卫星天线的调整与接收

卫星天线的调整与接收（共6篇）

卫星天线的调整与接收 篇1

1 前言

近年来，我国的广播电视发展迅猛异常。就广播接收而言，从短波的传频接收，到微波接力，再到卫星接收；卫星接收从C波段到Ku波段，从传输模拟信号到传输数字信号，从单极化方式到双极化方式接收等。广播技术的迅猛发展，也给我们的维护工作带来了巨大挑战，例如，卫星接收双极化技术的采用，它是用同一信道传输两套节目，大大节约了频谱资源，但同时对极化调整的准确度要求更高，极化调整得不好，就会使接收信号的接收场强减弱、接收信噪比降低，因此，广播电视系统的极化调整，对广播发射台的安全播出和优质播出显得非常重要，必须引起我们的高度重视。

2 有关极化的基本概念

2.1 极化

电磁波的极化是指电磁波瞬时电场矢量在与电波传播方向垂直的平面内的变化轨迹。电场矢量的方向就是电磁波的极化方向。极化方式的判别也是由其运动轨迹的形状来判别的，主要是看电场矢量投影在与传播方向垂直平面上的运动轨迹，运动轨迹是圆就称为圆极化，投影轨迹是直线就称之为线极化。由此，说明极化的概念实质就是电磁波的电场矢量在与传播方向垂直平面内轨迹变化的方式。就目前来讲，我国国内和区域性专用卫星大都采用线极化方式，线极化又分为水平极化（E‖表示）和垂直极化（E⊥表示）。

卫星辐射极化波的极化与地面接收天线的极化定义，其基准是不同的。卫星辐射极化的定义是以卫星轴系为基准，卫星运动的轨迹近似为圆。如果电场矢量与卫星所在点的圆切线方向一致则称为水平极化，如果电场矢量方向与卫星运动轨迹平面垂直（与赤道平面垂直）称作垂直极化；地面接收天线的极化是指在主波束轴线上所辐射电磁波的极化，即电场矢量方向。

对于天线系统，其辐射和接收为相同极化时，即被认为极化匹配。为此，某种特定的天线只能接收相同极化状态的入射波。工程中，对极化的调整，通常都是以天线馈源的矩形波导短边为参考，短边与地面平行，则电场矢量与地面平行，称水平极化；反之，矩形波导短边与地面垂直，即电场矢量与地面垂直，即为垂直极化（见图1）。

2.2 极化角

我们都知道卫星的定位是在赤道上方35768km的天空，一般情况，卫星处在我国地面接收区域的南向正上方。显然，与卫星同经度的接收站天线能很好地与卫星辐射电磁波匹配，形成很好的接收效果。而与卫星经度不同的接收站，接收卫星信号时，接收站天线必须调整好一个角度才能与卫星辐射电波相匹配，对于简单圆波的覆盖，地面接收天线的极化角P可用下式表示：

其中：φs为卫星经度，

φg为接收站经度，

θ为接收站纬度。

从公式可以看出，极化角是卫星与接收站经度差及接收站纬度的函数。经度基本相同时，接收站的纬度越高，P（极化角）的值越小；相同纬度的地球站，经度差的绝对值越大，极化角越大，这在直观上较容易理解。

另外，还有一种情况，即卫星不是处在地面接收区域的正上方时，如果，卫星波束中心经度（即卫星转发器向地球发射信号覆盖面的中心点的经度，也是最大接受场强点的经度）与卫星经度不同，甚至相差较大时，则会出现如下的情况。实际上，位于卫星波束中心的接收站的天线极化，能与卫星辐射电磁波较理想匹配，这是因为随着波束中心偏离与卫星同经度地区，卫星波束的极化也做了相应的改变，也就是说，卫星辐射波的极化，还不是较为理想的极化（水平或垂直极化），而是变化了角度。因此，这就为我们提出了一个如何求证波束中心以外卫星接收天线的极化角度的问题。一般的计算方法是，将卫星的经度φs换成波束中心的经度φc来计算P值，即极化角度。

其中：φc为波束中心的经度；

φg、φθ分别为接收站的经纬度。

一般情况下，卫星波束中心的数值，是由卫星公司根据卫星自身经度及地面辐射电磁波的角度，经计算得出波束中心的经度，并提供给各个卫星地面接收站，使之各个卫星地面接受站能较好地调整接受设备，以实现良好地接收卫星信号。

2.3 极化隔离度

极化隔离度的概念是随着极化及频率复用技术的出现而诞生的, 它是为节约频率资源, 采取两个声道共用一个频率，互不干扰地传送两组独立的信息。极化隔离度反应的是卫星传输质量的一个重要指标。对卫星广播电视系统而言，正交极化隔离度取决于二段：即从卫星地球站发射到卫星接收和从卫星发射到地面接收站接收。在这里我们只讨论下行空间与接收。

对于接收系统，产生极化干扰的主要原因有如下几点:

(1）卫星发射本身极化不纯；

(2）空间去极化效应；

(3）接收站天线极化隔离度不佳；

(4）接收天线极化匹配不好。

此外，影响地球站接收天线极化不好的原因，还有空间的去极化效应，主要包括有：电离层中的法拉弟旋转效应、大气中的云层、雨滴等，这样的影响往往时间很短，强度也较小。接收天线的极化隔离度取决于反射面和馈源的极化特性以及安装水平。接收天线的匹配不良，可通过精心调整，达到最佳。下面就重点谈谈极化的调整。

