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广播电视卫星接收的极化概念及调整
日期:2011-10-31 7:49:09 阅读:   来源:张启旭

近十几年,随符科技的发展,我国的广播电视发展异常迅猛。就广播接收而言历经了从短波的传频与接收.到微波接力。再到卫星接收的过程;卫星接收使用频段从C波段到KU波段,卫星传输信号从传输模拟信号到传输数字信号,卫星极化从单极化方式到双极化方式。从中可以看出,广播传输手段的发展是如此迅猛而快速,也令我们深感振奋。同时,广播技术的迅猛发展也给我们的维护工作带来了较大的挑战。例如,卫星接收双极化技术的采用.它是用同一信道传输两套节目,大大节约了频谱资源,但同时对极化调整的准确度要求很高,极化调整纳不好,就会影响到接收信号的接收场强的减弱、接收信噪比降低,因此,广播电视系统的极化调整,对广播发射台的安全优质播出就显得非常重要,本文结合作者多年的工作实际,就极化的概念与调整,作一简要叙述。

   极化的概念、极化角、极化隔离度

1、 极化电磁波的极化是指电磁波瞬时电场矢量在与电波传播方向垂直的平面内的变化轨迹。电场矢量的方向就是电磁波的极化方向。极化方式的判别也是由其运动轨迹的型状来判别,主要是看电场矢量投影在与传播方向垂直的平面的运动轨迹。运动轨迹是圆就称为圆极化,投影轨迹是直线就称为线极化,由此说明极化的概念实质就是电磁波的电场矢量在与传播方向垂直的平面内的变化方式。就目前来讲,我国国内和区域性专用卫星大都采用线极化方式,线极化又分为水平极化(E11表示)和垂直极化(E上表示)。

卫星辐射极化波的极化与地面接收天线的极化定义的基准是不同的,卫星辐射的极化定义是以卫星轴系为基准。卫星运动的轨迹近似为圆,如果电场矢量与卫星所在点的圆切线方向一致则称为水平极化,如果电场矢量方向卫星运动轨迹平面垂直(与赤道平面垂直)称作垂直极化。

地面接收天线极化,天线极化是指在主波束轴线上所辐射电磁波的极化即电场矢量方向。对于天线系统,其辐射和接收应为相同极化,即极化匹配,为此某种特定的天线只能接收相同极化状态的入射波。工程中对极化的调整,通常都是以天线馈源的矩形波导短边为参考,短边与地面平行,则电场矢量与地面平行,称水平极化。反之,矩形波导短边与地面垂直,即电场矢量与地面垂直,即为垂直极化。(如图l)

2、 极化角度的计算我们都知道卫星的定位是在赤道35768公里的天空。显然与卫星同经度的接收站天线能很好地与卫星辐射电磁波匹配,形成很好的接收效果。而与卫星经度不同的接收站,接收卫星信号时,接收站天线必须调整好一个角度才能与卫星幅射电波相匹配。对于简单圆波来覆盖,地面接收天线的极化角P可用下式计算:P=arctg[sin(Φs一Φ9)/t9 0]

其中:Φs为卫星经度;Φg为接收站经度;0为接收站纬度。从公式可以看出极化角是卫星与接收站经度差及接收站纬度的函数。相同经度接收站的纬度越高,P(极化角)的值越小;相同纬度的地球站经度越大,极化角越大,这在直观上较容易理解。

如果,卫星波束中心与卫星经度不同甚至相差较大时,又会是怎样的情况:实际上,位于卫星波束中心的接收站天线极化,能与卫星辐射电磁波较理想匹配,因为随着波束中心偏离与卫星同经地区,卫星波束的极化也做了相应的改变。也就是说,卫星辐射波的极化,还不是较理想的极化(水平或垂直极化)而是变化了角度。因此这就为我们提出了一个如何求证波束中心以外卫星接收天线的极化角度的问题。一般的计算为将Φs卫星的经度换成Φc波束中心的经度来计算P值,即极化角度。

P=arct9[(Φc一Φg)/tg Φ]

其中,Φc:波束中心的经度;Φg、Φ0分别为接收站的经纬度。

3、 极化隔离度极化隔离度的概念是随着极化及频率复用技术的出现而诞生的,它是为节约频率资源,采用两个声道用—个频率互不干扰地 传送两组独立的信息。极化隔离度反应的是卫星传输质量的一个重要指标。对卫星广播电视系统而言,正交极化隔离度取决于二段:即从卫星地球站发射到卫星接收,从卫星发射到地面接收站接收。在这里我们只讨论下行空间与接收。

