卫星面天线除雪系统的构建

范学东国家新闻出版广电总局725台



卫星面天线除雪系统的构建

范学东
国家新闻出版广电总局725台

摘要：卫星面天线的积雪问题一直是北方地球站和各个发射台冬季安全播音的一个重要问题，文章分析了现有的四种除雪装置的优缺点，并从无线局实际情况着手，与台站的信息化建设相结合，设计了两种除雪装置，并构建了除雪装置远程智能控制系统。

关键字：卫星面天线 除雪 鼓吹热风 隔离腔体热交换 远程智能控制

在卫星信号传输中，如果卫星面天线表面被冰雪覆盖，会严重影响地球站发射端卫星信号的上传，以及基层台站接收端信号的接收。在一般情况下，卫星面天线上的积雪厚度达到1cm左右时，接收端基本上接收不到信号，这就增加了节目传输部门的工作强度，更对安全传输发射任务带来了极大的隐患。另一方面，由于天线上积累了大量冰雪，增加了反射面重量，造成天线结构变形，从而降低了天线的面精度和接收效果，也增加了驱动装置的负载。因此，有冰雪天气的各个台站需要安装除雪装置。除冰雪装置的设计应当具有可靠性高、结构简单、安装维修简便、可远程控制和监控的特点，同时不能因为安装附属设备使天线变形而导致反射面精度降低，影响天线性能。本文设计了两种面天线除雪装置，并构建了除雪装置远程智能控制系统。

1　雪衰对信号的影响

雪衰就是无线电波在传输过程中，受到雨雪影响导致信号被吸收，由强变弱，甚至大幅度减弱的现象，它是影响上行站节目源传输和地面站接收质量的重要因素，尤其是对Ku波段面天线影响更为严重。

这种情况下可以通过两种技术方式增大信号的接收效果，一种是提高卫星发射台的发射功率；一种是增大地面接收仪器的设备灵敏度，但是这两种方法都没有从根本上解决问题。卫星天线无论是在地球站上行站还是接收台站，包括我们无线局的绝大多数基层台站和一些地方的广播电视台，使用的都是面天线，无论是前馈式、后馈式和偏馈式天线，为了对准地球同步卫星，地球站和发射台的面天线都要有一定的仰角才能对准同步卫星，对于北方的地区的台站而言，虽然越是靠北纬度越高，仰角越小，但是雨雪天气却更为频繁，对于南方的一些台站在这些年同样面临雨雪天气的影响，因为仰角大的问题，如果遇到雨雪天气，受到的影响会更加的明显。这些站台都需要安装卫星面天线除雪装置。

2　除雪装置的现状及缺点

现在无线局地球站和北方的发射台站在冰雪天气时除雪的方式基本上有四种。

2.1 最普遍的一种就是人工除雪

人工除雪在实际工作中存在很大的安全隐患，而且除雪不及时也不彻底：在除雪的过程中人体也会受到大强度的微波辐射，对人的身体造成损伤。

2.2 风吹

现在在地球站和一些发射台站存在，在面天线的旁边安装鼓风装置，通过管道到达面天线的上方，对准面天线进行吹风。在干冷的情况下效果比较好，但是雪有一定粘性，尤其在雨雪天气里这种方式并不能彻底地把雪清除干净，导致上传卫星信号强度衰减，需要增大发射功率，而接收站接收到的信号强度也被冰雪严重衰减。而当风量足够大的时候，虽然可以将面天线上的积雪清除得较干净，但是有可能会引起面天线的轻微摆动，最终会影响地球站的上星的准确度和地面接收站的接收精度。

2.3 使用高压水枪

需要多人进行操作，而且在持续降雪的天气需要不断进行清理，操作繁琐且劳动强度大，在天线表面容易结冰。现在有一种在面天线周围安装水喷嘴的装置，下雪的时候进行水冲除雪，效果会比高压水枪更加安全，操作性更强。水冲方式除雪需要配套很好的排水设施，否则地面容易形成冻冰。

2.4 使用电热毯对天线进行加热

其基本实现原理与北方冬季使用的电热毯一样，即将电热毯式的加热层避开面板背部筋条，直接固定在天线反射面板背部，外面加上保温层和固定板材。在冰雪天气里控制电热层的温度，达到除雪的目的。在这里面除了考虑保温层的保温性外，还要考虑保温层的绝缘性和阻燃性。该方法的缺点是加热装置的辐射易对卫星信号造成干扰。

