廣播發(fā)射臺(tái)衛(wèi)星天線融雪系統(tǒng)的改造與研究

夏利元

（國(guó)家新聞出版廣電總局501臺(tái)，云南 昆明 650302）

廣播發(fā)射臺(tái)衛(wèi)星天線融雪系統(tǒng)的改造與研究

夏利元

（國(guó)家新聞出版廣電總局501臺(tái)，云南 昆明 650302）

文章以國(guó)家新聞出版廣電總局501臺(tái)技改項(xiàng)目為背景，介紹了幾種衛(wèi)星天線的除雪方案，并對(duì)最終選型的融雪系統(tǒng)構(gòu)成、工作原理作了詳盡的分析，闡述了其主要功能和系統(tǒng)特點(diǎn)，提出系統(tǒng)的日常維護(hù)事項(xiàng)，期望對(duì)同行有一定的借鑒意義。

雪衰；融雪系統(tǒng)；冰雪傳感器；加熱膜

衛(wèi)星天線是衛(wèi)星地面站接收衛(wèi)星信號(hào)的重要裝置，專門負(fù)責(zé)收集衛(wèi)星輻射到地面的微弱電磁波能量，將其傳送到高頻頭，轉(zhuǎn)換為高頻電流以供接收機(jī)作進(jìn)一步放大處理。由于衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)具有開放性的無(wú)線傳輸特性，當(dāng)電磁波穿越大氣層時(shí)，對(duì)流層內(nèi)的降雨、降雪等自然天氣會(huì)吸收、散射信號(hào)能量從而造成信號(hào)衰減，尤其以堆積在衛(wèi)星天線主反射面的積雪引起的雪衰為最，其使天線增益、接收系統(tǒng)品質(zhì)因素（G／T值）等技術(shù)指標(biāo)急劇下降，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致接收信號(hào)中斷。因此，衛(wèi)星天線融雪技術(shù)一直為業(yè)內(nèi)人士所關(guān)注。

1 項(xiàng)目背景

國(guó)家新聞出版廣電總局501臺(tái)地處云南昆明境內(nèi)，是全國(guó)大型中短波發(fā)射中心之一。節(jié)目源信號(hào)從衛(wèi)星接收而來(lái)，現(xiàn)有4.5 m C波段衛(wèi)星天線2副，3.7 m KU波段衛(wèi)星天線1副，2.4 m KU波段衛(wèi)星天線4副。雖說(shuō)昆明素有“春城”美譽(yù)，但近年來(lái)由于全球環(huán)境氣候惡化，極端天氣時(shí)有發(fā)生。從2011年開始，每年的11月至次年2月間，昆明總會(huì)迎來(lái)一兩場(chǎng)強(qiáng)度不等的降雪。為克服往年人工掃雪效率低，且存在諸多不安全因素的情況，2016年10月，國(guó)家新聞出版廣電總局501臺(tái)決定對(duì)4.5 m C波段，3.7 m KU波段兩副主用衛(wèi)星天線先行進(jìn)行融雪系統(tǒng)改造。

目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)衛(wèi)星天線除雪應(yīng)用主要有：高壓水流沖擊、安裝加熱風(fēng)機(jī)、加裝發(fā)熱電纜、安裝發(fā)熱膜幾種技術(shù)方案。在綜合考慮各方案利弊，結(jié)合臺(tái)區(qū)所在當(dāng)?shù)貧夂驎円箿夭畲蟮奶攸c(diǎn)后，國(guó)家新聞出版廣電總局501臺(tái)決定選用在衛(wèi)星天線背面每個(gè)扇區(qū)加裝柔性硅橡膠發(fā)熱膜（帶保溫材料）的融雪除冰方案。

2 系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理

該系統(tǒng)由冰雪傳感器（DiS）、溫度采集盒（TSA）、溫度傳感器、發(fā)熱膜、系統(tǒng)控制器等部件組成。如圖1所示，其核心部分采用最新的AVR16位單片機(jī)控制和專用系統(tǒng)邏輯控制技術(shù)，系統(tǒng)通過(guò)溫度傳感器實(shí)時(shí)采集天線反射面不同區(qū)域的表面溫度，并且監(jiān)測(cè)天線外界環(huán)境溫度，當(dāng)天線主反射面某個(gè)區(qū)域（加熱通道）表面溫度低于16℃（可設(shè)），同時(shí)環(huán)境溫度低于4℃（可設(shè)）存在降雪和下雨的條件或冰雪傳感器檢測(cè)到天線表面有積雪、結(jié)冰現(xiàn)象時(shí)，采集到的信號(hào)經(jīng)過(guò)CPU處理后，輸出控制信號(hào)，逐一啟動(dòng)每個(gè)加熱通道。此時(shí)附著在天線背面的加熱膜開始發(fā)熱，使天線面上的積雪迅速融化，達(dá)到設(shè)定的溫度上限時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)停止加熱。在此期間，如果持續(xù)降雪或下雨且天線表面溫度下降到低于設(shè)定溫度5℃時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)啟動(dòng)，繼續(xù)加熱。一旦降雨或降雪停止，系統(tǒng)將延時(shí)加熱180 min，防止天線表面殘留積雪或積水結(jié)冰。同時(shí)，為保證系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行，天線扇區(qū)的每個(gè)發(fā)熱單元內(nèi)部均植入溫度保護(hù)開關(guān)，防止加熱單元過(guò)熱導(dǎo)致天線材料變形。

