仰角就已粗略等于所需要的仰角值了。用这种方法只要测一次就行了。

2、垂线、圆弧相交法
上述方法要用两根细线同时操作,通常需要两个人来配合,不太方便,而且水平线是否真正水平,还需第3个人在较远处凭眼睛来估计,因而误差较大。若用下面所述的垂线、圆弧相交法则方便得多,且准确性较高(如图2所示)。具体操作方法如下:
(1)找一块比较大而平整的硬纸板,将它的一边(图中的EF)裁成直边,其他边无特殊要求。在纸板上平行于直边EF相距1cm画一直线AB,以AB为直径(既AB的中心为圆心)画一半圆。在A点钻一小孔,固定一根细线,线的另一端挂一小重物。
(2)然后使纸板平面垂直于水平面,使A点位于上方,将EF边紧贴圆盘平面,细线在重物作用下下垂并与纸板上的圆弧相交,设交点为C。
(3)量出AC的长度a,此时仰角为:α=cos-1(a/c).
(4)继续转动天线仰角,直到算出的α值等于所需要的仰角值为止。
此方法的原理是:垂线与圆弧的交点C与直径AB的下端点B的连线BC与AC垂线构成圆弧的半周角,故它们的夹角为90°,即互相垂直,因而BC连线实际上就起到了水平线作用。同“垂线、水平线相交法”中所述的一样,在本方法中同样可以根据所需要的仰角值,事先算出垂线段AC的长度并事先在垂线量出其长度打上记号(亦可在对应的圆弧相交点上打上记号),然后按照步骤(2)操作,是垂线与圆弧的交点位于事先打好标记的C点,仰角就粗调好了。此时也只要调一次就行了。

3、直尺、双线法
这是在上述“垂线、圆弧相交法”基础上演绎出来的一种更为简洁实用的方法。此方法是用一根直尺代替纸板上的直线AB,在直尺的一端和中间各固定一根细线,用固定在中间的那根细线代替纸板上的圆弧。具体做法为:
(1)找一根直尺,在一端钻一空挂一根细线,细线下系一小重物。在直尺的中间部位钻另一孔也挂一细线,并将该细线拉直贴近尺端挂有细线的小孔,在该处打一小结。于是将该细线,从直尺的一端转向另一端时,该线上的小结即划出一个无形的半圆弧。
(2)将直尺贴紧圆盘平面,使挂有细线的一端垂直向上。挂在端点的细线在重物的作用下自然下垂,然后用手拉紧挂在尺中间的那根细线,使它上面的小结与垂线相交,在垂线上记下该交点的位置,设为C。(3)量出AC的长度和两根细线间的距离OA的长度,即可求出此时的仰角α=cos-1(AC/2·OA)。同样,也可以根据所需的仰角值事先求出AC的长度后,在垂直细线上量出其长度并打上记号小结。在上述第(2)步中,转动天线仰角使垂线和中间细线上的两个小结相交即可,调测一次即可完成。此外,此法中的直尺还可以用直细棍、直铁丝等代替。

4、量角器、垂线法
用一个尺寸较大一点的量角器,稍作加工,即可制成一个方便实用的简易仰角测试器,不需作任何计算,仰角可直接随时读出(如图4所示),在量角器的圆心处小心地钻一小孔,将一根细线固定在此,在细线的另一端系一小重物,仰角测试器就做好了。使用时如前述几种方法一样,将其直边垂直地靠在圆盘平面上,并使量角器刻有0°的一端朝下。此时一边转动天线的仰角一边可以读出仰角值来。
在用上述几种方法中任何一种方法测出并调好所需的仰角后,调方位角就简单了。方位角不用再进行测试和计算,而可以通过水平转动天线,直接从电视银幕上观察收到所需要的电视信号为止。至此,天线的仰角、方位角均已粗调完毕,天线已基本对准所要接收的卫星,然后再进行细调。
仰角的细调可在收到电视信号后,将天线仰角分别向上、向下两边慢慢调整,找到信号更好的位置,并记住该位置。然后从该位置再分别向两边调整仰角,有意地使信号质量变差且两边变差的程度一致,记下这两点的位置,然后将仰角调回到这两点的中间位置并固定下来。方位角的细调同仰角的调整一样,不再重述。至此,天线方向的调整便已完成。


 
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