3　两种改进的除雪方式

本文在现有技术的基础上，提出了两种改进的除雪方式，分别为鼓吹热风方式和隔离腔体热交换方式。

3.1 鼓吹热风方式

此方式在现有台站使用的风吹方式的基础上进行改进，在风通道的里面加装加热装置。基本原理就是对通过的气流进行加热，利用吹出去的热风融化冰雪，达到除雪的目的。现在我们无线局中有部分台站已经安装有风吹方式进行除雪的装置，这种装置在一定程度上能够解决积雪的问题，但是不够完善，在确实可行的情况下可以进行简单的改造，避免现有设备的闲置浪费，同时达到除雪的目的。

3.2 隔离腔体热交换方式

隔离腔体热交换方式是将隔热材料覆盖在天线反射体主力背架后面，从而与整个天线反射面一起形成一个密闭的腔体，并在其中设置热风循环装置，通过加热气体在密闭腔体内的流动提升天线反射面的温度，最终融化冰雪。其优点是加热融雪速度快、天线反射面温度均匀、结构简单、使用安全，不会对卫星信号形成干扰，对于口径较大、对天线主面精度要求高的Ku、Ka频段通信天线除雪效果非常有效，不存在干扰因素的影响。

热风循环装置包括加热器、鼓风机及送风、回风管道。加热器工作产生热空气，鼓风机将热空气抽出，通过送风管道将其吹入天线背部的充气室。热风的进入，将冷空气沿回风管道压回加热器进行加热。如此循环反复，使天线反射面温度不断提高，从而达到融化其表面冰雪的目的。在天线内部中间加上隔离板是为了空气更好地流通，避免空气在里面对流，提高热交换的效率。

4　除雪装置的远程智能控制设计

有人留守、无人值守是无线局发展的一个趋势，智能除雪装置的实现是信息化建设中必不可少的一个环节。本文设计了一种远程智能控制系统。该系统包括以下几个子系统：

（1）除雪装置的启动／关闭系统。系统有自动和人工控制两种方式。在室外安装冰雪传感器，其输出信号代表是否是冰雪天气，通过开关量的数据对系统进行自动的开启和关闭，根据系统设置的工作模式选择风机的转速和加热装置的功率。在人工控制的状态下，人工可以控制风机的转速和加热装置的功率，同时控制可控各个风窗的开启和大小。

（2）面天线内部温控系统。远程控制端的系统设置有小雪、中雪、大雪、暴雪、冰雪等天气模式，每个天气模式对应不同的腔体内部温度。

（3）内部流动空气温控系统。系统根据采集点采集的温度，根据不同的工作模式控制加热装置的功率和风机的转速。

（4）加热装置控制系统。根据电阻丝炉具的原理，设置不同的档位，为了达到精确控制需要设置多个档位，使功率平稳变化，既能实现除雪的目的，也能达到节能的效果。

（5）加热装置保温和阻燃的保护系统。在临近加热装置的地方温度比较高，通道的材料必须耐高温并且阻燃，这需要在实际搭建系统时进行设计选择。

本系统可以远程实时查看各个采集点的温度、风机的转速、加热装置的功率。且风筒的分支处设计为百叶窗结构，可以同时控制对应不同面天线的窗口大小，从而达到控制不同面天线内部腔体温度的目的。在正常月份和天气里整套系统可以关闭，在冬季雨雪天气里系统可以自动启动或手动启动。当系统在自动控制状态时，根据雨雪传感器采集的数据自动开启加热装置，达到设定温度时维持此温度，并可根据雨雪传感器采集到的数据，控制加热装置在无雨雪的天气停止加热。当系统处于手动状态时，手动开启加热装置，当天线温度达到设定的温度时，加热装置会维持面天线的表面温度，并提示告知操作员。

5　小结

面天线除雪装置的设计和安装是保障安全播音的有效手段之一，也是无线局信息化建设的一个重要步骤。本文分析了当前面天线除雪技术的不足，研发了两种新型除雪方式，并提出了除雪装置远程智能控制方案，有望提高卫星地球站和基层站的防冰雪灾害能力，进一步保证卫星广播电视节目的安全播出。

参考文献

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