衛星地球站天饋線系統的故障分析與處理

徐明月

（作者單位：國家新聞出版廣電總局呼和浩特地球站）

1 研究背景

廣播電視衛星地球站天饋線系統是衛星信號上下行鏈路的重要組成部分，其安全、高效運行是廣播電視衛星地球站安全播出工作的重要保障。天饋線以及天線自動跟蹤系統室外單元長期在室外運行，環境相對惡劣，極易受到由自然條件及天氣原因導致的損耗，日積月累設備各項功能、技術指標就會受到一定程度的影響。天饋線系統是決定衛星地球站發射與接收信號質量的重要設備，做好其故障分析處理工作，對衛星地球站極為關鍵。

2 天饋線系統

天饋線系統由天線、饋線、波導元件組成，下面逐一介紹。

2.1 天線

天線是衛星傳輸上下行鏈路的重要組成部分，衛星地球站上行天線與衛星之間的距離約為36 000 km，為保證信號傳輸有效可靠，衛星地球站須采用滿足以下幾個要求的反射面型天線：足夠高的天線增益、電壓駐波比小、方向性足夠強、饋線系統損耗低、適用于電波遠距離傳輸?，F今，國內廣播電視衛星地球站多采用卡塞格倫天線、格里高利天線和環焦天線3種類型。射頻信號從高功放發射出來經過波導送到天線上，天線的網絡系統把高頻信號通過能量轉換轉換成相應的電磁波信號發向衛星；來自衛星的電磁波信號在空間傳輸中由于衰落已經十分微弱，天線系統接收這個弱信號并經過低噪聲放大和下變頻后送至接收機。

2.2 波導

饋線是指天線和收發信單元之間傳輸信號的通道。通常情況下當微波信號的頻率在3 000 MHz以下時，我們常采用同軸線作饋線，而超過3 000 MHz時，同軸線的衰減和不穩定性大大增強，無法正常使用，因此，這時多采用波導作饋線。波導，就是傳播電磁波的導管，也被稱之為波導管。波導內傳輸空間電磁波，固定尺寸的波導內只能傳輸一定波長λ、一定帶寬的電磁波。

2.3 波導元件

波導元件主要有定向耦合器、極化變換器和環形器等，其作用是分離電波和變換電波極化方式，這樣達到接收信號和發射信號之間能夠高效傳輸不會相互干擾的目的。環形器是一種微波鐵氧體器件，微波信號在環形器中呈環流傳輸。在饋線系統中，環形器常被用來當作收發公用器，主要作用是實現收信、發信共用一副天線。環形器在微波饋線系統中也常被用于多波道通訊時的分并路系統。

此外，還有一些其他波導器件，波導負載的作用是在矩形波導中裝入一片錐形石墨吸收片，主要用以吸收波導中的電磁波。上下密封節用來密封波導管，保持波導內的空氣干燥，保證雨水潮氣不要滲入波導內部造成損耗。軟波導用以天線小角度的調整和扭轉，波導是由銅管制成，無法作一些小角度的扭轉，尤其是天線尾部，一般由軟波導來完成這個任務。扭波導主要用來改變電磁波的極化方向。若環形器輸出信號的極化方向不是我們需要的極化方向，就可以通過扭波導來使極化方向改變90°，滿足我們需要的條件。橢矩變換器是一個過渡波導，矩形波導和橢圓波導無法連接，我們就需要一個一端是橢圓波導、另一端是矩形波導的過渡波導來連通它們。橢矩變換器使得從矩形波導到橢圓波導有一個良好的銜接過渡、最小的反射。

3 天饋線系統常見故障分析及處理方式

3.1 天線方位偏移引起的故障

由于天線長期在室外工作，常受到大風和外力影響，使天線方位偏移或方位角、俯仰角發生改變，導致發射和接收信號能力變差，傳輸質量受損。應保證天線的方向和位置準確無誤，定期校準天線方位，在日常維護工作中做好標記、及時定位。此外，還要經常測試天饋線系統主要性能指標，盡量防患于未然。

3.2 降雪天氣造成收發信電平下降

進入冬季后的大雪天氣極易導致天線積雪，若天線被安裝在房頂或后面有遮擋物時尤其明顯。在實際工作中我們發現，降雪天氣對Ku波段天線的影響很大，其雪衰現象顯而易見，發射和接收信號增益都伴隨著明顯的衰減現象。特別是在化雪過程中，天線饋源和主反射面不均勻分布的積雪對信號產生不同程度的輻射和吸收，這就嚴重破壞了衛星天線口面場分布函數的均勻性，會在降低天線增益的同時令天線的噪聲溫度有所提升，上行信號傳輸鏈路的EIRP值或下行接收鏈路的G/T值都會受到影響而變小，收信儲備電平降低，嚴重破壞了廣播電視衛星信號的傳輸質量。

雪衰對節目安全播出的影響顯著，

（）（）及時去除天線上的積雪非常重要。饋源除雪和主反射面除雪是衛星地球站應對天線積雪的有效途徑。饋源除雪就是通過向饋源口吹熱風使落下的雪及時融化，目前這種方式由于其簡單、便宜更為普遍。在實際工作中，我們常常采取兩種簡單高效的辦法去除天線積雪：一個是在發現下雪時用大功率風機實時吹走雪花避免其落在天線反射面上；另一個是人工作業，使用高壓水龍頭沖去反射面上的積雪。

3.3 饋線進入雨水潮氣加大損耗

饋線進水或生銹會導致波導管內壁光潔度變差，損壞波導駐波比，加大損耗，影響信號正常傳輸，嚴重時會令線路傳輸中斷。饋線進水受潮一般由以下幾種情況引起：一是饋線接口密封不嚴，軟波導橡膠老化、開裂，潮濕空氣進入波導導致生銹，嚴重時出現少量或大量積水；二是充氣機干燥劑由于沒有及時更換而失效，導致波導內壁生銹；三是天線饋源防護罩受到破壞，上密封節有漏氣、漏水現象，在夏季雷雨天氣尤為明顯，雨水從饋源進入饋線，導致上行廣播電視節目信號劣化。

遇到饋線進水受潮的情況，我們通常會通過打開低端波導耦合口，在高端波導耦合口處鼓風的方式吹干潮氣，有效去除雨水。

3.4 波導充氣機連續啟動

上行天線波導充氣機連續啟動不停，首先判斷充氣機是否工作正常，封閉充氣機排氣孔，看其是否還具備達到壓力停機的功能。其次，根據實際工作經驗充氣機頻繁重啟多是由于波導密閉性差引起，此時必須及時檢查，找出泄露點。另外，此時還應檢查天線饋源膜是否存在老化破損現象，若饋源膜受損，應及時更換恢復正常。

3.5 天線傳動軸異響

在日常工作巡機時聽到天線傳動軸異響，經排查發現天線傳動裝置或轉軸接觸位置因阻力過大而發生摩擦，這種情況主要會在天線經過長時間使用后發生。此時，我們應及時給天線傳動系統的活動支點、軸承、絲杠添加潤滑油，認真檢查機械結構以避免傳動裝置被摩擦損耗破壞。此外，在日常維護工作中應定期添加潤滑油，保證其靈活運轉自如。

4 結語

天饋線系統的好壞直接決定著廣播電視衛星地球站安全傳輸發射工作的正常與否，是上下行鏈路高效可靠運行的重要保障。有效總結分析日常工作中遇到的故障類型對天饋線系統的維護工作十分重要，我們在日常設備維護中應有計劃地對設備進行檢查測試，排查故障隱患，保證衛星地球站天饋線系統高效運行。