卫星通信大口径抛物面天线维护检修和测试

2022-04-01徐景利

数字通信世界 2022年3期

徐景利，汪洋

（安徽广播电视台，安徽合肥 230071）

卫星通信地球站使用的发射天线是大口径抛物面天线，作为卫星地球站的射频信号输入和输出通道，抛物面天线系统的性能优劣影响着整个卫星通信系统的性能指标。因此，日常的维护保养对于大口径抛物面天线是一个很重要的环节，本文结合最近进行的抛物面天线的维护检修和一些测试，简单分享一些维护检修的基础知识。大口径抛物面天线一般由天线结构、伺服控制系统、天线控制系统、天馈系统等组成。天线方向图和天线增益是天线的重要指标，利用频谱仪连接天线下行接收端口，可以测试并记录天线接收的方向图，利用方向图的相关参数，可以通过一个经验公式简单计算出天线的增益值，了解掌握天线的发射性能指标。

1 天线系统的维护检修

1.1 天线结构的维护检修

大口径抛物面天线结构体主要由基座、支撑件、天线紧固框架结构以及天线反射面板组成。天线结构体主要是钢件，日常维护保养主要是进行螺丝紧固、处理锈蚀、喷涂保护漆等操作。检查可以分为表面防护、传动与转动系统情况检查、安全保护措施检查、轴角传感系统检查等。表面防护又可以分为锈蚀程度、表面涂覆、室外电器元件防护、紧固件、副面调整螺钉等相关的检查。在检查锈蚀程度时，注意中心体馈源支套是否出现锈蚀现象；检查表面涂覆是否出现粉化现象，室外电器元件防护主要检查线缆的保护情况、室外电器元件的工作环境；紧固件检查和副面调整螺钉主要也是对锈蚀程度、螺钉螺母的松紧程度进行检查和加强。在处理天线锈蚀问题时，可以使用一种金属漆——醇酸磁漆，它是一种具有良好防锈性的金属漆，主要使用在钢铁设备和钢结构上面。

另外，还要注意天线反射面是否平整，如果天线反射面平整度较差，容易导致载波发散引起发射功率的增加，所以必须定期检查天线结构的稳定性，紧固固定结构和反射面板螺杆与螺母，保证天线结构的稳定。对天线结构影响较大的因素是恶劣天气，主要包括强风、雨雪以及冻雨等。强风主要会使天线反射面抖动，引发发射载波的异常，导致功率的提升，甚至会导致同转发器的载波功率提升，产生播出责任事故。雨雪和冰冻天气容易导致天线发射表面被冰雪覆盖，严重影响天线结构体的稳定。在一些南方区域，一个晚上可以产生厚厚的一层冰，最厚的地方可以达到3～4厘米，对上行信号会产生大约10 dB的衰减。因此，对卫星通信地球站来说，及时清除积雪和冻雨是一项非常重要的工作，防止降温结冰导致的安全播出隐患。

1.2 伺服控制系统的维护检修

伺服控制系统主要包括方向传感器、传动电机和丝杠；伺服传动系统主要检查方位轴、俯仰轴、减速箱转轴、丝杠的磨损程度等。

丝杠的维护主要注意设备的防水防尘，及时更换添加润滑油等。防水防尘可以使用保护套，润滑油可以使用二硫化钼锂基润滑油。在更换润滑油时，应首先拆除丝杠保护套，清除原有的润滑油，再涂抹新的润滑油。另外，涂抹润滑油要适量，不要过多。涂抹均匀后，手动调整丝杠位置，先尽可能向一个方向转动到最大的幅度，再反向转动到另一侧的最大幅度，保证让润滑油充分均匀地填充整个丝杠。操作完成后，安装恢复保护套。在条件许可的情况下，最少每半年要做一次天线在各个方向的大角度转动测试，两侧转动角度都应该较大，及早发现可能存在的安全隐患。

