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频率复用情况下如何调整卫星接收天线的极化角

2005-11-01 徐雪娥 湖南电视台 依马狮网


    在卫星广播中,为了充分利用频谱资源,采用了所谓的“频率复用”技术,即在同一频带内传送两套不同的信号。频率复用技术是在卫星广播中利用了两种不同的极化方式。
    电磁波在空间传播时,其电场矢量的瞬时取向称为电磁波的极化方向。当时间变化时,若电场矢量的方向始终平行于某一直线,这样的无线电电波就称为线极化波。线极化波可以按照极化方向分为垂直极化和水平极化两种方式,所谓垂直和水平均是根据特定的平面来决定的。在两种极化波之间存在着所谓的“极化隔离”,具体说来就是水平线极化天线接收水平极化波,而不接收垂直线极化波;反之垂直极化天线接收垂直极化波,而不接收水平极化波。这样在同一频率范围内,我们同时使用水平线极化波和垂直线极化波来传送两路信号,两者之间互不干扰。这是由于天线的极化方向与接收电磁波的极化方向相互正交。现在许多卫星电视广播利用这一特性,实现极化复用,在一个频道带宽内传输极化方向正交的两套电视节目。
    区域性的卫星广播普遍采用线极化方式,其优点是设备相对简单,而缺点是接收天线调整复杂一些。湖南卫视就是其中的一例。
    目前在区域性的卫星广播业务中,通常采用水平极化和垂直极化这两种正交极化方式。与圆极化方式不同,采用线极化时,要考虑由于卫星接收天线的馈源安装方向不正确引起的极化失配问题。极化失配会产生交叉极化干扰,从而影响广播卫星的频率复用。
    通常,对于卫星广播和卫星通信中使用的线极化方式有两种不同的定义方法:
    (1)倾斜线极化( canted linear polarization)
    定义垂直极化矢量垂直于卫星天线波束中心的轴线,并且位于该轴线和波束中心当地的铅垂线所构成的平面之内。定义水平极化矢量垂直于卫星天线波束中心的轴线,并且位于波束中心当地的地平面之内。
    (2)赤道线极化( equatorial linear polarization)
    定义垂直极化矢量垂直于卫星天线波束中心的轴线,并且位于该轴线和地球地轴所构成的平面之内。定义水平极化矢量垂直于卫星天线波束中心的轴线,并且位于地球的赤道平面之内。
    通常广播卫星采用赤道线极化的定义,同时我们可以看出线极化与卫星天线波束中心的位置密切相关的。
    以前馈天线为例,从馈源向反射面看,在接收正南方向的卫星时,馈源法兰盘的窄边代表了天线的极化方向;在接收西南方向的卫星时(接收地点的经度大于卫星的经度),需要将馈源逆时针转动一个极化角;而接收东南方向的卫星时(接收地点的经度小于卫星的经度),需要将馈源顺时针转动一个极化角,具体见下图。

频率复用情况下如何调整卫星接收天线的极化角

    在频率复用情况下,则要非常仔细地调整接收天线的极化角,才能接收好卫星电视信号。
    下面以接收湖南卫视信号为例,介绍卫星电视信号在频率复用情况的正确接收方法,这3种方法是将理论与实际工作相结合总结出的有效方法,供参考。
    湖南卫视于1997年元月1日正式上星播出,在亚洲2号卫星6B转发器,上行频率6072MHz,下行频率3847MHz,FEC3/4,字符率4.42Mbps,下行水平极化方式。
    湖南卫视播出后,部分用户反映通过卫星收看湖南卫视时信号不好,比同转发器的广东卫视、湖北卫视等信号弱,经分析,是由于接收天线的极化角没有调整好,如上所述,为了拓宽频率使用率,卫星通信技术一般采用频率复用技术,即在水平与垂直方向同时使用同一频率,而在湖南卫视的反极化方向上有同一频率的另外一个载波,如果接收天线的极化方向没有调整好,则这些载波将会对湖南卫视的信号产生干扰,使湖南卫视在接收时的信噪比C/N降低,体现在某些接收机显示信号强度在屏幕上,则明显比同极化器的另外省的卫视信号弱,当C/N的下降使接收机判决输入信号的Eb/No值小于Eb/No(码元能量/噪声密度)门限时,图像质量会急剧恶化,甚至收不到信号,造成数字卫星接收机图像出现马赛克或“死机”。要解决此问题则需非常仔细地调整接收天线的极化角。
    (1)频谱仪调整法
    用频谱仪接入LNB的垂直极化信号,频率是水平极化信标,4197.5MHz或4199.5MHz,在频谱仪上看到耦合过来的信标后,将馈源顺时针或逆时针旋转——小角度(3-5°),如信标信号减小,继续顺(或逆)时针转动。如信标信号增大,则逆(或顺)时针转动,转动时要慢,反复旋转馈源,找到最小点后再锁定馈源,极化匹配调整完毕。
    (2)模拟卫星接收机调整法
    用一台模拟制式卫星接收机,接入LNB的水平极化信号,将模拟接收机的参数设置为中心频率3980MHZ,在监示器或电视机上将会看到图像,旋转馈源,将此图像调至完全没有(调整馈源时要顺时针或逆时针调整),则基本上可判断极化调整准确,锁定馈源。
    (3)AGC电压调整法
    AGC(自动增益控制)电压主调整法是利用卫星接收机输出的AGC电压来调整接收天线的极化匹配(如东芝接收机有AGC输出),首先将LNB的垂直极化输出接到东芝C4的接收端,频率调整到3980MHz或相应的频道。使之能收到电视信号。用万用表接收AGC输出,调整馈源找到AGC的电压最大值M。为确保极化匹配最佳,可用峰值平均法将馈源顺或逆时针慢慢旋转,使AGC电压比最大值M下降某一数值(如0.6V),将此时馈源的相对位置记1。将馈源逆(或顺)时针慢慢旋转,使AGC电压跨过最大值M后又下降到同一数值(如0.6V)相继时馈源相对位置作记号2,最后将馈源转到记号1和记号2之间,此即为极化最佳匹配位置,锁定馈源。
    本文论述的几种卫星接收天线极化角的调整方法,在湖南卫视上星以来,先后给遇到上述问题的用户(城市有线网、企业台、宾馆等)提供了帮助,解决了实际问题。

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