广播发射台卫星天线融雪化冰系统技术及应用

赵满心

（甘肃省广播电视局无线传输中心711 台，甘肃 兰州 730000）

随着卫星通信的普及，广播发射台站会直接选择卫星接收信号做主用信号源，然而现实中北方高山台站所处地域及天线仰角的因素，都会在每年冬季出现天线反射面积雪的现象。通常情况下降雪不会对卫星信号产生明显的衰耗，但积雪及化雪的过程会带来非常大的影响。天线馈源及主反射面凹凸不平的积雪面对电磁波产生了不同方向的散射和吸收，大大降低了天线增益，增大了噪声温度，严重影响了卫星信号的传输质量。为有效减少天气原因造成的播出事故，针对台站依靠人工清扫天线积雪的现状，对甘肃省广播电视局无线传输中心711 台卫星接收天线装配电加热融雪装置，以杜绝积雪对卫星信号源的干扰。

1 融雪原理及装置购成

电加热融雪原理是在卫星天线背面敷设电加热及保温材料，以发热电缆为电热换能媒介，通过瓜瓣反射面传导热能融化积雪，实现化雪功能。装置构成主要由电热、保温、温控及自动化控制单元组成。

电加热材料选用新型高科技碳纤维发热电缆，其24K 长丝碳纤维作为电热能量转换的媒介，碳纤维丝是由有机纤维经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料，单丝直径7μm 左右，呈六方晶格乱层结构。其换能原理是在电流的引发激励下，通过碳素和金属粒子中的自由电子发生震动和摩擦，即“布朗运动”发射波长为3～20μm 的红外线，从而产生大量热辐射。碳纤维电热丝性能稳定，热量分布均匀，电热转换率高，便于异形加工且不怕局部破损。通电时不产生较强电流，没有趋肤效应，不存在弥散性部分击穿，这也就是碳纤维丝在通电时用手触碰也无触电感觉的原因。

保温材料由橡塑保温板和自粘铝箔反射膜及高分子板组成。B1 级难燃材料的橡塑保温板采用低导热橡塑海绵挤塑而成，以优异的保温隔热性能最大限度阻止热量损耗，具有高温差下导热系数基本无变化,稳定性优异，抗水汽渗透能力好等优点。热反射材料自粘性铝箔反射膜的双面自黏胶设计使它与天线反射面和橡塑保温板黏接牢固，反射膜可将发热电缆背向天线反射面辐射的热量向瓜瓣反射回去，有效降低热量向下的散失量，且具有透湿系数低，耐腐蚀、抗老化、防结露、阻燃等优点。为了保证加热装置的热能最大化的传递到天线反射面，在保温层的后面加装一层高分子板以增强保温层与天线反射面的无缝贴合，同时也可以提高装置的稳固性。装配（如图1 所示）：

图1 系统装配作业示意图

温控单元第一年采用电子管发射机逻辑控制剩余的KS 系列可控硅结合双向二极管DB3 制作了简单的调功电路实现控温功能。原理（如图2 所示）：

图2 碳纤维电缆调温原理图

第二年自动化改造，在控制电路加装了24v 直流接触器，通过露天安装的KSD9700 型10℃常闭、5℃常开温度开关和雨雪传感器串联组成与门控制电路，控制直流接触器的通断实现自动化控制。供电电源的容量根据实际在路碳纤维组的功率来设计，我台使用32Ω/m 的碳纤维电缆，单根功率250W，每组使用6 根加热电缆并联总功率1500W。直流接触器的选型根据运行总负载而定，我台控制一个3m 天线所以选CJX2-0901 型24v 直流接触器。每根碳纤维电缆末端各加装一个KSD301-70℃常闭温度开关，实时起物理过热保护。原理（如图3所示）：

