廣播發射臺衛星天線融雪化冰系統技術及應用

趙滿心

（甘肅省廣播電視局無線傳輸中心711 臺，甘肅 蘭州 730000）

隨著衛星通信的普及，廣播發射臺站會直接選擇衛星接收信號做主用信號源，然而現實中北方高山臺站所處地域及天線仰角的因素，都會在每年冬季出現天線反射面積雪的現象。通常情況下降雪不會對衛星信號產生明顯的衰耗，但積雪及化雪的過程會帶來非常大的影響。天線饋源及主反射面凹凸不平的積雪面對電磁波產生了不同方向的散射和吸收，大大降低了天線增益，增大了噪聲溫度，嚴重影響了衛星信號的傳輸質量。為有效減少天氣原因造成的播出事故，針對臺站依靠人工清掃天線積雪的現狀，對甘肅省廣播電視局無線傳輸中心711 臺衛星接收天線裝配電加熱融雪裝置，以杜絕積雪對衛星信號源的干擾。

1 融雪原理及裝置購成

電加熱融雪原理是在衛星天線背面敷設電加熱及保溫材料，以發熱電纜為電熱換能媒介，通過瓜瓣反射面傳導熱能融化積雪，實現化雪功能。裝置構成主要由電熱、保溫、溫控及自動化控制單元組成。

電加熱材料選用新型高科技碳纖維發熱電纜，其24K 長絲碳纖維作為電熱能量轉換的媒介，碳纖維絲是由有機纖維經碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料，單絲直徑7μm 左右，呈六方晶格亂層結構。其換能原理是在電流的引發激勵下，通過碳素和金屬粒子中的自由電子發生震動和摩擦，即“布朗運動”發射波長為3～20μm 的紅外線，從而產生大量熱輻射。碳纖維電熱絲性能穩定，熱量分布均勻，電熱轉換率高，便于異形加工且不怕局部破損。通電時不產生較強電流，沒有趨膚效應，不存在彌散性部分擊穿，這也就是碳纖維絲在通電時用手觸碰也無觸電感覺的原因。

保溫材料由橡塑保溫板和自粘鋁箔反射膜及高分子板組成。B1 級難燃材料的橡塑保溫板采用低導熱橡塑海綿擠塑而成，以優異的保溫隔熱性能最大限度阻止熱量損耗，具有高溫差下導熱系數基本無變化,穩定性優異，抗水汽滲透能力好等優點。熱反射材料自粘性鋁箔反射膜的雙面自黏膠設計使它與天線反射面和橡塑保溫板黏接牢固，反射膜可將發熱電纜背向天線反射面輻射的熱量向瓜瓣反射回去，有效降低熱量向下的散失量，且具有透濕系數低，耐腐蝕、抗老化、防結露、阻燃等優點。為了保證加熱裝置的熱能最大化的傳遞到天線反射面，在保溫層的后面加裝一層高分子板以增強保溫層與天線反射面的無縫貼合，同時也可以提高裝置的穩固性。裝配（如圖1 所示）：

圖1 系統裝配作業示意圖

溫控單元第一年采用電子管發射機邏輯控制剩余的KS 系列可控硅結合雙向二極管DB3 制作了簡單的調功電路實現控溫功能。原理（如圖2 所示）：

圖2 碳纖維電纜調溫原理圖

第二年自動化改造，在控制電路加裝了24v 直流接觸器，通過露天安裝的KSD9700 型10℃常閉、5℃常開溫度開關和雨雪傳感器串聯組成與門控制電路，控制直流接觸器的通斷實現自動化控制。供電電源的容量根據實際在路碳纖維組的功率來設計，我臺使用32Ω/m 的碳纖維電纜，單根功率250W，每組使用6 根加熱電纜并聯總功率1500W。直流接觸器的選型根據運行總負載而定，我臺控制一個3m 天線所以選CJX2-0901 型24v 直流接觸器。每根碳纖維電纜末端各加裝一個KSD301-70℃常閉溫度開關，實時起物理過熱保護。原理（如圖3所示）：