3 极化的调整方法

对于单极化，如果极化调整不匹配，就会产生极化损耗，使接收信号（接收场强）降低；对于接收双极化系统，极化调整不匹配，不仅会产生极化损耗，降低接收信号场强，还会产生同频正交信号的干扰，增加噪声电平，使接收信号载噪比大大降低，严重时无法实施接收。极化角度的调整，首先是在调整前根据已知接收站的经纬度，应用公式P=arctg[sin（φs-φg）/tgθ]计算出极化角度，极化角度值有三种情况，即：P>0, P=0, P<0。我们以水平极化为例进行说明，图2为极化角度值的三种情况。

图2都是逆着电磁波方向调整的视图，即人面迎着电磁波的入射方向。

当P=0时，接收站与卫星是同经度，其极化为理想的水平或是垂直，但实际上，多数情况下，接收站和卫星不在同一经度上，所调整的极化角也就各不相同；当P>0时，此时接收天线的方位角是南偏东，前馈天线极化馈源向顺时针方向旋转，后馈天线向逆时针方向旋转；当P<0时，此时接收天线的方位角是南偏西，前馈天线馈源向逆时针方向旋转，后馈天线馈源向顺时针方向旋转。

在实际的极化角调整中，可分两步进行，即：粗调和细调。粗调，就是先按计算所得的俯昂角、方位角调整天线的指向，再根据计算的极化角调整馈源的旋转角度，通过较慢的转动天线的方位和俯昂角度找到天线最佳接收点，即接收场强最大点，锁定天线指向；细调，就是利用仪器进行对信号接收的精确调整。下面介绍利用三种不同仪器调整极化的方法：

(1）频谱仪调整法

频谱仪调整法主要是利用恒星信标，即下行频率信号，一般情况下用峰值法进行调整，也可用谷值法调整，这里我们主要介绍峰值法调整。调整前，应知道要调整节目的下行频率，如：对于中星6B的4175.0MHz的垂直极化信号，首先将LNB连接到馈源的垂直极化口，慢慢地旋转馈源找到垂直接收下行频率的最大峰值点，然后锁定馈源，即极化调整完成。频谱仪调整法的连接示意图如图3所示。

(2) AGC电压调整法

AGC（自动增益控制）电压调整法是利用卫星接收机输出的AGC电压来调整接收天线的极化匹配，这种方法简单易操作，也可达到较好的调整效果，其连接示意图如图4所示。

调整方法是：首先按照接收信号的要求，将LNB接在适应的极化端口（水平极化或是垂直极化）上，再将接收机设置在相应频道和参数，使之能接收到卫星信号，并记下显示的AGC电压值D；然后，将接收机调到无节目的频道，如AGC电压低于D，则说明AGC电压是随着接收信号的大小而变化的；再将接收机调回到预接收节目的频道，调整馈源，找到AGC电压的最大值，找到最大值的方法是，分别向右左两侧旋转，分别找到右左两侧AGC电压的最小值，并做下标记，再将馈源调整到右左两侧最小值的中间位置，即为AGC电压最大值，锁定馈源，极化调整结束。

(3）信号强度调整法

当我们接收数字卫星节目时，因大多数的数字卫星接收机没有AGC电压输出端口，因此最常用，也是最有效的方法，就是采用信号强度调整法，即将一台接收机放到天线附近，直接连接在LNB上，如图5所示。

其调整方法是：

①根据预接收信号的极化方式，将LNB连接到馈源上相应的极化接口，即水平极化或垂直极化。

②按接收节目的参数设置接收机，使其处于显示信号强度的状态。

③缓慢旋转馈源方法同用AGC调整法寻找最大值的方法相同，找到信号强度最大点，然后锁定馈源，完成极化调整。

极化是否调整好，主要看同一载波显示的其它节目的信号强度是否一致或是相近，若是出现强度相差明显，则说明调整不良。

4 结束语

广播电视的收转与播出，其极化的调整是保证广播电视播出质量的一个重要环节，熟悉极化的概念和性质，全面掌握实际工作中对极化的准确调整方法，对我们从事安全播出一线人员是大有益处的，也是必须的。在此，也希望我们同行能积极地总结广播电视维护工作的经验，交流沟通，促进广播电视在新时期更好地发展。

摘要：文章对于广播电视卫星接收的极化基本概念进行了介绍, 并强调了极化准确调整的重要性, 同时, 作者根据自己的维护经验, 交流了极化调整的不同方法。

关键词：卫星接收,极化概念,调整方法

卫星天线的调整与接收 篇2

1.1 选址:

选址是架设的首要环节, 应注意以下几点:a.天线指向卫星方向上不能有任何障碍物。b.卫星天线必需要有牢固的地基, 架设位置应避开风口, 防止风载过大导致变形, 从而影响信号的接收效果。c.天线所对应的方向应避开干扰源。在干扰严重的城市楼群中架设时, 一般应使用频谱分析仪或场强仪对卫星天线架设位置进行实地测量, 利用地形或建筑物巧妙地避开干扰。d.卫星天线的架设要考虑室外安装位置与室内接收机的距离尽可能短, 以减少传输损耗。e.在多雷雨地区, 架设位置应避开雷击多发地点, 同时为了防止卫星天线遭受雷击, 可根据需要选择是否安装避雷针。

