衛星面天線除雪系統的構建

范學東國家新聞出版廣電總局725臺

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衛星面天線除雪系統的構建

范學東
國家新聞出版廣電總局725臺

摘要：衛星面天線的積雪問題一直是北方地球站和各個發射臺冬季安全播音的一個重要問題，文章分析了現有的四種除雪裝置的優缺點，并從無線局實際情況著手，與臺站的信息化建設相結合，設計了兩種除雪裝置，并構建了除雪裝置遠程智能控制系統。

關鍵字：衛星面天線 除雪 鼓吹熱風 隔離腔體熱交換 遠程智能控制

在衛星信號傳輸中，如果衛星面天線表面被冰雪覆蓋，會嚴重影響地球站發射端衛星信號的上傳，以及基層臺站接收端信號的接收。在一般情況下，衛星面天線上的積雪厚度達到1cm左右時，接收端基本上接收不到信號，這就增加了節目傳輸部門的工作強度，更對安全傳輸發射任務帶來了極大的隱患。另一方面，由于天線上積累了大量冰雪，增加了反射面重量，造成天線結構變形，從而降低了天線的面精度和接收效果，也增加了驅動裝置的負載。因此，有冰雪天氣的各個臺站需要安裝除雪裝置。除冰雪裝置的設計應當具有可靠性高、結構簡單、安裝維修簡便、可遠程控制和監控的特點，同時不能因為安裝附屬設備使天線變形而導致反射面精度降低，影響天線性能。本文設計了兩種面天線除雪裝置，并構建了除雪裝置遠程智能控制系統。

1　雪衰對信號的影響

雪衰就是無線電波在傳輸過程中，受到雨雪影響導致信號被吸收，由強變弱，甚至大幅度減弱的現象，它是影響上行站節目源傳輸和地面站接收質量的重要因素，尤其是對Ku波段面天線影響更為嚴重。

這種情況下可以通過兩種技術方式增大信號的接收效果，一種是提高衛星發射臺的發射功率；一種是增大地面接收儀器的設備靈敏度，但是這兩種方法都沒有從根本上解決問題。衛星天線無論是在地球站上行站還是接收臺站，包括我們無線局的絕大多數基層臺站和一些地方的廣播電視臺，使用的都是面天線，無論是前饋式、后饋式和偏饋式天線，為了對準地球同步衛星，地球站和發射臺的面天線都要有一定的仰角才能對準同步衛星，對于北方的地區的臺站而言，雖然越是靠北緯度越高，仰角越小，但是雨雪天氣卻更為頻繁，對于南方的一些臺站在這些年同樣面臨雨雪天氣的影響，因為仰角大的問題，如果遇到雨雪天氣，受到的影響會更加的明顯。這些站臺都需要安裝衛星面天線除雪裝置。

2　除雪裝置的現狀及缺點

現在無線局地球站和北方的發射臺站在冰雪天氣時除雪的方式基本上有四種。

2.1 最普遍的一種就是人工除雪

人工除雪在實際工作中存在很大的安全隱患，而且除雪不及時也不徹底：在除雪的過程中人體也會受到大強度的微波輻射，對人的身體造成損傷。

2.2 風吹

現在在地球站和一些發射臺站存在，在面天線的旁邊安裝鼓風裝置，通過管道到達面天線的上方，對準面天線進行吹風。在干冷的情況下效果比較好，但是雪有一定粘性，尤其在雨雪天氣里這種方式并不能徹底地把雪清除干凈，導致上傳衛星信號強度衰減，需要增大發射功率，而接收站接收到的信號強度也被冰雪嚴重衰減。而當風量足夠大的時候，雖然可以將面天線上的積雪清除得較干凈，但是有可能會引起面天線的輕微擺動，最終會影響地球站的上星的準確度和地面接收站的接收精度。

2.3 使用高壓水槍

需要多人進行操作，而且在持續降雪的天氣需要不斷進行清理，操作繁瑣且勞動強度大，在天線表面容易結冰。現在有一種在面天線周圍安裝水噴嘴的裝置，下雪的時候進行水沖除雪，效果會比高壓水槍更加安全，操作性更強。水沖方式除雪需要配套很好的排水設施，否則地面容易形成凍冰。

2.4 使用電熱毯對天線進行加熱

其基本實現原理與北方冬季使用的電熱毯一樣，即將電熱毯式的加熱層避開面板背部筋條，直接固定在天線反射面板背部，外面加上保溫層和固定板材。在冰雪天氣里控制電熱層的溫度，達到除雪的目的。在這里面除了考慮保溫層的保溫性外，還要考慮保溫層的絕緣性和阻燃性。該方法的缺點是加熱裝置的輻射易對衛星信號造成干擾。