圖3 自動控溫原理圖

2 裝配方法及步驟

第一，依據臺站冬季風向等因素在衛星接收天線拋物面上選擇容易積雪的反射瓜瓣用做裝配區域，或者整體布局確定選擇裝配的瓜瓣，該區域沒有相對固定的數量和位置，通過實踐結合天線仰角，我臺主用C 波段中心6A/B 衛星，積雪最容易出現在下半面天線，所以設計下半面天線碳纖維電纜的敷設密度大而上半面敷設密度相對小些。第二，在高分子板上根據天線瓜瓣的實際尺寸畫出單個瓜瓣反射面形狀和大小并裁取，盡量做到所裁取的高分子板能完全貼合在瓜瓣背部，用所裁取的高分子板做模板裁取鋁箔反射膜、橡塑保溫板及高分子板備用，數量與所選取裝配瓜瓣的數量一致。我臺選用1.5m 半徑12 瓣組合天線，所以各種保溫材料組按12 份裁取。第三，根據所選碳纖維電纜的規格對各瓜瓣進行級聯，我臺選用32Ω/m 的碳纖維電纜，其規格長度為12.5m，反射面下部易積雪瓜瓣采用10cm 間隔敷設每個瓜瓣，上部不易積雪的瓜瓣采用20cm 間隔敷設為宜。KSD301 物理保護開關貼合天線瓜瓣邊沿固定安裝。依次對應每組自粘鋁箔反射膜、橡塑保溫板、高分子板（最好在夏季取下天線瓜瓣，反轉其作業面朝上，利用地球引力一層層下壓粘貼效果會更好）。第四，瓜瓣四周用細纖絲穿繞連接螺絲的方法網狀加固，高分子板邊沿及電纜線出頭處用硅酸銅密封膠進行密封。

3 實用效果及科技創新

通過兩年多的實驗運行及升級改造，我臺站的衛星天線融雪化冰系統已完全實現了自動化運行，最顯著的特點就是沒有高大上的全電腦控制及雄厚的財力支撐，完全通過簡單電路實現自動化。并且根據實際運行經驗升級改造后性能更穩定，效果更顯著，真正實現了高效、節能、環保、實用，彌補了國內中小口徑天線自動化除雪的空白，對衛星產業的發展具有積極地促進作用，適合大范圍推廣。

科技創新方面創造性地使用了碳纖維加熱電纜、雨雪傳感器、溫度開關等新型高科技材料，結合最簡單實用的與門邏輯控制實現了高效節能的除雪效果。碳纖維絲所含碳素及金屬粒子中的自由電子受激發后，發生電子撞擊和摩擦，產生摩擦撞擊熱，材料中礦物組分的集波功能使熱量主要以遠紅外輻射形式傳遞，發熱量符合焦耳定律且穩定均勻。溫度開關根據精度要求和探測的需要分別選用適合露天和貼合安裝的常開/閉型雙金屬大電流器件，可靠性高、壽命長、不拉弧、對無線電干擾小。雨雪傳感器通過表面柵形電極感應外界雨雪情況，自帶溫度傳感器和5℃以下電加熱裝置可排除雨附著的干擾，反應靈敏、探測精度高。我們的自動化控制主要從簡單實用著眼，從快捷高效入手，通過溫度開關與雨雪傳感器的串聯組成可靠的與門電路驅動直流接觸器控制電源開關，達到自動運行的目的。露天安裝的KSD9700-10℃常閉溫度開關氣溫低于10℃以下閉合，給雨雪傳感器待機，同時在路構成兩級溫控使可靠性更高。5℃常開溫度開關與雨雪傳感器的輸出繼電器組成與門邏輯電路，當室外溫度降到5℃以下時，5℃常閉溫度開關閉合，此時如果下雪則雨雪傳感器輸出繼電器閉合，控制回路24v 控制電源通過控制接觸器線包構成回路，控制接觸器吸合給碳纖維電纜供電開始升溫融雪；如果只是氣溫降低而沒有出現降雪，則雨雪傳感器輸出繼電器不會閉合，24v 控制電源構不成閉合回路自然融雪裝置也不會誤動作。

4 結束語

甘肅省廣播電視局無線傳輸中心711 臺衛星接收天線融雪系統從研發、運行到現在經歷了三年多時間，該系統的應用有效地降低了秋冬春三季雨雪對信號源質量的影響，避免了天氣因素對安全播出的威脅，把值班人員徹底地從人工除雪的困擾中脫離出來，極大地減輕了值班強度，實用效果特別顯著。在數字廣播電視日益普及的今天，高質量、不間斷播出受眾喜聞樂見的節目，是每個廣播電視發射臺站的光榮使命，更是每個廣播電視工作者努力滿足人民群眾對美好生活的追求，增強人民群眾獲得感、幸福感的具體體現。