圖1 天線融雪系統(tǒng)構(gòu)成原理

3 系統(tǒng)功能描述

該系統(tǒng)具備以下主要功能：

（1）能自動(dòng)識(shí)別、檢測(cè)雨、雪、寒冷天氣等自然條件，啟動(dòng)或停止加熱。

（2）天線每個(gè)加熱扇區(qū)（通道）獨(dú)立控制、運(yùn)行且具有過(guò)流、過(guò)載防護(hù)功能。

（3）可運(yùn)行于自動(dòng)模式和手動(dòng)模式，支持本地控制和遠(yuǎn)程控制方式。

（4）通過(guò)RS-485遠(yuǎn)程通信接口，能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制、監(jiān)測(cè)運(yùn)行狀態(tài)。

（5）控制軟件具有故障告警和輸出告警日志。

4 系統(tǒng)特點(diǎn)

該系統(tǒng)采用最新發(fā)熱材料和智能溫度控制，能夠?qū)崟r(shí)、全天候監(jiān)測(cè)天線周圍環(huán)境狀況，一旦檢測(cè)到天線表面存在積雪情況，系統(tǒng)可快速啟動(dòng)且長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，支持預(yù)加熱功能。

系統(tǒng)采用的硅橡膠電熱膜和橡膠海綿保溫材料具有壽命長(zhǎng)，防水，耐高溫、阻燃、防老化、熱效率高等優(yōu)點(diǎn)。且形狀可根據(jù)天線各扇區(qū)形狀任意裁剪加工，安裝后完整貼合天線背面，外形美觀，如圖2所示。每片加熱膜獨(dú)立供電，一旦出現(xiàn)故障或損壞，只需更換該故障加熱膜，不會(huì)影響融雪系統(tǒng)的整體運(yùn)行。

考慮到衛(wèi)星天線大都安裝在室外，不便于現(xiàn)場(chǎng)控制，因此，該系統(tǒng)還配備了計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制軟件，通過(guò)通信接口，在中控室就可以在計(jì)算機(jī)上觀察傳感器溫度、加熱啟停溫度、控制器工作狀態(tài)等信息，并設(shè)定加熱啟停溫度等，室內(nèi)遠(yuǎn)程監(jiān)控界面如圖3所示。

5 系統(tǒng)維護(hù)事項(xiàng)

為確保該系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定、可靠運(yùn)行，需定期對(duì)系統(tǒng)各部分進(jìn)行必要檢查和維護(hù)。主要有以下項(xiàng)目：

（1）雨雪天氣后，檢查控制箱和端子盒內(nèi)部是否有浸水、表面腐蝕及灰塵雜質(zhì)。

（2）定期清理冰雪傳感器表面灰塵或附著物，以免產(chǎn)生錯(cuò)誤信號(hào)。

（3）用萬(wàn)用表定期測(cè)量每個(gè)加熱通道負(fù)載電阻值。如有偏差需檢查每個(gè)加熱通道供電端子盒中所連接的每片發(fā)熱膜，測(cè)量其電阻值是否正常。若電阻為無(wú)窮大或電阻值為零，說(shuō)明發(fā)熱膜已經(jīng)損壞。

（4）系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，實(shí)時(shí)查看并詳細(xì)記錄遠(yuǎn)程監(jiān)控軟件的系統(tǒng)告警信息，為故障判斷、處理提供依據(jù)。

6 結(jié)語(yǔ)

該套衛(wèi)星天線融雪系統(tǒng)設(shè)備簡(jiǎn)單、安裝方便、不用改造現(xiàn)有設(shè)備，具有簡(jiǎn)潔的人機(jī)監(jiān)控、操作界面，已能滿足國(guó)家新聞出版廣電總局501臺(tái)衛(wèi)星天線的融雪現(xiàn)實(shí)需求，經(jīng)2016年12月27日和2017年1月4日兩次極端低溫天氣檢驗(yàn)，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，為保障國(guó)家新聞出版廣電總局501臺(tái)衛(wèi)星信號(hào)節(jié)目源信號(hào)安全穩(wěn)定作出了貢獻(xiàn)。

圖2 安裝完成后的天線整體外觀

圖3 室內(nèi)遠(yuǎn)程監(jiān)控界面

[1]王強(qiáng)，浮沉.廣播電視衛(wèi)星傳輸?shù)母蓴_因素與應(yīng)對(duì)措施[J].廣播電視信息，2013（8）：81-83.

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Reformation and research on the snow melting system of satellite antenna for radio transmitting station

Xia Liyuan
（Channel 501 of State Press and Publication Administration of Radio, Film and Television, Kunming 650302, China）

This paper takes technical projects of Channel 501 of State Press and Publication Administration of Radio, Film and Television as the background, introduces the scheme of several satellite antenna snow removal, and the final selection of the composition of snow melting system, and working principle are analyzed in detail, which describes the main functions and system characteristics of the scheme. This paper proposed daily maintenance items of the system, expecting to have certain reference significance to the peer.

snow decay; snow melting system; snow and ice sensor; heating film

夏利元（1979— ），男，云南昆明，碩士研究生，工程師；研究方向：電子與通信工程。