1.2 制作基座:

基座制作, 可根据装配图纸提供的混凝土基础图尺寸施工, 其图纸数据为基本要求, 必须保证天线在刮大风时不被破坏。通常情况下, 天线安装是固定于专门的基础上。

1.3 组装与架设:

先根据装箱清单查点零件, 然后参照附带的安装说明书和简图分别进行组装。天线馈源安装是否合理, 对天线的增益影响很大。对于前馈天线, 应使馈源的相位中心与抛物面焦点重合;对于后馈天线, 应将馈源固定于抛物面顶部锥体的安装孔上, 并调整副反射面的距离, 使抛物面能聚焦馈源相位中心上。天线的极化器安装在馈源之后。对于线极化 (水平极化和垂直极化) , 应使馈源输出口的矩形波导窄边与极化方向平行;对于圆极化波 (如右旋或左旋圆极化波) , 应使矩形导波口的两窄边垂直线与移相器内的螺钉或介质片所在平面相交成45°角的位置。

2 天线的调试

2.1 准备器材。

包括监视节目用的小屏幕电视机或监视器、指南针、安装工具、卫星接收机、接收天线、高频头、馈源、同轴电缆、电源和天线固定器材。将所有器材搬运到天线旁边, 安装好天线、高频头, 连接好数字卫星接收机和监视器, 以便于调整时观测。

2.2 了解卫星及节目的数据。

如卫星轨道位置 (经度) 、本地位置 (经、纬度) , 所接收的卫星、节目内容、波段、下行频率、符号率、极化方式、是否加密等, 并事先将所需数据输入数字卫星接收机。

2.3 天线的方位角、仰角的粗调。

如果卫星轨道经度等于接收站经度, 天线就指向正南方;如果卫星轨道经度小于接收站经度, 天线就指向西南方;如果卫星轨道经度大于接收站经度, 天线就指向东南方。按照我国处于北半球的地理位置, 调整天线应以正东和正西方向为极限, 天线是没有可能指向北边的。实际操作时, 为避免繁琐的计算, 可利用下图所示的曲线图来查找当地的仰角及方位角。

2.4 调整接收机的参数。

一般情况下, 数字接收机都预置了卫星节目参数, 但也有一些新的卫星节目参数需要手工输入。使用时, 将数据输入接收机中, 使接收机处于接收状态。

2.5 选择天线的极化方式。

架设好天线之后, 先是极化的选择与调整。极化的选择依卫星转发电波的极化特性而定。在接收圆极化波时, 并不要求矩形波导宽边平行于地面, 只要矩形波导与极化器配合就行了。接收线极化波时, 不需要极化器, 可将它取下, 但也可以不取走, 而将介质片置于矩形波导宽边平行的位置, 这时介质片与电波极化方向垂直, 引入的损耗比介质片平行于电波极化方向时小。特别要注意, 在接收线极化波时, 矩形波导宽边一般不是平行或垂直于平面, 而是与水平面有一夹角。这是由于卫星上发射的线极化波受到卫星姿态及接收站地理位置影响, 存在极化偏转角的缘故。

2.6 调整天线的具体方向 (细调) 。

细调可利用信号强度调整法是利用卫星接收机自带的信号检测功能来完成。当进入安装调试功能界面时, 会显示两条指示条。一条为信号强度指示条, 其值用%来表示, 用来表示接收机与馈源链路的好坏情况, 与是否接收到信号无关, 用以检测接收机与馈源的连接是否正常和馈源是否有故障;另一条为信号质量指示条 (即C/N指示条) , 其值也是用%来表示, 用来表示接收到的信号的好坏, 作天线调试的主要参考依据。其调试步骤如下:

首先正确连接馈源-接收机, 使接收机进入天线安装调试状态, 此时监视器上有一定的信号强度指示, 这一值反映了馈源-接收机的损耗。对星时, 将天线仰角从最小位置慢慢向90°方向调整, 慢慢抬高天线, 调整过程中要注意观察信号电平强度指示, 如监视器出现了电信号电平指示有增大的迹象, 就应把天线调到最佳点, 再调方位角。有些数字机的信号电平指示在天线没有对准卫星时也有显示, 那是高频头的噪声, 观察时应观察信号增大的趋势。如果没有出现图像或信号增大的趋势, 就将天线向东或向西调整到一适中角度再搜索。对C波段来说, 这个角度可稍大, 对KU波段来说应稍小, 但也不必过小。如一个方向收不到, 可向另一个方向继续搜索。至于极化角, 搜索时可先置于任意位置, 如搜索不到, 将其旋转90°后再搜索。这种方法无论对C波段或KU波段, 数字信号或模拟信号都适用, 用偏馈天线搜索KU波段的数字信号时, 如果接收机没有信号强度指示, 这时方位角移动要小, 通过观察接收机面板上的信号指示灯来判断收到信号与否。

然后按接收节目的参数设置接收机, 然后缓慢旋转馈源, 旋转的方向和角度以计算值P为基准, 使信号质量的指示条达到最大值和颜色为绿色后锁定馈源, 此时极化匹配调整即告完成。