在上述操作过程中，应该注意检查俯仰轴、方位轴的传动是否正常，减速箱转抽是否转动正常，丝杠连接销轴是否正常。注意检测俯仰和方位减速箱的密封程度和润滑情况；在传动检查过程中，注意俯仰和方位传动响声和箱体的温度，以及俯仰与方位两个丝杠的磨损状况。

在检修过程中，还需要注意调整修正天线方向的转速，天线各方向的最大转速都不能超过波束宽度的十分之一，我站天线的波束宽度为0.6°，因此天线各方向的最大转速都应该小于0.06°/s。

1.3 天线控制系统的维护检修

天线控制系统的维护主要检查电机运行速度、电机运行电流。本次维护过程中就发现天线电机减速比大，电机低速运行速度值过低，可能会加大丝杠和齿轮机构磨损，因此，在满足跟踪要求的前提下，提高低速设置，使变频器高低速基本一致，方位转速设置为0.032°/s，俯仰转速设置为0.045°/s。另外，需要注意做好信号线和天线控制器本身的接地保护，防止电流涌动对天线控制器造成的影响。在实际工作中，我站曾经出现过一次备用系统的天线控制器异常告警情况，当时天线控制器屏幕显示天线角度出现异常“RunAway”告警，而该天线的下行接收均正常。之后天线场检查也未发现异常，可以判断天线本身状态没有问题，怀疑天线角度方位、俯仰的编码器或者天线控制器方位、俯仰编码器的连接线出现了问题。经过详细检查，发现是由于天线方位编码器的连接线出现接触不良而导致了天线控制器的天线角度“RunAway”异常告警。最后经过重新焊接连线，成功将天线控制器的故障排除。

1.4 天线馈源及波导的维护检修

天馈线系统最薄弱的环节是馈源薄膜，它一旦破损或密封不好，不仅直接影响天馈线系统的性能，而且若有雨水进入馈源将造成非常严重的损失。因此，平时应检查馈源薄膜有无损伤，如有老化、划痕，应该立即更换。在冬季还要防止馈源口被冰凌冻坏，下雪时要及时清除积雪，防止积雪对馈源口装置的挤压和冻坏。此外，高频头和馈源口最好利用高级防水胶布进行封好。本次维护检查的项目主要包括：馈源及波导系统的充气情况、喇叭罩老化情况、线极化面的调整、软波导检查。在本次检修过程中，发现7.3米天线的馈源膜出现老化现象，需要更换馈源膜。要注意，一定选用质量好、耐用且对天线指标影响小的馈源薄膜，更换馈源膜后最好过24小时再进行充气，以保证硅橡胶充分凝固。波导充气机的工作状态很大程度上能够反映天线馈源膜及波导密封性的好坏，因此应保证在充气机开启时最多每隔几小时就能巡视一次充气机的工作状态，因为充气机的频繁启动往往是馈源薄膜出现故障的表现。

1.5 其他

大口径抛物面天线各个系统之间的控制线、信号线、电缆线比较多，还有一部分线缆是从室外天线场地连接到控制机房的，一旦线缆老化开裂就极易导致信号异常或者控制失效，严重的还会出现火情，所以平常就需要多检查。此外，建议使用PVC等材质的保护套管将室外线缆保护起来。

2 天线接收测试方向图和增益计算

天线增益反应了天线的放大能力，我站天线完成本次维护后，进行了一次天线增益的实际测试，以7.3米天线为例，测试方法如下：

将7.3米天线垂直接收信号频谱连接到频谱仪，搜索卫星信标，中心频率设置为信标频率，本次设为951 MHz垂直极化信标。在频谱仪上设置好适当的RBW（10 kHz）、VBW（30 Hz）、Span（900 Hz）。设置好参数后，配合天线控制器进行天线转动，同时使用频谱仪的单扫模式自动生成天线线极化接收测试方向图。

测量并记录第一副瓣的信号电平，测量并记录主瓣的3 dB带宽和10 dB带宽，分别需要测试方位和俯仰方向的两个方向图并作记录。