3　兩種改進的除雪方式

本文在現有技術的基礎上，提出了兩種改進的除雪方式，分別為鼓吹熱風方式和隔離腔體熱交換方式。

3.1 鼓吹熱風方式

此方式在現有臺站使用的風吹方式的基礎上進行改進，在風通道的里面加裝加熱裝置。基本原理就是對通過的氣流進行加熱，利用吹出去的熱風融化冰雪，達到除雪的目的。現在我們無線局中有部分臺站已經安裝有風吹方式進行除雪的裝置，這種裝置在一定程度上能夠解決積雪的問題，但是不夠完善，在確實可行的情況下可以進行簡單的改造，避免現有設備的閑置浪費，同時達到除雪的目的。

3.2 隔離腔體熱交換方式

隔離腔體熱交換方式是將隔熱材料覆蓋在天線反射體主力背架后面，從而與整個天線反射面一起形成一個密閉的腔體，并在其中設置熱風循環裝置，通過加熱氣體在密閉腔體內的流動提升天線反射面的溫度，最終融化冰雪。其優點是加熱融雪速度快、天線反射面溫度均勻、結構簡單、使用安全，不會對衛星信號形成干擾，對于口徑較大、對天線主面精度要求高的Ku、Ka頻段通信天線除雪效果非常有效，不存在干擾因素的影響。

熱風循環裝置包括加熱器、鼓風機及送風、回風管道。加熱器工作產生熱空氣，鼓風機將熱空氣抽出，通過送風管道將其吹入天線背部的充氣室。熱風的進入，將冷空氣沿回風管道壓回加熱器進行加熱。如此循環反復，使天線反射面溫度不斷提高，從而達到融化其表面冰雪的目的。在天線內部中間加上隔離板是為了空氣更好地流通，避免空氣在里面對流，提高熱交換的效率。

4　除雪裝置的遠程智能控制設計

有人留守、無人值守是無線局發展的一個趨勢，智能除雪裝置的實現是信息化建設中必不可少的一個環節。本文設計了一種遠程智能控制系統。該系統包括以下幾個子系統：

（1）除雪裝置的啟動／關閉系統。系統有自動和人工控制兩種方式。在室外安裝冰雪傳感器，其輸出信號代表是否是冰雪天氣，通過開關量的數據對系統進行自動的開啟和關閉，根據系統設置的工作模式選擇風機的轉速和加熱裝置的功率。在人工控制的狀態下，人工可以控制風機的轉速和加熱裝置的功率，同時控制可控各個風窗的開啟和大小。

（2）面天線內部溫控系統。遠程控制端的系統設置有小雪、中雪、大雪、暴雪、冰雪等天氣模式，每個天氣模式對應不同的腔體內部溫度。

（3）內部流動空氣溫控系統。系統根據采集點采集的溫度，根據不同的工作模式控制加熱裝置的功率和風機的轉速。

（4）加熱裝置控制系統。根據電阻絲爐具的原理，設置不同的檔位，為了達到精確控制需要設置多個檔位，使功率平穩變化，既能實現除雪的目的，也能達到節能的效果。

（5）加熱裝置保溫和阻燃的保護系統。在臨近加熱裝置的地方溫度比較高，通道的材料必須耐高溫并且阻燃，這需要在實際搭建系統時進行設計選擇。

本系統可以遠程實時查看各個采集點的溫度、風機的轉速、加熱裝置的功率。且風筒的分支處設計為百葉窗結構，可以同時控制對應不同面天線的窗口大小，從而達到控制不同面天線內部腔體溫度的目的。在正常月份和天氣里整套系統可以關閉，在冬季雨雪天氣里系統可以自動啟動或手動啟動。當系統在自動控制狀態時，根據雨雪傳感器采集的數據自動開啟加熱裝置，達到設定溫度時維持此溫度，并可根據雨雪傳感器采集到的數據，控制加熱裝置在無雨雪的天氣停止加熱。當系統處于手動狀態時，手動開啟加熱裝置，當天線溫度達到設定的溫度時，加熱裝置會維持面天線的表面溫度，并提示告知操作員。

5　小結

面天線除雪裝置的設計和安裝是保障安全播音的有效手段之一，也是無線局信息化建設的一個重要步驟。本文分析了當前面天線除雪技術的不足，研發了兩種新型除雪方式，并提出了除雪裝置遠程智能控制方案，有望提高衛星地球站和基層站的防冰雪災害能力，進一步保證衛星廣播電視節目的安全播出。

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