如接收机没有信号检测功能则可根据电视画面上噪点 (雪花) 的多少来判别。噪点愈少时表明天线对星愈准。当噪点完全消失时, 为了进一步调准天线指向, 可用一块湿布包住天线的馈源, 由于信号衰减, 这时电视画面上又出现噪点。再调整天线的仰角和方位角, 使噪点减至最少。调整完毕后去掉湿布, 并锁定方位角和仰角。

3 应注意的问题

3.1 寻星时尽量避免在阴雨天或下雪天调试, 恶劣的天气对信号的损耗很大, 此外还应了解调试时有无太阳黑子的干扰, 云层是否太厚。即使在晴朗天气调试, 如果发射信号源所在地的天气恶劣, 信号强度也会受到影响, 有时也会遇到调试的转发器停播、周二上星节目机器检修、或者卫星节目参数已经更改等情况。

3.2 在调试中应先选择该卫星中最强信号的一组转发器, 收到信号后再转向弱信号进行细调至最佳点, 使弱信号也能满意收看。

3.3 做好记录, 以便再次调整时参考、借鉴

总之, 卫星地面接收天线对星的精确程度是决定接收信号质量优劣的第一关, 所以有进行方位角、仰角和馈源的极化角调整时一定要有耐心, 只要事先作好准备工作, 调整中耐心细致, 就会很快地将卫星天线调整好, 收到声、像俱佳的卫视节目。

参考文献

[1]沈永明.卫星电视接收完全DIY[M].北京:人民邮电出版社, 2007, 3.1.

卫星接收系统的组建与实用 篇3

由于我台过去转播、直播任务较少, 中央电视台的新闻联播节目也是由省微波总站通过电缆送至机房。而随着台内外各类节目的转播、直播甚至异地、多地联合转播直播任务的不断增多, 以及确保转播直播信号的实时传送, 形成一定规模的接收传送系统势在必行。

为此, 我们修复了原有的四米五天线, 由其固定接收亚太1A卫星转发的中央电视台一、二套节目, 同时投入并安装了直径为七米的KWT型自动控制卫星接收天线, 用以接收各类临时转播信号, 并且兼做备份。

KWT自动控制电动天线是抛物面后馈天线, 由主面板及付面、馈源、极化变换器、支架、饲服系统组成, 可用于接受Ku、C波段卫星电视节目。天线极化可左旋、右旋、圆极化和垂直、水平线极化, 并可方便地任意转换。天线的自动控制由室内和室外两部分组成。室内部分为KWT-5000型天线自动定位仪。室外部分包括外控箱、方位和俯仰电机驱动单元、方位和俯仰传感器单元等。其中外控箱一般安装于天线附近, 并且可以通过箱中的十字开关控制天线运动。外控制箱中有一个独立的15V直流电源, 15V电压经四个方向的限位开关后为继电器JQX-10F的驱动电源, 再由JQX-10F去控制四个交流接触器CJO-10A来实现方位和仰俯交流三相异步电机的驱动。另外, 外控箱的插座又引出两根7芯电缆线分送到方位和仰俯位置单元, 它们分别把来自内控箱的基准电压 (5V和1V) 送到方位和仰俯位置传感器, 同时把15V电压送到限位开关的两个常闭接点。一旦与天线连动的转柄撞上限位开关触头, 则会切断JQX-10F继电器的电源, 使天线在这个方向上无法运动, 而起到保护作用。外控箱的控制优于内控箱, 如:外控箱中正在操纵天线在俯仰方向运动, 内控箱对俯仰的控制无效。

内外控箱之间由一根15芯电缆相连, 内控箱通过外控箱来完成对天线的姿态控制。15根线包括:上下东西的天线驱动信号, 4个方向的天线状态反馈信号, 两根送到传感器的基准电压信号 (5V和1V) , 两根传感器输出的位置电压信号, 15V和外控箱的地线, 还有一根用于开关固态继电器的信号。

内控箱是一台智能化的天线控制器, 以MCS-51系列单片机的80C552芯片为核心。8位数据总线, 64K字节的寻址范围, 其中32K程序存储器, 500字节为系统参数和卫星位置存储器, 现在可存储15颗卫星位置。有8K的通用数据存储器, 用于系统运行时的临时参数和变量存储。

来自俯仰和方位传感器的位置电压信号和用于跟踪的来自卫星接收机的信号电平信号, 经多路模拟开关, 送到高精度的4位半双斜率A/D转换器, 它们变换成数字信号后, 经专用接口芯片8155送到单片机。从单片机P1口发出的控制天线运动的信号经光电耦合器隔离和三极管驱动后送到外控箱, 而天线当前运行状态的反馈信号同样经光耦隔离后送到寄存器供单片机查询。

键盘控制器PCF8574和液晶驱动器PCF8576担当了单片机和用户机之间的交流通道。天线控制器有九个功能键和一个160段的液晶显示器, 液晶显示器可以显示18个7段数据和34个功能或工作方式标识符, 用以表示工作方式, 显示内容, 天线运行方向等。另外内控箱内还配置了一台定时钟, 它可以显示时分秒, 在定时跟踪时提供定时中断, 关机后由3.6V的后备电池维持运行。

