世界各國的廣播電視節(jié)目，現(xiàn)在幾乎都通過地球同步衛(wèi)星來覆蓋全球。我國各省市的節(jié)目也都上了衛(wèi)星。目前，覆蓋我們亞太地區(qū)的衛(wèi)星節(jié)目就有500多套，千家萬戶天天收看收聽的幾十套有線電視節(jié)目，有2/3以上來自于衛(wèi)星。隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，原來一個衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器只能發(fā)送一套模擬電視節(jié)目，現(xiàn)在可同時傳送4套以上高質(zhì)量數(shù)字電視，還有其它多媒體信息。會有越來越多的專業(yè)人員和愛好者需要掌握和了解有關(guān)的知識及實踐經(jīng)驗。
作為一名廣播電視工程師，雖10多年前就開始接觸衛(wèi)星接收設(shè)備，但許久以來，在安裝調(diào)試過程中一直困于那些繁雜抽象的參數(shù)和計算公式——接收點的經(jīng)度和緯度、目標(biāo)衛(wèi)星的經(jīng)度、地磁偏角、方位角、俯仰角……，這一系列相互間毫不相關(guān)的數(shù)據(jù)要計算出來，并且必須地對上才能收到目標(biāo)信號。而調(diào)試現(xiàn)場所能得到的工具往往只有一個函數(shù)計算器、一把鋼卷尺，外加一只指針晃來晃去的羅盤，誤差大，定位很難。
后來，經(jīng)過理論學(xué)習(xí)和平時的實踐積累，對同步衛(wèi)星的軌道，在頭腦中已建立起了一個較為形象的模式?，F(xiàn)在不要通過計算，對不同型號的接收天線，用一把鋼卷尺和自己做的軌道立體模型——一只帶提手環(huán)的空油漆桶，再以其它常用衛(wèi)星的模擬信號為參考，就能快速地把目標(biāo)衛(wèi)星找到。今天希望通過以下的分析和描述，使讀者心中同樣也能建立起這種形象模式。
2衛(wèi)星信號覆蓋的立體分析
21從衛(wèi)星的角度進行觀察——地球像半熟的蛋
閉上眼睛，設(shè)想一下，你是一位宇航員，正在赤道正上空離地面35840km的同步衛(wèi)星里往下看地球，所看到的地方也就是衛(wèi)星信號所能覆蓋到的地區(qū)。
1）單顆衛(wèi)星信號所能覆蓋的面積為地球總表面的42%左右。但在南北兩極緯度82°以上是盲區(qū)。
2）地球上雖然有高山和深海，但從衛(wèi)星上看起來，是一個表面平滑的圓球——半徑6378km，表層地殼輕而薄，平均厚度為30km（不到總半徑的1/200，若按比例還沒有雞蛋殼厚）；地殼下面是3000km厚的半流質(zhì)的地幔；再往下3000多km是溫度、壓力極大、比重極重的外流內(nèi)固的地核。因此，用“煮得半熟的蛋”來形象地比喻地球的構(gòu)造是最恰當(dāng)不過了。
22從接收天線的角度進行觀測——衛(wèi)星軌道像彩虹
把地球的赤道像一個個水波浪同心圓似地向外擴展，當(dāng)向外擴大6倍半徑時，就是同步衛(wèi)星的分布軌道了。軌道看似簡單——只是一個二維的平面圓，可是由于地球是一個三維的球體，在這個球面上的不同地方看這個圓軌道時，所見到的“景象”是不一樣的，總的來說可以用以下幾點來概括：
1）在地球上的大部分地方，所“見到”的衛(wèi)星軌道形狀像一抹掛在南邊（對北半球而言）地平線上的彩虹，彩虹頂部方位在正南
2）觀察點越靠近赤道，彩虹就越高、越長、越圓，直到像一座從頭頂跨過的圓拱橋。（見圖3）
圖3低緯度時的衛(wèi)星軌道
3）觀察點越靠近兩極，彩虹就越低、越短、越平，靠近盲區(qū)時彩虹就像落日一樣漸漸從正南面（對北半球而言）的地平線上落下去
23歸納和總結(jié)——油漆桶模式
