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卫星接收中极化角的调整

[日期:2016-10-18] 来源:  作者: [字体: ]

 

  在接收卫星中,我们常常谈到极化,所谓的极化是指电场的瞬时分量随时间变化的方式或方向。极化大致可分为圆极化和线极化两种,圆极化又分为左旋圆极化和右旋圆极化,它们用于早期的日本、韩国和俄罗斯卫星,现已很少使用,线极化又分为垂直极化和水平极化两种,现在广泛应用于卫星信号传输当中,本文重点谈的就是线极化。而极化角是指由于接收者所在位置与卫星所在地经度差加大及地球曲率的影响,而使天线馈源波导口相对于地面所形成的倾角,它是卫视接收中除方位角和仰角以外的又一个重要角度。尤其是当前小口径天线接收,极化角调整显得更为重要,甚至可以说是调星成败的关键因素,而这一点往往又被初学者所忽视,调整一个月而未果者大有人在,因此很有必要作一重点介绍。
  
  之所以要调整极化角,其目的就在于使接收天线与卫星极化良好匹配,以高效率接收 微弱的卫星信号。极化角的计算公式是:P = arc tg (sin Δφ / tgθ ), 式中Δφ为接收地点经度与卫星定点经度之差,θ为接收地点的纬度值,显然当Δφ = 0时,极化角P = 0,如本地经度为128度,接收128度日本JCSAT-3卫星时,极化角为0度,除此之外均存在一定的倾角。当计算结果为负值时,表示的是接收南偏西的卫星,此时高频头应逆时针旋转(人面对天线接收面调整);极化角为正值时,表示接收的是南偏东的卫星,高频头应顺时针旋转,即顺转为正,逆转为负,一定不要搞混。还可简记为:不管天线原来在什么位置,只要天线向东转,调整极化角时,高频头一定顺时针旋转,反之亦然。
  
  我们再来看高频头的极化设置,图一示出了最简单的单极化单输出高频头的极化。图中的位置即水平极化,无论向哪个方向旋转90度,都变成垂直极化,初学者往往从外观来判断极化,即认为图一状态为垂直极化,这是错误的。极化的标定是以高频头波导腔内的天线振子(铜探针)为依据,振子与地面平行即为水平极化,振子与地面垂直即为垂直极化。这种高频头多用于早期的卫视及工程上接收,原中星5号及亚洲1号上的国内节目均为水平极化,后来转星到亚太1A上时,双极化高频头才大量应用起来。
  
  图二示出了C波段双极化单输出高频头的极化情况(以PBI为例),这种高频头可以认为是两个单极化高频头合用一个馈源的结合体,但一次只能输出一个极化(也有两个极化同时输出的)。这种高频头馈源筒内有两个互相垂直的极化探针,分别对应两个极化,至于哪个是垂直或是水平极化,并没有严格的定义。假如将高频头旋转90度,那么原来接收垂直极化的振子现在变成了水平极化振子,而另一个水平振子则相应变成了垂直,水平振子和垂直振子永远呈90度垂直状态。卫星接收机规定:垂直极化时输出13V电压,水平极化时输出17V电压。为了与接收机的设定一致和方便调星,我们应把高频头的实际接收状态调整的和接收机一致。图二所示即为规定状态,有些高频头上有极化角刻度值,便于识别。实际上13/17V电压不仅是高频头的工作电压,也是水平与垂直极化探针的切换电压。高频头内部的工作电压一般为8V,由一块7808三端稳压器提供,故高频头的实际工作电压是很宽的:垂直极化电压可在11V-14V之间,水平极化可在16V-24V之间,若其中的一个极化损坏,仍可当单极化头使用,此时接收机设定在水平或垂直状态均可工作,而实际的极化则取决于高频头的状态了。
  
  图三示出了Ku双极化单输出高频头的极化状态(以ASK头为例)。由于其工作频率高,故其馈源和探针都比C头小得多,其馈源筒内也是由两个互相垂直的振子组成,情况 与C头十分类似,在此不在多述。笔者曾谈到C段与Ku段双极化高频头的极化角相差90度的问题,实际上,水平就是水平,垂直就是垂直,这些都是与接收机的设置一致的,只不过是其外观相互垂直而已,是为初学者易接受针对安装位置相对而言的。因为无论是C段还是Ku段高频头,其馈源口都是密封的,无法看到里面的天线振子,只能从外观加以区别 ,这一点从图二、三中很容易看出来。无独有偶,当我们在一面天线上安装多个高频头来进行多星接收时,或直接使用C/Ku复合高频头时,的确有极化相反的例子。本人用过多种复合头,早期爱好者自己改制的完全可以自己调整,而恰恰相反是PBI-4200的正规产品,产生了C、Ku极化相反(相差90度)的问题。即若C波段定义为正常情况(与接收机设置一致),则Ku波段与正常相反,如接收水平极化的省台、中央4、9台节目,必须将接收机的极化改成垂直才能正常接收 ,接收国际电传新闻台时,也须将垂直改为水平才能收到,给实际操作带来了一定麻烦,也会使初学者不知可否。
  
  有了以上对基础知识的了解,《卫视传媒》今年第17期高忠义朋友的困惑说白了就是一个极化角的调整问题,我们就不难这样解释:既然已经收下了信号,高频头肯定就是好的,关于“极化错位”,显然是调整不当所造成的。由于文中表述并不清楚,估计ASK是Ku高频头,用来收亚太2R的,而普斯高频头是C段的,用来收亚洲2号的,并非是同一只高频头。文中言“慢慢转动天线,方位角、仰角、极化角几乎都转遍了,就是无信号”,如果真的出现极化相反的情况,只要将高频头转动90度(顺、逆时针均可)即可圆满解决问题。而一般情况下,只要转动60度以上,便可收到信号,怎么能极化角转遍了也无任何信号呢?还是记住最基本的知识吧,与地面平行的振子接收的是水平极化,与地面垂直的振子接收的是垂直极化,根据不同的地点和不同的卫星,适当调整极化角,就会一劳永逸,事半功倍的。
  
  常州地区的经纬度:E119度58分,N31度48分

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