内控箱运行的程序是由高级C语言编程, 有三种工作方式, 它们分别是手动、自动、预置方式。打开电源后, 机器直接进入手动方式, 用MODE键可以在三种方式间切换。

手动、自动和预置方式都是用于运行天线, 区别在于控制的方法和用途不同。在手动方式中, 直接用手按键运行天线, 手抬开就停止, 一般用于微调天线, 在自动方式之中, 用户输入卫星的经度, 或者按星号找出以存储的星经后, 按一下R/P键, 控制器就会自动的两维快速找星, 找到星后, 根据卫星信号强度大小, 自动微调天线使接收效果最好。预置方式也是用于自动定位, 但是根据用户输入的方位、仰角值, 而不是星经, 在用户进行天线维护时, 或者在遇到强风, 要把天线指向天顶时, 使用这个方式很便利。

为了更好地接收一些漂移较大的卫星, 该机设有跟踪功能, 采用步进跟踪原理, 分为手动、定时和根据AGC电平自动启动跟踪。另外, 本系统具有一定的自我保护和检查故障的能力, 能够自动地判断三相电的相序。如果发生故障, 右显示屏将以Er加一个错误代码的形式给出信息, 严重故障, 蜂鸣器会报警, 以利于用户较快地排除故障。

卫星天线的调整与接收 篇4

卫星接收天线的选址应依据设计的要求, 在设计的预定位置利用微波场强仪和电视接收机进行实地检测, 以确定卫星接收天线的选址是否最佳, 若不理想则需更换选址位置, 卫星接收天线选址的具体要求如下所示:

卫星接收天线无论尺寸大小如何, 尽量架设在空旷的最高处。卫星接收天线的主波束方向上要有足够的视界, 同时天线正前方要有足够宽的视角, 通常以卫星天线的基点作为参考点, 与障碍物最高点间的夹角α<3°。在天线位置选择过程中, 还要考虑在天线的主瓣方向上是否存在遮挡。对于卫星接收天线来说, 要求在距天线波束中心 (即天线方向图主瓣的中心线) 5°的范围内, 不能有任何建筑物、电线、树木、山峰物存在, 这个范围是一个圆锥面, 如图1:

我们知道卫星接收天线的半功率角在2°以内, 故在以波束中心为母线, 半顶角为5°的圆锥面之内不存在任何遮挡物就不会对天线方向图的主瓣产生影响, 而遮挡天线的副瓣对接收卫星信号没有影响, 却有利于抑制干扰。对大口径卫星接收天线的架设, 要保证架设点地基的牢固性, 可承受天线自身的重量, 避免因大风等复杂环境而引起天线的坍塌。卫星接收天线应架设在远离风口的位置, 过大的风力载荷会导致天线产生变形, 从而影响信号的接收效果。

卫星接收天线所对应的方向应避免干扰, 对于同频干扰或镜频干扰, 当S卫星—S干扰≥20dB时, 有害干扰不甚明显。当S卫星—S干扰≥30dB时, 干扰信号在电视图像上几乎难以觉察。对于非同频干扰, 由于卫星接收机的选频作用.允许干扰电平大于信号电平, 但干扰电平不能大到使高频头进入饱和状态, 否则要在高频头与馈源之间加入带通滤波器, 滤除干扰信号。若无遮挡, 卫星天线的架设高度不应过高。

二、卫星接收天线的防雷击方法

避雷针的作用主要是吸收云层中大量的电荷, 通过避雷针的接地将电荷传输至大地, 卫星接收天线主要有以下几种避雷方法: (1) 若卫星接收天线安装在有防雷系统的建筑物附近, 由于天线与机房建筑物间的距离通常在30m内, 天线基座的地脚螺钉、混凝土中的钢筋与大地间形成地线, 若测量到接地电阻R<4Ω, 则卫星天线无需安装避雷针就能保证安全。 (2) 若卫星天线安装在空旷的地区, 可将避雷针分别安装在主反射面的上沿和副反射面的顶端, 或可以单独架设避雷针, 避雷针保护区的范围应覆盖整个主发射面。 (3) 若卫星天线安装在屋顶之上, 卫星天线与建筑物应共同使用同一防雷系统, 所有引下线、天线基座务必要与建筑物上的避雷针网连接可靠, 至少应有两条不同的泄流引下路径。对于雷电频发区, 宜在抛物面和副反射面上架设避雷针。如果不能与建筑物共同使用同一防雷系统时, 应按图2重新制作天线防雷系统:

三、结论

卫星接收天线安装位置的好坏直接关系着人们的生产、生活, 安装良好则可避免其它干扰信号的影响, 就能保证卫星接收系统正常、稳定地工作;相反, 若安装位置不当, 安装在雷雨的频发区, 又无采取避雷严防护措施, 严重时会造成重大事故的发生, 因此, 卫星天线的选址和防雷显得尤为重要, 本文通过对卫星天线选址的要求进行了简要的介绍, 同时提出了一些避雷措施, 希望对以后相关卫星天线的安装提供一定的经验。

