中波转播台卫星信号源的极化方式与转化及其安装调试方法

2021-10-15叶贵旭

数字通信世界 2021年9期

关键词：抛物面圆极化馈源

叶贵旭

（广东省肇庆中波转播台，广东肇庆 526108）

0 引言

中波转播台的主要职能是转播中央、省电台节目和实验等政治任务。转播台的信号源接收主要来自卫星发送的信号，其接收到的卫星信号源质量直接影响到播出质量，为保障优质和安全的播出信号，了解卫星接收天线的极化方式和掌握正确的调整方法十分重要。

1 极化方式的种类和应用

1.1 极化方式的种类

信号源极化方式的定义指的是天线所发射或者接收电磁波的极化方式，这取决于电磁波的电场矢量末端的运动轨迹曲线。当电磁波的电场矢量末端端点在垂直于传播方向的固定平面上的运动轨迹是直线时，这种电磁波称为线极化波；同样地，当其运动轨迹为圆或者椭圆时，则称为圆极化波或椭圆极化波。我们现时在使用的广播电视信号发送和接收的电磁波极化方式主要为圆极化和线极化两种。线极化波又可以分类为垂直极化波和水平极化波两种，无线通信发展初期阶段，采用的信号传输极化方式大多是沿着地平面传播，所以线极化对照基准是地平面，垂直极化波的电磁波传播方向与地平面垂直，而水平极化波的电磁波传播方向则与地平面平行。圆极化波和椭圆极化波又可以分类为右旋极化波和左旋极化波两种，从信号源发射端向电磁波传播的方向望去，如果电场的运动轨迹是逆时针的称为左旋极化，如果电场运动轨迹是顺时针的则称其为右旋极化波。

1.2 极化方式的应用

无论是天线的发射端还是接收端均具有一定的极化指向。当发射端与电磁波极化匹配时，即发送端与接收端的电磁波极化指向一致，信号能够较好地传递；当发射端与电磁波出现极化干扰时，即发送端与接收端的极化指向不完全一致，就会降低信号的传输效率；当发射端与电磁波出现极化隔离时，发送端与接收端的极化指向相互垂直，将会完全抑制信号的传递[1]。在理论实践应用中，极化匹配理论可以实现信号的最佳传播；相反的，极化隔离理论便可以用在抗干扰当中，即在根据干扰电波的极化指向，进而把信号接收端的极化指向更改为垂直于干扰电波的指向，使之出现极化隔离，从而达到抗干扰的效果。因此，想要卫星接收天线系统能够接收到良好的信号质量，在安装调试信号源系统时，就必须要了解卫星发射信号的极化方式和设置好卫星接收天线的极化方向。

2 极化转化

现阶段国内大多数转播台的卫星接收天线都是采用线极化馈源，而如果卫星发送的电磁波为圆极化波。那么需要什么方法才能通过线极化馈源接收到圆极化波信号呢？圆极化波和线极化波之间可实现相互转化，两个幅度相同，相位相交的线极化波可以合成为一个圆极化波；同样地，一个圆极化波也可以分解为两个等幅正交的线极化波[2]。即如果能够把这两个线极化波的相位变成一致时，即传输信号达到馈源时相位相同，那么这两个线极化波叠加后仍然是线极化波，这样即可通过线极化馈源达到接收圆极化波信号的效果。现阶段一般采用移相器来实现圆极化波转化成为线极化波，即在前馈接收天线中使用介质移相器，后馈天线中使用螺钉移相器。我台目前正在使用的接收中星9号卫星信号源的接收天线馈源就是在馈源内加装了移相器，通过把圆极化波信号转化为线极化波的方式接收信号的。

如果接收的是左旋极化波，电场Ey比Ex超前90°：如果接收的是右旋极化波，电场Ex比Ey超前90°。我们观察移相器放置角度的方向是从后馈天线的矩形波导向馈源方向看去，因为后馈天线的信号传输经过了两个反射面的反射，电磁波的极化方向并没有发生改变，可以直接利用135°的移相器角度即可实现信号接收；相反的，如果接收天线为前馈天线，电磁波只经过一个反射面的反射，电磁波的极化方向就与圆极化方向相反，如果接收的是左旋极化波，则经过反射面后的信号波为右旋极化波，此时应该利用45°的移相器角度来接收信号。在工程应用中，可按照以下的规律调整：“前馈极化面，正对反射面，左旋为45°，右旋为135°”。

3 卫星天线的安装和调试

3.1 信号调试方法

根据卫星的位置、下行频率、极化方式、符号率等。通过以下相关的公式，代入卫星的位置参数、所在接收地的位置参数，计算出抛物面天线的仰角E和方位角A。

式中，φ1为卫星所在位置的经度；φ2为抛物面天线所在位置的经度；θ为抛物面天线所在位置的纬度；r为地球半径；h为卫星距离球赤道的距离。以下介绍3种抛物面天线方位角和仰角的调试方法。

（1）AGC电压调整法。AGC自动增益控制是利用接收信号强度来自动调整放大电路增益的原理，顾名思义，我们根据万用表测量到卫星接收机输出的AGC电压变化来调整接收天线的极化匹配程度。首先把LNB高频头接在合适的极化端口，然后将卫星接收机设置好相应的技术参数和频道，使之能够接收到想要的卫星信号，同时记下AGC电压值V，缓慢调整馈源方向，直至AGC电压出现最大值，锁定馈源，完成极化调整[3]。

（2）频谱仪调整方法。频谱仪调整方法是利用在接收卫星信号时显示的下行频率信号峰值进行调整，调整方法如下：把LNB高频头与卫星接收机连接起来，设置好卫星接收机的相关技术参数，然后慢慢调整卫星接收天线的方位角和仰角，直至出现下行的最大峰值电压即可完成调整，固定方向盘托和仰角调节螺杆的螺丝。

（3）信号强度调整法。把卫星接收机移到卫星接收天线附近，把卫星接收机连接高频头，将抛物面天线方位角和仰角调试到大致方向；设置好卫星接收机的接收技术参数，打开接收机显示信号强度的页面；跟AGC电压调整法类似，缓慢旋转抛物面天线的方向，直到找到信号强度最大点时即完成调整，最后锁定抛物面天线各个螺丝。

3.2 安装流程

以下举例利用信号强度调整法安装中星9号卫星信号源系统的主要步骤：

一是把抛物面卫星天线底座安装在在周边较为开阔无遮挡的位置；二是往脚架上安装方向盘托和仰角调节螺杆；三是在抛物面锅上安装馈源支架和馈源，再把抛物面接收天线安装到方向盘托和仰角调节螺杆上；四是根据中星9号（Ku波段）卫星等技术参数以及接收点的地理位置，大致调整抛物面接收天线的方位角与仰角；五是安装移相器和接收中星9号的高频头于馈源上，并将高频头连接上带解密功能的接收中星9号卫星接收机，同时设置好卫星接收参数；六是根据信号强度调整法，微调抛物面接收天线的方位角与仰角，直至卫星接收机采取的信号质量为最佳状态，锁紧方向盘托和仰角调节螺杆的螺丝；七是重新将接收中星9号的卫星接收机安装到机房信号柜，更改相关信号传输线，并测试音频信号的正确性与质量；八是更改相应的指示标签，在整个抛物面卫星天线上的支架螺丝涂上黄油，防止被锈蚀。