經(jīng)過上面兩小節(jié)的描述和圖示，大家對衛(wèi)星軌道有了一個基本的形象概念，知道了在地球上不同接收位置，目標(biāo)衛(wèi)星在天空中的大致方位——偏東偏西、是仰是俯。在實際的安裝調(diào)試過程中，常規(guī)的做法是通過繁復(fù)的數(shù)學(xué)計算或查閱，算出方位角后再經(jīng)換算，才能知道偏東還是偏西幾度，這個過程對調(diào)試現(xiàn)場的工程師來說十分不便，既不直觀又容易出錯。后來受機械制造過程的啟發(fā)——設(shè)計階段用計算器、比例尺，乃至計算機中的CAD，可到了生產(chǎn)一線，就用游標(biāo)卡尺、千分尺和樣板卡片等這些形象直觀、使用方便的工具。在衛(wèi)星現(xiàn)場調(diào)試現(xiàn)場同樣也需要這樣一類的工具，常用的羅盤、卷尺、量角器這些都容易得到，可到目前為止，就是沒有人去做直觀明了的“樣板卡片或模型”。跟機械上常用的樣板相比，衛(wèi)星上用的可能要難做一點，因為它是立體的，又有多個參數(shù)要能隨機調(diào)整，加上實際軌道的形狀平時大家誰都沒親眼見過，進行立體想象有些難度。筆者為找衛(wèi)星軌道模型而頗費腦筋，用過地球儀、太陽系模型、籃球上扣鐵環(huán)、用激光筆模擬衛(wèi)星信號等等，結(jié)果都不理想，直到偶然間倒轉(zhuǎn)了接收天線和衛(wèi)星軌道相對運動的參照系——以前的思維模式是地球和衛(wèi)星軌道都是相對不動的，動的是天線的接收位置在動?，F(xiàn)在倒過來，無論天線在那里，環(huán)顧地面四周，都像站在一塊巨大無邊的平面上，變化的是衛(wèi)星軌道在天空中的形狀和位置，這樣思考一切就迎刃而解了，也找到了理想的“模型“——一只帶蓋子和提手的油漆桶
把油漆桶放在桌上，正面朝南（提手環(huán)的兩頭東西向），在桶上面放一塊圓墊，厚薄要使得其上表面到提環(huán)轉(zhuǎn)軸的上下距離是提環(huán)半徑的1/7，圓墊中心按一枚小圖釘，再把半圓的提手用記號筆作36等分，模具就這樣做好了。雖簡陋，但很實用。
使用方法和實例：杭州（東經(jīng)120度，北緯30度），要收134°E的亞太1A衛(wèi)星。那么 先把桌上的油漆桶的提手環(huán)向上拉垂直，然后慢慢向前（南面）傾斜30°，固定牢。這時，圓墊表面就是大地，圓心上的圖釘就是接收天線，看到的提環(huán)就是像掛在南邊天空的彩虹的同步衛(wèi)星軌道，提環(huán)的點就是120°E同步衛(wèi)星的位置，提環(huán)上記號筆做的32等分標(biāo)記每一格5°（180°÷ 36格＝5°/ 格），點東邊個點就是125°E衛(wèi)星，偏西一格就是115°E衛(wèi)星，134°E的亞太1A就在頂點偏東3格的位置。用一支小激光筆，從圖釘出發(fā)射向環(huán)上134°度的位置，那么這束激光就能“打到”目標(biāo)衛(wèi)星，此光束也就可以作為天線方向調(diào)整時的參考。若在南半球，則提環(huán)向北傾斜相應(yīng)的角度就行了。就這么簡單，關(guān)鍵在于要去掉早已深深印在你腦海里的圓圓的地球儀模式，代之以“人在地球上任何位置，可以完全當(dāng)作是站在一塊巨大無邊的平面上來觀察天空中的衛(wèi)星軌道”。
3應(yīng)用中的一些重要細節(jié)
31極化問題中的誤區(qū)
在整個調(diào)試過程中，天線拋物面的方位調(diào)試是最難的一個環(huán)節(jié)，接下來的機械調(diào)整就是高頻頭（LNB）的極化方向了。雖不很難，但對信號的質(zhì)量好壞有很大關(guān)系。在這里要分析的并不是如何進行具體操作，而是要指出有關(guān)信號極化問題的一個認識誤區(qū)——衛(wèi)星上發(fā)射下來的兩個極化相互垂直的信號到接收天線的高頻頭后也一定相互垂直。
目前，同步衛(wèi)星的下行信號基本上都采用水平加垂直的極化方式，以增加相鄰頻道之間的隔離度。我想大多數(shù)資料和技術(shù)人員許多年來一直想當(dāng)然地認為他們接收到的信號必定也是相互垂直的，至少我自己也很長時間這樣認為，直到有幾次在調(diào)試雙極化饋源或雙極化高頻頭時，發(fā)現(xiàn)把它們做單極化接收時都可以收到很強的信號，可到了雙極化，顧了這頭就顧不了那邊，只能折中，可兩邊的信號強度都比單極時要弱不少，為什么加大了天線尺寸，卻沒有得到應(yīng)有的強度？