参考文献

[1]王国忠.刍议卫星接收天线的相关要点.科技致富向导.2011

[2]孙绍晟.浅谈卫星接收天线的安装与调试方法.黑龙江科技信息.2012

[3]岳新华, 张爱德.卫星接收天线防雷击方法.家电检修技术.2011

北斗卫星授时接收机的设计与实现 篇5

时间和频率与人类的生活越来越息息相关,对国民经济建设和发展起着重要作用。随着北斗一号卫星导航系统日趋成熟,基于该系统的授时应用也越来越得到人们的关注。基于卫星信号传递时间的方法一般有2种:① 卫星共视法,地面上距离很远的2台或几台时钟进行比较而实现同步;② 载波相位法,通过计算2台接收机与卫星之间的几何距离得到时间信息。针对简单便捷应用的授时,前2种方法虽然精度更高,但设计复杂需要多台接收机同时工作以互相比对提取时间信息,而且地域性受到制约不利于授时接收机的普遍应用。因而提出了应用单颗卫星采用位置保持模式授时的方法,并在实践中得到验证。

1 授时接收机设计方案

1.1 授时接收机的组成

授时型接收机是在卫星接收机的基础上添加了授时模块。授时模块主要由本地钟、时刻比对、钟差计算、秒脉冲(1pps)合成和秒脉冲(1pps)合成控制等部分组成,如图1所示。

从硬件实现上包括可编程逻辑器件(FPGA)和处理器(DSP)两部分,通过相互配合来完成授时时标的输出,其中钟差计算和1pps合成控制在DSP中实现,其他部分在FPGA内部实现。

1.2 授时模块的功能分析

本地时钟是一个由温度补偿晶体振荡器(TCXO)驱动的数字时钟,它为整个模块提供一个本地时刻基准,其实质为一个自由运行的计数器。

时刻比对单元实现接收机的脉冲信号与本地时钟的比对。具体工作过程是脉冲信号首先经过2级同步化处理,当脉冲信号有效时,锁存当前的本地时钟时刻,然后通知后端DSP读取,送入钟差计算单元。

钟差计算单元利用时标信号的比对结果和接收机的卫星星历、本地坐标等数据,得出本地时钟与北斗系统时钟的钟差。该钟差送入1pps合成控制单元作为本地钟调整和1pps合成的依据。

1pps合成包括硬件和软件两部分。硬件部分FPGA内部实现,其实质为一累加器,通过控制累加器的溢出时刻来控制1pps脉冲的产生时刻,具体有软件根据本地钟差、合成策略和模式来实现。

该授时接收机天线位置坐标是已知的,只需要一颗卫星即可实现授时,跟踪冗余卫星以发现异常。这种方式在授时接收机中称为位置保持模式。

2 关键技术分析

2.1 本地时钟选择

频率准确度是一个静态指标,容易处理,而频率稳定度相对复杂,授时应用对其要求也更高。设计中选择了20 M的TCXO,准确度优于1 ppm,10 s稳定度指标可达10-12～10-13,而长期稳定度指标在10-6～10-7左右,为授时模块的数字电路部分提供时钟驱动。

利用卫星信号恢复的时标,受到接收机噪声和多普勒影响的因素,在时标上叠加有强烈的抖动,其次由于系统残差,也存在短时的抖动和长期的漂移。其中长期漂移可以通过卫星运控系统修正,通过修正后的长期稳定度是非常高的,可达10-13～10-14。

因此对于授时应用来讲,应充分利用卫星时间信息和本地TCXO,发挥TCXO的短稳特性好及卫星信号长稳特性好的优势,来恢复出稳定、可靠的授时时标信号。

2.2 本地钟差的处理

本地时钟是指相对于北斗系统时钟的钟差,这部分可以根据北斗卫星播发信号的整秒间隔作为参照进行消除,通常本地钟差在较短的一段时间内,如600 s,可以认为具有二次曲线特性。由于噪声的存在,实际的钟差测量信号应为在该二次曲线上叠加了扰动,这里采用了基于LSM的数据处理(最小二乘法)。采用最小二乘法计算,有5方面优点:① 运算简单,便于嵌入式实现;② 具有较高的运算精度和较长的时间常数;③ 一致性好,通用性强,可采用不同参数配置;④ 算法稳定,易于收敛;⑤ 可实现滤波、查值和预估。

2.3 卫星位置偏差处理

由于卫星位置不是实时广播,而且实际的卫星位置与导航测控预估的位置,也即是广播中携带的位置是有一定偏差的,所以要对这些偏差做一定的处理。这里仿真采用了最小二乘的处理方法。图2是仿真预估的卫星位置的x轴坐标,图3是预估卫星位置与实际卫星位置x轴坐标之间的偏差。图2和图3中横轴样点的间隔均为min,其他两轴坐标处理方法与x轴相同。

2.4 授时时标合成策略

授时时标信号一般设为正脉冲信号,其上升沿时刻为该卫星信号的参考时标时刻。不要求时标脉冲与接收机工作时钟同步,但其上升沿宽度应大于工作时钟频率所对应的周期,以保证时标被可靠地采样。通常时标信号由前端接收机的NCO产生,不必因为接收机失锁或工作异常而切断该信号,应保持持续输出,但当卫星星历信息异常时应指示时标不可用。这样设计的原因在于当接收机由于干扰短暂失锁或异常时,后端软件处理时序可保持与前端接收机一致,异常解除后可充分利用之前的已有数据,快速进入稳定工作状态。1 pps时标信号是通过对本地钟调节后的最后输出,用户可以对该时标信号设置,以实现一些特殊功能:① 设置北斗时或北京时;② 设置1 pps自监测阈值,当由于干扰等原因时,关闭1 pps输出或指示不可用,一般为300 ns;③ 设置跟踪方式,可为单颗卫星跟踪或多颗卫星跟踪;④ 1 pps脉宽度设置;⑤ 1 pps相位调节。

