三張圖解釋極軸天線的接收原理

俞伯偉

據說，運用極軸概念尋星最早應用在天文望遠鏡觀察恒星上，天文學家將望遠鏡安裝在由極軸概念帶動的儀器上，向地球轉動的相反方向轉動，抵消了因地球轉動引起的觀測目鏡中天象的位置移動，確保了觀察星體的穩(wěn)定性。

用于衛(wèi)星接收的極軸天線就是按照這種極軸概念設計，并按照一定規(guī)律轉動尋星的衛(wèi)星天線。這里所謂的“極軸”是指經過天線所在地與地球自轉軸平行的一根軸線，而并非真正的地球南北軸。極軸垂直于同步衛(wèi)星軌道的圓平面，當天線圍繞極軸轉動時，天線指向延長線在天空畫出的弧線與衛(wèi)星軌道近似或完全吻合。所以，改變天線的方位角就能順著衛(wèi)星在軌道上的分布找到相應衛(wèi)星，并且隨著天線方位角的變動，天線的仰角和極化角也隨之校正到相應的位置。

在動手安裝極軸天線之前，如果能真正理解極軸天線的工作原理，對于正確安裝、迅速調整會有很大幫助。下面就以三張圖示來解釋常用的Ku偏饋天線配合極軸座的接收原理。

注意，這里指的與地球自轉軸平行的天線軸線，不是指連接Ku天線本體的那根東西擺動的軸，而是這根軸的根部連接本體的固定軸線。從圖上就可以清楚地理解這兩個軸線的不同。

有了這三張示圖，對極軸天線工作原理的認識應該就清楚了。不過，還有一些問題如果有興趣的話可以進一步思考。

首先，對于第一、第二張圖我們十分容易理解，但是對第三張圖的調整是不是可以不做，或者說在什么條件下可以不做第三張圖的調整呢？

回答是：理論上有這個地點可以只做第兩張圖的操作，而不做第三張圖的調整。這個地點就是在正北極軸線上（或正南極軸線上），這時只要按照第二張圖調整后，就可以接收所有地球同步衛(wèi)星的信號了，無需進行第三張圖的調整。不幸的是，由于地平線的遮擋，必須在這兩個軸線地點上空73千米以上才能尋找到衛(wèi)星軌跡。

上述現(xiàn)象還給了我們三點解釋：一是為什么有的極軸座說明書上不給出高緯度地點的補償角（因為在靠近南、北極地區(qū)已經沒有實際安裝意義了）；二是很容易理解為什么所有介紹極軸天線安裝的文章一再強調找準垂直、真南的重要性；三是接收地點上的天線“極軸”與地球南北軸不是完全相同的概念。

其次，要順便說明一下以下幾個問題：

1. 由于極軸天線旋轉時高頻頭內的信號探針跟隨天線一起圍繞極軸天線軸線轉動，而且信號探針總是和極軸座中的軸線形成一個夾角，這個夾角剛好也就是我們常講的高頻頭的極化角。這樣一來，可以簡單地理解為安裝在極軸天線上的高頻頭極化角是跟隨天線轉動而自動調整的，無需再去調整。

2. 了解了這個原理，我們會想：是不是確定了天線地點后能讓極軸天線自動尋找對應的各個衛(wèi)星位置呢？答案是肯定的。人們已經將這個自動尋星功能付諸實踐，這個功能稱之為“USALS”。市場上部分極軸座帶有這個“USALS”功能，當用同樣帶有“USALS”功能的接收機控制這樣的極軸天線時，只要輸入天線所在地的經緯度，便能讓極軸天線自動確定各個衛(wèi)星位置，調節(jié)起來方便、準確、高效。

3. 事實上，在一天當中靜止衛(wèi)星軌道不是完全圓形的，帶有一點橢圓，軌道半徑偏大時，衛(wèi)星速度減小，其相對地球就要向西漂移，反之向東漂移。另外衛(wèi)星的軌道傾角也不是正好為0°，有些南北漂移。由于有上面兩個結果的影響，衛(wèi)星的星下點軌跡是上面兩種結果的合成，使得每天星下點軌跡呈“8”字形。至于一天中什么時候剛好位于這個“8”字形的中點最適宜精確調星，不在本文的討論范圍，若有興趣可以參考相關文章的介紹。

希望本文對于初裝極軸天線和感興趣的讀者能提供一些有益的啟示?！?/p>