衛(wèi)星通信基礎(chǔ)知識（五）衛(wèi)星天線的方位、仰角、極化角.docx

衛(wèi)星通信基礎(chǔ)知識（五）衛(wèi)星天線的方位、仰角、極化角(2009-08-19 16:13:28) 標(biāo)簽：星下點饋源經(jīng)度方位角接收天線北半球雜談 要進行衛(wèi)星接收，關(guān)鍵點是衛(wèi)星接收天線的定位，它包括：天線的方位角、仰角和饋源的極化角這三大參數(shù)。 1、 方位角 從地球的北極到南極的等分線稱為經(jīng)線（0180度），把地球分為東方西方，偏東的經(jīng)線稱為東經(jīng)，偏西方的經(jīng)線稱為西經(jīng)。從地球的東到西的等分線稱緯線（090度），把地球分為南北半球，以赤道為界（赤道的緯度為0），北半球的緯線稱北緯，南半球的緯線稱南緯。我國處于北半球的東方，約在東經(jīng)75135度，北緯1855度之間。所有的廣播電視衛(wèi)星都分布在地球赤道上空35786.6公里的高空同步軌道的不同經(jīng)度上，平時我們慣稱多少度的衛(wèi)星，這個度指的是地球的經(jīng)線。衛(wèi)星在地球上的投影稱為星下點，它是位于赤道上，經(jīng)度與衛(wèi)星經(jīng)度相同的地方。如亞太6號衛(wèi)星的星下點是位于赤道上的東經(jīng)134度的位置。我們在尋星時，如果你所在的地方（北半球）的經(jīng)度大于星下點的經(jīng)度，那么天線的方位角必定時正南（以正南為基準(zhǔn)）偏西，反過來，如果你所在的位置的經(jīng)度小于星下點的經(jīng)度，那么天線的方位角是正南偏東。 衛(wèi)星天線的方位角計算公式是： Aarctgtg(sg)/sin-(1) 公式（1）中的g是接收站經(jīng)度，s為衛(wèi)星的經(jīng)度，為接收站的緯度。圖1是衛(wèi)星的方位角示意圖。方位角的調(diào)整方法很簡單，首先用指南針找到正南方，天線方向正對正南方，如果計算的角度A是負值，則天線向正南偏西轉(zhuǎn)動A度，如果A是正值，則天線向正南偏東方向轉(zhuǎn)動A度。即可完成方位角的調(diào)整。2、 仰角 仰角是接收站所在地的地平面水平線于天線中心線所形成的角度，如圖2所示。 仰角的計算公式是： . -仰角的調(diào)整最好是用量角器加上一個垂針作成的仰角調(diào)整專用工具進行調(diào)整。方位角和仰角的調(diào)整順序是，先調(diào)整好仰角，在調(diào)整方位角。3、極化角 國內(nèi)或區(qū)域衛(wèi)星一般都是線極化，線極化分為水平極化（以E表示）和垂直極化（以E 表示）。地面接收天線極化的定義是以衛(wèi)星接收點的地平面為基準(zhǔn)，天線饋源（或極化器）矩形波導(dǎo)口窄邊平行于地平面，則電場矢量平行于地平面，定義為水平極化；反之饋源矩形波導(dǎo)口窄邊垂直于地平面定義為垂直極化如圖3所示。 地面接收天線與衛(wèi)星輻射電磁波必須滿足極化匹配的條件，即水平水平，垂直垂直。假定衛(wèi)星波束中心與衛(wèi)星同經(jīng)度，那么與星下點同經(jīng)度（但緯度不同）的非星下點接收天線能很好地與衛(wèi)星輻射電磁波匹配，而與星下點不同經(jīng)度的非星下點接收天線的極化必須旋轉(zhuǎn)一個角度（即極化角，這個極化角也等于星下點的接收天線所在的地平面與非星下點的接收天線所在的地平面之間的交角）才能與衛(wèi)星電波相匹配。如圖4所示 地面接收天線的極化角P可用下式計算：P = arctgsin(s-g)/tg - (3)從公式可以看出極化角是衛(wèi)星與接收站經(jīng)度差及接收站緯度的函數(shù)。相同經(jīng)度的接收站， p值為0；相同緯度的地球站，經(jīng)度差越大，p絕對越值大，這從直觀上也容易理解。如果波束中心與星下點的經(jīng)度不同，以上式計算將存在誤差，但公式（1）可作為接收站極化調(diào)整的理論基礎(chǔ)依據(jù)。如果衛(wèi)星波束中心與衛(wèi)星經(jīng)度不同甚至相差較大，那么只需將公式（3）中的衛(wèi)星經(jīng)度s換成波束中心的經(jīng)度c就可以了。當(dāng)然計算結(jié)果也只是一個理論值，實際的極化角由具體調(diào)整來確定。 P = arctg sin (c -g ) / tg - (4) c：波束中心的經(jīng)度。一般實際的極化角在公式3和4兩個計算結(jié)果之間,更接近公式（3）的計算結(jié)果。31、極化調(diào)整 311 極化干擾分析 衛(wèi)星電視系統(tǒng)產(chǎn)生極化不匹配主要原因是接收站天線極化匹配不良（極化角調(diào)整不準(zhǔn)）。單極化系統(tǒng)，極化不匹配會產(chǎn)生極化損耗使接收信號降低。