图3 自动控温原理图

2 装配方法及步骤

第一，依据台站冬季风向等因素在卫星接收天线抛物面上选择容易积雪的反射瓜瓣用做装配区域，或者整体布局确定选择装配的瓜瓣，该区域没有相对固定的数量和位置，通过实践结合天线仰角，我台主用C 波段中心6A/B 卫星，积雪最容易出现在下半面天线，所以设计下半面天线碳纤维电缆的敷设密度大而上半面敷设密度相对小些。第二，在高分子板上根据天线瓜瓣的实际尺寸画出单个瓜瓣反射面形状和大小并裁取，尽量做到所裁取的高分子板能完全贴合在瓜瓣背部，用所裁取的高分子板做模板裁取铝箔反射膜、橡塑保温板及高分子板备用，数量与所选取装配瓜瓣的数量一致。我台选用1.5m 半径12 瓣组合天线，所以各种保温材料组按12 份裁取。第三，根据所选碳纤维电缆的规格对各瓜瓣进行级联，我台选用32Ω/m 的碳纤维电缆，其规格长度为12.5m，反射面下部易积雪瓜瓣采用10cm 间隔敷设每个瓜瓣，上部不易积雪的瓜瓣采用20cm 间隔敷设为宜。KSD301 物理保护开关贴合天线瓜瓣边沿固定安装。依次对应每组自粘铝箔反射膜、橡塑保温板、高分子板（最好在夏季取下天线瓜瓣，反转其作业面朝上，利用地球引力一层层下压粘贴效果会更好）。第四，瓜瓣四周用细纤丝穿绕连接螺丝的方法网状加固，高分子板边沿及电缆线出头处用硅酸铜密封胶进行密封。

3 实用效果及科技创新

通过两年多的实验运行及升级改造，我台站的卫星天线融雪化冰系统已完全实现了自动化运行，最显著的特点就是没有高大上的全电脑控制及雄厚的财力支撑，完全通过简单电路实现自动化。并且根据实际运行经验升级改造后性能更稳定，效果更显著，真正实现了高效、节能、环保、实用，弥补了国内中小口径天线自动化除雪的空白，对卫星产业的发展具有积极地促进作用，适合大范围推广。

科技创新方面创造性地使用了碳纤维加热电缆、雨雪传感器、温度开关等新型高科技材料，结合最简单实用的与门逻辑控制实现了高效节能的除雪效果。碳纤维丝所含碳素及金属粒子中的自由电子受激发后，发生电子撞击和摩擦，产生摩擦撞击热，材料中矿物组分的集波功能使热量主要以远红外辐射形式传递，发热量符合焦耳定律且稳定均匀。温度开关根据精度要求和探测的需要分别选用适合露天和贴合安装的常开/闭型双金属大电流器件，可靠性高、寿命长、不拉弧、对无线电干扰小。雨雪传感器通过表面栅形电极感应外界雨雪情况，自带温度传感器和5℃以下电加热装置可排除雨附着的干扰，反应灵敏、探测精度高。我们的自动化控制主要从简单实用着眼，从快捷高效入手，通过温度开关与雨雪传感器的串联组成可靠的与门电路驱动直流接触器控制电源开关，达到自动运行的目的。露天安装的KSD9700-10℃常闭温度开关气温低于10℃以下闭合，给雨雪传感器待机，同时在路构成两级温控使可靠性更高。5℃常开温度开关与雨雪传感器的输出继电器组成与门逻辑电路，当室外温度降到5℃以下时，5℃常闭温度开关闭合，此时如果下雪则雨雪传感器输出继电器闭合，控制回路24v 控制电源通过控制接触器线包构成回路，控制接触器吸合给碳纤维电缆供电开始升温融雪；如果只是气温降低而没有出现降雪，则雨雪传感器输出继电器不会闭合，24v 控制电源构不成闭合回路自然融雪装置也不会误动作。

4 结束语

甘肃省广播电视局无线传输中心711 台卫星接收天线融雪系统从研发、运行到现在经历了三年多时间，该系统的应用有效地降低了秋冬春三季雨雪对信号源质量的影响，避免了天气因素对安全播出的威胁，把值班人员彻底地从人工除雪的困扰中脱离出来，极大地减轻了值班强度，实用效果特别显著。在数字广播电视日益普及的今天，高质量、不间断播出受众喜闻乐见的节目，是每个广播电视发射台站的光荣使命，更是每个广播电视工作者努力满足人民群众对美好生活的追求，增强人民群众获得感、幸福感的具体体现。