贵州地球站11米天线伺服系统改造解决方案

刘 毅 吴兴华

（作者单位：贵州省新闻出版广电局七五一台）

贵州地球站11米天线伺服系统改造解决方案

刘 毅 吴兴华

（作者单位：贵州省新闻出版广电局七五一台）

由于贵州地球站11米天线从1989年投入使用至今，已使用了25年，现虽然天线信号接收和发射都还正常，但伺服系统设备存在俯仰轴轴角数据显示不正常、步进跟踪不能实现、室外线缆使用时间过长等问题，所以计划对伺服系统进行改造。本文介绍该次改造的方案、改造所需设备的技术要求及改造后达到的效果。

天线；伺服系统；改造

贵州地球站播出系统是由两套独立的上行系统构成，其天馈系统使用的是9米天线和11米天线，其中以9米天线为主用，11米天线为备用。一般情况下，贵州地球站主用上行系统通过3 kW高功放将节目信号传送到9米天线上行，但是当9米天线需要进行维护、除雪甚至发生故障时，可以立即将节目信号切换到11米天线上行；如果主用上行系统出现故障或者需要维护，节目信号通过200 W固态功放和11米天线等设备构成的备用上行系统也完全可以独立完成上行工作。这种备份方式使贵州地球站的上行传输工作具有了很大的灵活性和可靠性，而在这种上行系统结构方式中11米天线有着举足轻重的地位。

1 存在问题

贵州地球站11米天线为NEC品牌的设备，从1989年投入使用至今，已使用了25年。现虽然天线信号接收和发射都还正常，但是伺服系统设备存在以下问题：一是控制器面板上俯仰轴轴角数据显示不正常，不能确定天线俯仰角；二是步进跟踪不能实现；三是室外线缆经过25年的日晒雨淋，线缆老化。

由于11米天线伺服系统存在的问题，导致贵州地球站播出系统存在较大的安全隐患，不能有效地保障安全播出。且贵州地球站拟要进行地球站验收，现11米天线存在的问题，不符合国家广电总局颁布的《广播电视安全播出管理规定》（总局第62号令）和《卫星广播电视地球站技术验收规范》的相关规定，所以需要对11米天线进行改造。但如果对11米天线系统整体进行更换需要资金较多，且现11米天线的反射面及其支架状况良好，估计还可以继续使用5～10年，因此只计划对伺服系统进行改造，既能达到改造的目的又能节省约100万元的资金。

2 11米天线伺服系统改造解决方案

针对目前设备的状态，对伺服系统进行改造，更换为广电系统广泛使用、且有长期安全使用证明的新伺服系统，以保证其安全可靠，符合安全播出的要求。图1为贵州地球站现有11米天线现伺服系统示意图。

2.1 11米天线伺服系统总体改造计划

第一，由于原NEC的11米天线接收采用的是LNA的方式，此次将把LNA改为LNB，由于后端有信标接收机，所以采用有锁相环的LNB，使频率稳定度在±25 kHz范围内。第二，拆除信标接收系统的信标下变频器和信标接收机，更换新的C频段跟踪接收机。第三，拆除原NEC天线控制器，更换新的天线控制器，对原11米天线进行精确的监测和控制。第四，拆除原NEC驱动控制器，更换新的天线驱动单元。NEC品牌为日本品牌，原天线驱动单元的三相电源规格为208 V，与国内电压不符，因此需要改造为与国内标准相符合的电源。第五，更换天线同步装置（包括方位、俯仰测角元件等）。第六，拆除相关的旧线缆，对从机房到天线的伺服电缆（约30米）进行更换。

2.2 新的伺服系统组成

天线伺服系统将采用MODEL253跟踪接收机、天线控制单元7200ACU、天线驱动单元7150ADU及安装在天线上的电机、轴角传感器和限位开关等组成。

天线控制系统用来控制天线各轴的转动，并进行精确定位，对卫星进行跟踪使天线波束精确地指向卫星，保证系统通信畅通。7200天线控制系统具有很高的跟踪精度，操作方便灵活，工作稳定可靠。图2为天线控制系统组成方框图。

伺服系统技术指标如下。跟踪精度：优于接收频段1/10半功率波束宽度≈0.048°。天线位置读出：Az为0.00°～359.99°，El为0.00°～89.99°。位置读出分辨率，AZ/EL：0.01°。天线控制工作方式：步进跟踪、轨道预测跟踪、位置预置、射电星跟踪、待机。

2.3 主要设备构成及其功能

设备清单见表1。

天线控制单元功能：能手动跟踪和自动跟踪，具有良好的自主预跟踪性能——轨道预测跟踪功能，要有很高的跟踪精度，操作方便灵活，工作稳定可靠；控制系统可通过RS232/422串口或网口通信进行远程监控；有电池备份的非易失随机存储器-RAM；支持自诊断。

天线驱动单元功能：驱动单元能很好地本地控制天线方位、俯仰轴的转动；驱动柜为每一电机/电机控制器配备符合NEMA标准的、其规格适应各种应用的电路保护设备；驱动柜箱体需符合NEMA 4X标准，具备优良的抗腐蚀保护能力。

跟踪接收机功能：频率输入范围3 400～4 200 MHz；频率步进1 kHz；输

入电平-55～-100 dBm；远控接口RS-232/422。

图1 11米天线现伺服系统示意图

图2 天线控制系统组成

表1 设备清单

电源技术指标：天线控制单元，单相220 V（±10%），50 Hz（±5%）天线驱动单元，三相380 V（±10%），50 Hz（±5%）要能防雨防腐蚀；跟踪接收机，单相220 V（±10%），50 Hz（±5%）。

3 方案实施与达到效果

贵州地球站于2015年10月对该项目进行了施工改造，在项目实施过程中贵州地球站领导带领站内技术人员与厂家积极沟通，共同施工。在施工前做了详细的施工方案和应急预案，最大限度地保证施工过程中的安全播出。在大家的共同努力下该项目按期完成，经过测试运行，系统稳定可靠，达到改造目的。该次11米天线伺服系统的改造能解决馈源、控制器和馈线中存在的问题，消除隐患，使系统达到安全可靠、精确控制、自动跟踪的功能。也更符合《广播电视安全播出管理规定》（总局第62号令）和《卫星广播电视地球站技术验收规范》的相关规定，不仅进一步确保了广播电视节目的安全播出，而且很好地利用了原有的设备，最大程度地节约了成本。

[1]车晴,王京玲.数字卫星广播系统[M].北京:北京广播学院出版社,2000.