卫星地球站天馈线系统的故障分析与处理

2018-02-21徐明月

西部广播电视 2018年24期

徐明月

（作者单位：国家新闻出版广电总局呼和浩特地球站）

1 研究背景

广播电视卫星地球站天馈线系统是卫星信号上下行链路的重要组成部分，其安全、高效运行是广播电视卫星地球站安全播出工作的重要保障。天馈线以及天线自动跟踪系统室外单元长期在室外运行，环境相对恶劣，极易受到由自然条件及天气原因导致的损耗，日积月累设备各项功能、技术指标就会受到一定程度的影响。天馈线系统是决定卫星地球站发射与接收信号质量的重要设备，做好其故障分析处理工作，对卫星地球站极为关键。

2 天馈线系统

天馈线系统由天线、馈线、波导元件组成，下面逐一介绍。

2.1 天线

天线是卫星传输上下行链路的重要组成部分，卫星地球站上行天线与卫星之间的距离约为36 000 km，为保证信号传输有效可靠，卫星地球站须采用满足以下几个要求的反射面型天线：足够高的天线增益、电压驻波比小、方向性足够强、馈线系统损耗低、适用于电波远距离传输。现今，国内广播电视卫星地球站多采用卡塞格伦天线、格里高利天线和环焦天线3种类型。射频信号从高功放发射出来经过波导送到天线上，天线的网络系统把高频信号通过能量转换转换成相应的电磁波信号发向卫星；来自卫星的电磁波信号在空间传输中由于衰落已经十分微弱，天线系统接收这个弱信号并经过低噪声放大和下变频后送至接收机。

2.2 波导

馈线是指天线和收发信单元之间传输信号的通道。通常情况下当微波信号的频率在3 000 MHz以下时，我们常采用同轴线作馈线，而超过3 000 MHz时，同轴线的衰减和不稳定性大大增强，无法正常使用，因此，这时多采用波导作馈线。波导，就是传播电磁波的导管，也被称之为波导管。波导内传输空间电磁波，固定尺寸的波导内只能传输一定波长λ、一定带宽的电磁波。

2.3 波导元件

波导元件主要有定向耦合器、极化变换器和环形器等，其作用是分离电波和变换电波极化方式，这样达到接收信号和发射信号之间能够高效传输不会相互干扰的目的。环形器是一种微波铁氧体器件，微波信号在环形器中呈环流传输。在馈线系统中，环形器常被用来当作收发公用器，主要作用是实现收信、发信共用一副天线。环形器在微波馈线系统中也常被用于多波道通讯时的分并路系统。

此外，还有一些其他波导器件，波导负载的作用是在矩形波导中装入一片锥形石墨吸收片，主要用以吸收波导中的电磁波。上下密封节用来密封波导管，保持波导内的空气干燥，保证雨水潮气不要渗入波导内部造成损耗。软波导用以天线小角度的调整和扭转，波导是由铜管制成，无法作一些小角度的扭转，尤其是天线尾部，一般由软波导来完成这个任务。扭波导主要用来改变电磁波的极化方向。若环形器输出信号的极化方向不是我们需要的极化方向，就可以通过扭波导来使极化方向改变90°，满足我们需要的条件。椭矩变换器是一个过渡波导，矩形波导和椭圆波导无法连接，我们就需要一个一端是椭圆波导、另一端是矩形波导的过渡波导来连通它们。椭矩变换器使得从矩形波导到椭圆波导有一个良好的衔接过渡、最小的反射。

3 天馈线系统常见故障分析及处理方式

3.1 天线方位偏移引起的故障

由于天线长期在室外工作，常受到大风和外力影响，使天线方位偏移或方位角、俯仰角发生改变，导致发射和接收信号能力变差，传输质量受损。应保证天线的方向和位置准确无误，定期校准天线方位，在日常维护工作中做好标记、及时定位。此外，还要经常测试天馈线系统主要性能指标，尽量防患于未然。

3.2 降雪天气造成收发信电平下降

进入冬季后的大雪天气极易导致天线积雪，若天线被安装在房顶或后面有遮挡物时尤其明显。在实际工作中我们发现，降雪天气对Ku波段天线的影响很大，其雪衰现象显而易见，发射和接收信号增益都伴随着明显的衰减现象。特别是在化雪过程中，天线馈源和主反射面不均匀分布的积雪对信号产生不同程度的辐射和吸收，这就严重破坏了卫星天线口面场分布函数的均匀性，会在降低天线增益的同时令天线的噪声温度有所提升，上行信号传输链路的EIRP值或下行接收链路的G/T值都会受到影响而变小，收信储备电平降低，严重破坏了广播电视卫星信号的传输质量。

雪衰对节目安全播出的影响显著，

（）（）及时去除天线上的积雪非常重要。馈源除雪和主反射面除雪是卫星地球站应对天线积雪的有效途径。馈源除雪就是通过向馈源口吹热风使落下的雪及时融化，目前这种方式由于其简单、便宜更为普遍。在实际工作中，我们常常采取两种简单高效的办法去除天线积雪：一个是在发现下雪时用大功率风机实时吹走雪花避免其落在天线反射面上；另一个是人工作业，使用高压水龙头冲去反射面上的积雪。

3.3 馈线进入雨水潮气加大损耗

馈线进水或生锈会导致波导管内壁光洁度变差，损坏波导驻波比，加大损耗，影响信号正常传输，严重时会令线路传输中断。馈线进水受潮一般由以下几种情况引起：一是馈线接口密封不严，软波导橡胶老化、开裂，潮湿空气进入波导导致生锈，严重时出现少量或大量积水；二是充气机干燥剂由于没有及时更换而失效，导致波导内壁生锈；三是天线馈源防护罩受到破坏，上密封节有漏气、漏水现象，在夏季雷雨天气尤为明显，雨水从馈源进入馈线，导致上行广播电视节目信号劣化。

遇到馈线进水受潮的情况，我们通常会通过打开低端波导耦合口，在高端波导耦合口处鼓风的方式吹干潮气，有效去除雨水。

3.4 波导充气机连续启动

上行天线波导充气机连续启动不停，首先判断充气机是否工作正常，封闭充气机排气孔，看其是否还具备达到压力停机的功能。其次，根据实际工作经验充气机频繁重启多是由于波导密闭性差引起，此时必须及时检查，找出泄露点。另外，此时还应检查天线馈源膜是否存在老化破损现象，若馈源膜受损，应及时更换恢复正常。

3.5 天线传动轴异响

在日常工作巡机时听到天线传动轴异响，经排查发现天线传动装置或转轴接触位置因阻力过大而发生摩擦，这种情况主要会在天线经过长时间使用后发生。此时，我们应及时给天线传动系统的活动支点、轴承、丝杠添加润滑油，认真检查机械结构以避免传动装置被摩擦损耗破坏。此外，在日常维护工作中应定期添加润滑油，保证其灵活运转自如。