对于接收系统,产生极化干扰的主要原因:一是卫星发射本射极化不纯;二是空间去极化效应;三是接收站天线极化隔离度不佳;四是接收天线极化匹配不好。

此外,影响地球站接收的极化不好的原因,还有空间的去极化效应,主要是有电离层中的法拉弟旋转效应,大气中的云层、雨滴,这样影响往往时间短,强度也较小。接收天线的极化隔离度取决于反射面和馈源的极化特性,以及安装水平。接收天线的匹配不良,可通过精心调整达到最佳。下面就重点谈谈极化的调整。

极化的调整

对于单极化,极化调整不匹配,就会产生极化损耗,使接收信号(接收场强)降低.对于接收双极化系统,极化调整不匹配,不仅会产生极化损耗降低接收信号场强,还会产生同频正交信号的干扰,增加噪声电,使接收信号载噪比大大降低,严重时无法实施接收,达到较好的收转效果。极化角度的调整,首先在调整前根据已知接收站的经纬度,应用公式P=arctg[sin(Φs一Φg)/tg 0】算出,其值有三种情况,P>0,P=0,P<0,我们已水平极化为例进行说明。(如下图2)

此图都是逆着时磁波方向调整的示图。即人面迎电磁波的入射方向。当P=0时,接收站与卫星是同经度,其极化为理想的水平或是垂直,但实际上,多数情况下,接收站和卫星不在同一经线上,所调整的极化角也就各不相同。当P>0时,此时接收天线的方位角是南偏东,前馈天线极化馈源向顺时针方向旋转,后馈天线向逆时针方向旋转。当P<0时,此时接收天线的方位角是南偏西,前馈天线馈源向逆时针方向旋转,后馈天线馈源向逆时针方向旋转。

在实际的极化角调整中,可分二步,粗调和细调。粗调先按计算所得的俯昂角、方位角调整天线的指向,再根据计算的极化角调整馈源的旋转角度,通过较慢的转动天线的方位和俯昂找到天线最佳接收点,即接收场强最大点,锁定天线指向。细调,就是利用仪器进行对信号接收的精确调整。下面介绍三种利用仪器调整极化的方法。

1. 频谱仪调整法

谱仪调整法主要是利用恒星信标即下行频率信号,一般情况下用峰值法进行调整,也可用谷值法调整。这里我们就介绍峰值法调整。调整前应知道要调整节目的下行频率,如:中星6B的4175.0MH的垂直极化信号。首先将LNB连接到馈源的垂直极化口,慢慢的旋转馈源找到垂直接收下行频率的最大峰值点,然后锁定馈源,即极化调整完成。(如下图3)

2. AGC电压调整法

AGC(自动增益控制)电压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,这种方法简单易操作,也可达到较好的调整效果,连接方法。(如下图4)

调整方法:首先视接收信号的要求将LNB接在适应的极化端口(水平极化或是垂直极化),再将接收机设置在相应频道和参数,使之能接收到卫星信号,并记下显示的AGC电压值D,然后,将接收机调到无节目的频道,如AGC电压低于D,则说明AGC电压是随着接收信号的大小而变化的,再将接收机调回到预接收节目的频道,调整馈源。找到AGC电压的最大值。找到最大值的方法分别右左两侧旋转.分别找到右左两侧AGc电压的最小值.并做下标记,再将馈源调整到右左两侧最小值的中间位置,即为AGC电压最大锁定馈源,极化调整结束。

3. 信号强度调整法

当我们接收数字卫星节目时,而大多数的数字卫星接收机又没有AGC

电压输出端口,最常用也是最有效的就是有信号强度调整法。就是将一台接收机拿到天线附近,直接连接在LNB上,(如下图5)

调整方法是:(1)根据预接收信号的极化方式将LNB连接到馈源上相应的极化接口,即水平极化或垂直极化。(2)按着接收节目的参数设置接收机使其处于显示信号强度的状态。

(3) 缓慢旋转馈源方法同AGC调整法找最大值的方法相同,找到信号强度最大点,然后锁定馈源。完成了极化调整。

极化是否调整好,主要看同一载波显示的其它节目的信号强度是否一致或是相近,若是出现强度相差明显则说明调整不良。

广播电视的收转与播出,其极化的调整是保证广播电视播出质量的一个重要环节,把握好极化的概念,性质,及实际工作中对极化的准确调整对我们从事安全播出工作是大有益处的,在此也希望我们从业的广播电视工作者,能积极地总结广播电视维护工作的经验,交流沟通,促进广播电视在新时期更好的发展。