2.5 试验结果分析

将接收机输出调整后的1 pps与MOTOROLA的GPS授时模块M12t输出的1 pps分别接入安捷伦时间间隔计数器53132A的通道1和通道2,记录2个输出脉冲之间的时间间隔。为了更方便测量,将接收机的输出秒脉冲提前了1.25 μs。然后将测试结果在计算机上进行记录,图4即是72小时的测试数据。

对图4中的数据进行分析可得,标准差为34.7 ns(1σ),符合北斗卫星授时系统的要求。

3 结束语

该设计已经在ALTERA EP3C80加DSP6713平台上成功实现。结果表明直接从卫星信号提取时间的方法是切实可行的、实现简单,且能够很好地确定电波传播折射误差,校正本地采样时钟的钟差,得到精度高的授时时标。北斗卫星授时技术正在成熟,逐步深入日常生产和生活的各个方面。授时产品稳定可靠、成本低、精度高,今后将逐步在电力、电信和交通等系统中广泛应用。

摘要：针对北斗卫星导航系统的时钟高稳特性,研究了高精度、低成本授时接收机的设计和实现方法。介绍了授时接收机从北斗卫星提取授时时标的设计方案,对方案中各部分做了功能分析。对产生授时时标中的关键环节、本地时钟的选择、本地时钟钟差的处理、卫星位置偏差的处理和授时时标合成策略进行了阐述。给出了授时系统的测试方法,分析了性能指标,测试结果表明能够达到优于100ns(1σ)的授时精度。

关键词：授时时标,本地钟差,卫星星历

参考文献

[1]冯锡生.GPS卫星同步标准授时系统[M].北京:电子工业出版社,1996.

[2]马煦,瞿稳科,韩玉宏,等.卫星导航系统授时精度分析与评估[J].电讯技术,2007,47(2):112-115.

[3]易鸿锋,谷春燕,易克初.一种高精度的符号定时同步方法[J].陕西:西安电子科技大学学报,2005,32(6):915-919.

卫星天线的调整与接收 篇6

随着通信广播业务的发展，短波频段的通信和广播的作用日益重要，宽频段的短波接收天线的开发和应用具有重要的现实意义。

为了进一步补充、完善和提升广播电视监测网，提高广播电视服务质量，开发机动灵活、全方位、宽频段的监测天线的需求迫在眉睫。

研究的重点在于天线的“宽频段”和“转动”特性。

宽频段的短波接收天线种类很多，有幕型天线、鱼骨天线、菱形天线、八木天线、对数周期天线等。其中频带特性占优势的为对数周期天线，对数周期天线是基于“与频率无关的天线”的想法从理论进入到实际应用的。

现实中有很多对数周期天线应用的实例，基本上分为两种类型：

一是固定天线。天线的所有支持物都在固定的位置，天线的主向为固定方向，由于该天线高增益的特点决定了天线方向图主瓣宽度不够宽，所以要进行360度全向收测时，至少需要几副甚至十几副天线才能满足该要求，而且此固定天线占地面积非常大，通常要几十亩、上百亩，在不计较占地和工程造价的情况下，才有应用的可能。

二是可转动的对数周期天线。此类天线结构相对于固定天线来说要小巧，多为拉线塔形式，占地面积小，可以实现单副天线完成全向360度的收测要求，唯一的缺点是频带宽度不够，频带一般只能满足6MHz～26.1MHz。

在这种情况下，可转动的、宽频段的对数周期天线的研究和应用具有重要的实用价值。

2 天线电气结构的设计

1. 天线需要满足的技术要求

天线采用对数周期形式, 天线所要达到的技术要求如下:

短波频段 (3.2MHz～26.1MHz) ;

天线驻波比在3.2MHz～4.5MHz内小于3.5，在4.5MHz～26.1MHz内小于2.5;

天线主向增益不小于8d B;

主向连续可调，能够通过软件进行远程控制，并且有效地防雷。

2. 天线的结构参数

根据上述要求, 我们选取了对数周期天线的结构参数:

设计因子τ:

间隔因子δ：

δ=dn/2In=1/4 (1-τ)ctgα;

振子间距dn:

dn=Rn-Rn-1=Rn (1-τ)=2δIn

振子臂长hn:

天线的轴向长度L;

偶极子数N;

天线轴线与偶极子末端连线的夹角α。

天线的馈电方式有两种：明线馈电，同轴电缆馈电。

定义振子尺寸的三个参数α、τ和δ之间的关系是：

如图1所示。通过确定的频段和增益要求，我们选定了τ=0.822，δ=0.115计算出了天线结构尺寸，如果严格按照传统天线的设计思路，采用半波对称振子型式，最低频率3.2MHz对应的波长为93.75m，半波长即为46.875m，天线长度大约为58m，即幅宽大致为60m长，50m宽。