對于雙極化系統(tǒng)，多個轉(zhuǎn)發(fā)器所使用的下行頻率可能是有相同的，為此不同的轉(zhuǎn)發(fā)器之間的信號是依靠不同的極化進行隔離的，所以極化如不匹配不僅產(chǎn)生極化損耗，還會產(chǎn)生兩個極化系統(tǒng)之間的同頻正交極化干擾，這種一個極化系統(tǒng)的信號對另一個極化系統(tǒng)信號的干擾體現(xiàn)為噪聲的增加，使接收信號載噪比大大降低，嚴(yán)重時有明顯干擾，甚至無法收看。下面來分析一下這種極化干擾的產(chǎn)生原因，以亞洲衛(wèi)星二號為例，見圖5所示。 從圖中可看出，3A轉(zhuǎn)發(fā)器和3B轉(zhuǎn)發(fā)器所使用的下行頻率有部分是相同的。亞洲衛(wèi)星二號的 3B轉(zhuǎn)發(fā)器有5個SCPC數(shù)字電視載波，每個載波輸出功率回退3dB（轉(zhuǎn)發(fā)器輻射總功率的0.707倍），下行極化方式是水平極化，用ELRP表示其地面信號的電場強度（或電平）；3A轉(zhuǎn)發(fā)器只有一個MCPC（香港STAR TV）數(shù)字電視載波，無輸出功率回退，下行極化方式是垂直極化，用EIRP表示其地面信號的電場強度（或電平）。則得到下式：EIRP= EIRP+ 3dBEIRP/ EIRP1/0.707=1.414所以有E1.414E 假定使用單極化接收天線，準(zhǔn)備接收水平極化的“江西衛(wèi)視”，而饋源未作調(diào)整，極化匹配處于標(biāo)準(zhǔn)的水平極化狀態(tài)，接收地點是南昌，根據(jù)計算極化角P1=28。從圖6的極化干擾分析中得知，衛(wèi)星水平極化波耦合到饋源水平極化端口的主極化分量為E_0=Ecosp1，衛(wèi)星垂直極化波偶合到饋源水平極化端口的反極化分量為E_0=Ecos(90-p1)。忽略所有其它噪聲的干擾，則水平極化的載噪比是：(C/N) = 20lg(EcosP1) / Ecos（90-P1）= 20lgEcos(-28) / 1.414Ecos（90+28）=2.5db顯然此數(shù)值明顯低于數(shù)字衛(wèi)星接收機的門限，也就是說上述狀態(tài)下根本收不到“江西衛(wèi)視”節(jié)目。32 極化角的調(diào)整 調(diào)整極化角之前,先計算理論值,其值有三種情況：P0，P=0, P0，對應(yīng)的極化角調(diào)整方向是，當(dāng)P=0時，接收站與衛(wèi)星同經(jīng)度，其極化為理想的水平（或垂直）極化；當(dāng)P0，此時接收天線的方位角是南偏東，前饋天線饋源順時針旋轉(zhuǎn)（站在天線的前），后饋天線逆時針旋轉(zhuǎn)（站在天線的后）；當(dāng)P0，此時接收天線的方位角是南偏西，前饋天線饋源逆時針旋轉(zhuǎn)，后饋天線順時針旋轉(zhuǎn)。在實際的極化角調(diào)整中，可分二步走：.粗調(diào)：先按計算所得的仰角、方位角和極化角調(diào)整天線指向及饋源旋轉(zhuǎn)角度，使仰角、方位角最佳并鎖定天線指向。.細調(diào)：用頻譜儀分析儀、AGC電壓或衛(wèi)星接收機中的信號強度指示條等方法精確調(diào)整。由于頻譜儀價格高，所以在實際操作中都使用方便簡單的AGC電壓法和衛(wèi)星接收機中的信號強度指示條法。 321 AGC電壓調(diào)整法 AGC（自動增益控制）電壓調(diào)整法是利用衛(wèi)星接收機輸出的AGC電壓來調(diào)整接收天線的極化匹配。該法無需昂貴儀器，只要帶有AGC電壓輸出的衛(wèi)星接收機和萬用表即可，適合普通用戶。 調(diào)整步驟如下：設(shè)高頻頭為單極化（水平極化）的。首先把天線饋源（或極化器）矩形波導(dǎo)口窄邊平行于地平面，并將接收機設(shè)置相應(yīng)的頻道和參數(shù)，使之能收到電視信號（水平極化的信號），緩慢旋轉(zhuǎn)饋源，旋轉(zhuǎn)的方向和角度以計算值P為基準(zhǔn)，找到AGC電壓的最大點，此即為極化最佳匹配位置，鎖定饋源，極化調(diào)整即告結(jié)束。 極化調(diào)整好以后，圖像清淅、穩(wěn)定、無干擾，聲音悅耳、無噪聲，某一端口只能接收某種極化的節(jié)目。極化匹配不好的系統(tǒng)最常見現(xiàn)象是：圖像噪波多，出現(xiàn)大面積色塊畫面時更明顯，有不穩(wěn)定的短白線干擾，或兩種不同極化的節(jié)目在一個端口上均能收到。AGC電壓調(diào)整法一般用在模擬衛(wèi)星電視的場合。322 信號強度調(diào)整法 當(dāng)接收數(shù)字衛(wèi)星電視，因為數(shù)字衛(wèi)星接收機絕大多數(shù)沒有AGC電壓輸出端口，所以AGC電壓調(diào)整法受到限制。 信號強度調(diào)整法是利用衛(wèi)星接收機自帶的信號檢測功能來完成，無需任何儀器。 自帶的信號檢測功能的接收機，當(dāng)進入安裝調(diào)試功能界面時，會顯示兩條指示條。一條稱為信號強度指示條，其值用%來表示，另一條稱為信號質(zhì)量指示條（稱為C/N指示條更貼切些），其值也是用來表示。信號強度指示條用來表示接收機與饋源鏈路的好壞情況，與是否接收到信號無關(guān)，此指示條可用來檢測接收機與饋源