在單極的情況下，各自都能收到很強的信號，這說明無論是水平還是垂直，大天線的確都收集到了更多的電磁信號，可兩種信號的利用率卻不能同時做到，問題肯定出在信號接收器上。仔細觀察雙極化饋源和雙極化高頻頭，它們的兩個波導(dǎo)和檢波振子都相互垂直，再三測量，毫無問題。困惑了好長一段時期，查找了不少資料，仍沒找到原因。用油漆桶做了一個地球和同步衛(wèi)星軌道的模型，對照著進行觀察分析和畫圖計算，終于豁然開朗——其實，在不同的地方接收不同的衛(wèi)星，信號到達高頻頭時，兩組信號之間的夾角會產(chǎn)生立體的幾何畸變，端面也會產(chǎn)生前后傾斜，而廠家生產(chǎn)的雙極化饋原和高頻頭的兩極都是標(biāo)準(zhǔn)垂直的，極化夾角和端面不能作隨機調(diào)整，使得信號接收器無法同時兼顧好兩組信號，所以會產(chǎn)生上面提到的那種情況——單極都能收好，到了雙極就只能勉強兼顧。至于具體的立體幾何分析這里就不展開了，“幾何畸變”也是到目前為止所能找到的解釋，同行們也許還有更深層次的研究。
32正饋和偏饋
幾年前我國上星的省市臺還不是很多，衛(wèi)星下行信號基本上用的是C波段 ，接收天線也大多是12m以上的正饋天線。近幾年來，隨著Ku波段和數(shù)字技術(shù)的開發(fā)利用，天線的口徑大大減小了，但對反射面的精度要求提高了，這些促使了偏饋天線的大量使用，一般地方只要06～09m的口徑就夠了。與正饋天線相比，偏饋有很多優(yōu),如無饋原阻擋、表面精度高，故天線效率可達75%；安裝靈活，可“朝天”、可“朝地”，既可“落地”、也可“上墻”。當(dāng)然，也不是都是優(yōu)點，在方位調(diào)試過程中就沒有“正饋”來得直觀，下面就偏饋天線的“尋星”問題作些分析。
1）幾何成型原理——找一座饋源獨桿支撐的普通板狀正饋天線，爬到上面，用一把小電鋸，貼著饋源支桿的根部，向上或向下鋸一塊06～09m口徑的反射面，連支桿一起鋸下，這就是一個完整的偏饋天線了。向下鋸的，就是朝天的裝法；向上劇的，就是朝地的裝法。正規(guī)廠家的偏饋天線在調(diào)試時，只要把饋源支桿的指向?qū)?zhǔn)目標(biāo)衛(wèi)星就可以了。
2）偏饋饋源——偏饋天線一定要用波紋呈漏斗狀的偏饋饋源，而正饋的波紋盤為水平狀。
33一些容易疏忽的環(huán)節(jié)——氣候、電纜及接頭、儀器等
1）氣候——主要問題有“雨衰”、“日凌”和“積雪”，前兩個問題無法人工控制，只要屆時知道信號劣化的原因即可。對“積雪”則要相對重視，剛下雪時積雪還是較為均勻地分布在整個天線面上，這時對增益和聚焦的影響還不是很大。要注意的是在積雪融化時，上半部分融化得快，上半部化了而下半部未化時，就嚴重影響聚焦，要及時清除積雪。
2）電纜及接頭——從天線高頻頭下來的信號頻率在1000MHz左右，大大高于我們家里用的50～500MHz的有線電視信號。所以，對衛(wèi)星天線來說，其電纜和接頭一定要用得考究些，若線路超過50m則用－7以上的電纜，兩頭再轉(zhuǎn)成細芯或做小線過度。對1000MHz信號，同樣傳100m距離，－9的電纜要比－5的電纜少損失4～5dB。還要注意，衛(wèi)星高頻頭和接收機用的連接頭大部分是英制的，若用CATV上的公制接頭（口徑和螺距都不同），會偏大些，不易擰緊，盡量要用英制的。
3)儀器——在找星儀器方面，前幾年用了一個“快捷型指針式尋星器”，其實就是一個1000MHz簡易場強計，使用時要專門一個人去控制增益旋鈕，還不能辨別目標(biāo)信號和臨近位置其它星的信號，容易出錯。不久前，買了一臺監(jiān)測CATV信號的簡易頻譜儀，頻率為1000MHz，國產(chǎn)的，6000多元，想試著用它來測高衛(wèi)星信號。開始還不敢用，怕電纜上的10V多直流電壓會把頻譜儀擊壞，后來接上一只工分器，一路接到接收機，另一路輸出用數(shù)字萬用表量了一下，沒有大的直流電壓，這才大膽地接到頻譜儀上，一測，還不錯，信號頻譜歷歷在目，大小間隔清清楚楚，既能看出強度，又能分辨不同星之間的頻譜差異，更方便的是還可以把機房里正在使用的衛(wèi)星信號，分出來用長電纜回送到天線旁邊，看著頻譜儀上的直觀顯示把天線微調(diào)到狀態(tài)，既快捷準(zhǔn)確，又無須中斷信號,十分方便。