3. 天线的感性加载方案

天线面的上述结构尺寸，对于转动结构的要求非常高，就目前的工艺手段来说，建造起来并非易事，需要相当大的资金和设备的投入，并且天线倾覆的危险程度很高。

因此我们考虑一种在低频段天线振子上感性加载的手段来减小天线的结构尺寸，并且保持天线的同等工作效果。

天线振子的长度尺寸是根据所需频率来确定的，每个振子长度都对应着一定频率，产生谐振，从而工作于此频带。而振子与频率相对应，反应于振子在该频率的特性阻抗。电感线圈也具有频率特性，具有对应频率的特性阻抗。

采用感性加载，即利用改变线圈的特性阻抗从而改变天线振子的特性阻抗，使之与相应的频率对应。由于现有技术中接收频率越低，波长越长，所需要振子长度越长，在振子上设置电感线圈后可以利用相同的振子物理长度，延长天线振子的电气长度，从而等效更大尺寸的天线振子，这样就减少了振子的物理长度和天线体的幅宽，因此减小了天线的物理尺寸;并且实现了短波全频段的接收功能;更因此减小了天线体的体积和重量，提高了天线系统的结构牢固性和稳定性。

天线经过模型试验确定了线圈的位置和数量等参数，如图2所示，我们在天线振子的最末段的三对振子上加载了电感线圈，振子的总长度与第四对振子保持一致。

感性加载后，天线的幅宽变为：26m×29m。

与没有进行感性加载的天线对比图如图3所示。

左侧天线幅宽为50mx60m, 右侧天线幅宽为26mx29m, 经过加载技术后, 天线的幅面基本缩小为未改造的天线的1/4, 天线的尺寸重量、受力面积、加工难度、占地面积等都大大地减小了, 但是天线所实现的功能并没有多大变化。

实体天线架设完成后，天线的驻波比测试指标满足设计要求的3.2 MHz～4.5MHz内小于3.5，在4.5MHz～26.1MHz内小于2.5，实测曲线如图4所示。

3 天线的系统构成

天线的电气结构确定后，结构专家根据各地的地质、风压等条件，计算并设计出天线桁架、振子选材、转台的大小、塔桅结构和基础。系统构成如图5所示。

1.电气结构部分

天线的馈电系统由平衡转换器，低损耗电缆和旋转关节组成如图6所示。

天线振子采用铝合金管件，根据频率不同，采用了不同的管径和长度，强度可靠，同时减轻了天线重量;振子拉线部分采用不锈钢材料及高频绝缘子，保证了天线拉线的耐腐蚀性及使用寿命。

塔桅由桅杆和桁架组成，桅杆采用的根开6m的四边形自立塔，桁架主体采用角钢辅助圆钢焊接而成;整个塔桅系统结构简洁，选材优质，机械强度高，安全稳定。

2.转动部分

组成：转动部分主要由底板、V形架基座、步进电机、减速机、转盘轴承、接近开关支架等组成。桁架及天线部分长29m、宽26m，重3.5吨，力矩、风阻很大，全部力量集中于V形支撑上。

传动：步进电机在计算机的控制下以一定的转速带动减速机转动，减速机输出轴上的齿轮与转盘轴承上的内齿轮啮合，经再次减速带动转盘轴承转动，同时安装在转盘轴承的内圈上的V形架基座也一同转动，如图7所示。

3.控制部分

控制部分包括：控制系统包括一台110BYG250系列二相步进电机、一个电气箱、一个信号转换器和一套控制软件。

控制系统的特点：采用PLC控制，性能稳定;天线正反转位置精度误差不大于1度;天线转动一周时间为4分48秒。(70.5转/分);工作环境温度:-10℃到+50℃;通讯接口：自带防浪涌保护的工业级光隔离接口转换器;供电保护：自带菲尼克斯防雷击浪涌保护;通讯距离:最大可达1200m;保护等级：RS232C接口每线600W雷击浪涌保护，RS485接口每线1000W雷击浪涌保护。

系统转动控制软件：操作界面人性化，如图8所示，天线的方位图形可以在操作界面上实时;软件具有手动调节、定时调节、快速定位、方位自检等功能，与网络连接后，可以进行远程控制，设定方位角、时间等参数后，天线可以自动转动。

另外，整副天线的防雷系统设计相当精细，采用三级防雷措施，天线振子直流接地、馈线外皮接地及馈线加装通过式避雷器;电源线加装有防浪涌保护装置;控制线前端有壁雷装置，以上措施可以有效防止雷电损伤，安全性能非常高。

4 天线的应用

该短波宽频段转动接收天线的频带为3.2MHz～26.1MHz，完成了对全部短波频段的覆盖;感性加载技术，扩展了天线的带宽，减小了天线的体积，使得占地面积和工程造价大幅减少;针对具体的施工地区的风压和地质条件，经过严格的理论计算的自立塔结构，具有较强的抗风能力和很高的安全性，如图9所示。

以上的诸多优点使得该天线很快在广播电视监测领域广泛应用，先后有十余副天线在各地实施，取得了良好的接收效果。

参考文献

[1]康行健.天线原理与设计[M].北京:国防工业出版社.1995.11.