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内容概述：卫星地球站在广播电视的星上传输系统中，发挥着重要的传输节点作用。播出任务重，要求高。保障地球站天馈系统的可用性是做好地球站安全播出工作的重要内容之一。本文介绍了一种针对地球站大型上行天线的自动除冰融雪系统，可以有效的排除地球站上行天线所遭受到的冰雪不良影响，对保障播出安全工作，尤其是保障恶劣天气下的安全播出有着积极意义。
关键词： 卫星地球站 卫星天线 安全播出 除冰融雪
一、前言
卫星地球站，担负着将广播电视播控中心送出的电视及广播信号送上地球同步静止轨道卫星的传输任务。在广播电视信号星上传输系统中，地球站属最后一个传输环节，在整个卫星传输链路中，传输地位非常重要，不可或缺。保障卫星地球站的安全播出，对于整个广播电视的信号传输安全，意义重大。
卫星地球站上行传输系统，主要由信源系统，上行系统，天馈系统，供配电系统及附属系统组成。其中由于天馈系统中的上行天线，为了满足播出需求和冗余控制，口径一般较大，通常在6到12米之间，只能于室外安放。露天安放的大口径上行天线，在使用过程中，势必受到自然天气状况的干扰，对播出工作造成一定的不良影响。这些影响主要有大风、积雪、结冰等因素。限于本文的主题所在，这里主要针对冰雪的影响，及消除冰雪影响的办法和措施方面作阐述。
二、天馈系统在上星播出系统中的重要性
卫星地球站上行传输系统中的天馈线分系统是上行传输系统中的最后一环，上星信号通过天馈系统，完成电信号向空间波的转换，并且通过定向天线，将信号的能量沿着设定的方向发送出去，经过地球表面的大气层及空间自由传输层，送到地球静止卫星轨道上的定点卫星。完成地球站信号传输的最后一个任务。
为了满足上行信号的传输需要及冗余控制，保证播出系统所要求的可用度，上行天线一般口径较大，并且为了保障播出安全，按行业要求，都设置有主用备用两个天线。但是，同一个地球站的主备两部上行天线，也只能在同一站址进行安装使用，在切实提高系统安全的同时，却仍然无法避免自然天气状况的影响。比如两部天线不可避免要同时落雪，同时化雪，同时结冰等情况。
三、天馈系统的局限性——冰雪影响
冰雪对播出系统的影响主要表现在两个方面，其一是，由于天线表面的大面积落雪及结冰，在融化过程中，在天线表面会形成随时变化的不均匀的水层，会改变天线的口面场函数，降低定向天线的汇集能力和方向性，造成信号能量的损耗及指向偏离，最终影响天线送到卫星转发器的信号强度大幅度降低，造成信号传输中断的恶果。其二是，在大规模的落雪和降水过程中，包括周边大气湿度过大，就会有大量的水气在天线表面凝结，在天气气温较低时，就会在天线表面一层一层的凝结，最终形成一个冰层，覆盖在天线反射面上，改变天线的口面场函数的同时，由于冰雪的自重过大，超过天线的承重能力也会造成天线自身的口面变形，进一步降低天线的汇集能力和指向指标，进而影响播出安全。在自然状态下，这个过程自然发生，对播出的影响是不可控的，唯一的办法就是及时清理天线表面的落雪结冰，保持天线表面的洁净，保证工作指标。
目前在用的除冰融雪手段主要有以下几种类型，一是人工，二用风吹，三是水淋。各种除雪方式各有特点，不一而足，不再详述。
在这里就介绍一种热交换式的自动除冰融雪系统，该系统可以通过远程控制终端对大口径上行天线的表面落雪和结冰进行自动消融处理，从而保持天线的各种运行指标，保障播出安全，下面就对这一系统做介绍。
四、大口径上行定向天线的自动除冰融雪系统
（一）系统介绍
该自动除冰融雪系统采用贴敷电加热材料方式，即在天线背面安装加热材料给天线加热，并在加热材料外安装保温材料以提高工作效率，确保天线表面温度符合除雪要求。将我站目前四面大口径的卫星上行天线纳入统一管理，对用户供电、系统功率，温度等参数高度智能化控制，多重安全保护措施既保证了系统高效节能、安全、可靠的工作，又保证了用户的用电安全；简洁又人性化的人机交互界面让用户操作简便，运行状态一目了然。
该除冰融雪系统由：加热组件，温度探头，控制器，网络设备，监控端软件等部分组成（见图一）
系统的每个控制器控制 5个分区，每分区含1个加热组件，3個温度探头。控制器间使用100Base-T以太网连接。具体每个天线视口径的大小，控制器可以灵活配置，具体如下。
12米天线分为80个温区，使用16个控制器进行控制；9米天线分为
36个温区，使用8个控制器进行控制；7.3米天线使用4个控制器。
根据我省历史气候数据设置供电功率：如图二所示，设置12米天线最大功率 40kW，9米天线最大功率20kW，7.3米天线18kW。所有天线合计限制功率120kW
原理简介：天线根据物理形状进行多区独立闭环控制，每区根据物理尺寸使用 3 个或以上的温度探头，对本区温度进行检测。控制系统依据温度，功率等参数对分区进行加热。各分区使用以太网连接，数据共享。各分区关键控制数据使用TCP 协议，状态数据使用 UDP 协议，减轻网络负担。图三、图四是控制器和控制器柜实物图
系统有 3 种可配置工作模式：恒温模式、功率限制模式、自动模式。
1.恒温模式：设置天线表面温度后，各分区对加热功率进行控制使天线表面温度保持在设定温度±0.8℃内。
2.功率限制模式：由于部分现场条件限制，无法提供恒温模式所需功率。系统根据所处“供电区域”设定功率，自由分配分区进行加热。分区申请到功率后对该区域进行加热，温度达到设定值（预设 1.5℃，可远程配置）停止加热，释放的功率由其它分区进行申请。该模式使用功率小，但天线表面温度不均匀，可能部分分区会短时出现堆积。在目前站址所在地，中雪环境能保证天线正常工作。 3.自动模式：结合恒温模式和功率限制模式的优点，在非恶劣天气下工作在恒温模式，保证天线表面温度稳定。在极端恶劣天气下，由于功率超过“供电区域”设定的功率，自动切换到功率限制模式，保证天线正常工作。
（二）系統主要特点
1.智能控制。该系统可以对温度、供电功率、输出功率等参数智能控制。可以控制多幅天线加热系统组成一个阵列式系统，统筹功率分配。
2.远程控制。系统通过以太网连接技术，使天线与天线、设备与设备之间相互通讯，交换数据，统一管理，智能控制，也可在任意位置对系统进行开关，参数设定，在线升级等操作和维护工作。
3.支持脱机工作模式。经过设定，系统可在远程控制终端离线状态下，智能管理，实现自动选定工作模式及进行分配功率开展工作。
4.具有功率限制工作模式。也就是在工作区域供电不足的情况下，可以自动从恒温模式切换到功率限制模式，利用小功率模式分步执行，完成融雪作业。
5.多级功率控制。系统通过设定的参数及实际测得的数据，自行计算功率需求，工作时，采用软启动方式，逐步加大工作电流，实现了开机无冲击的运行效果。
6.可扩展性。系统中可随时增加新的天线加热系统，扩展性好。
7.节能高效可靠。系统使用先进的生产材料，采用分布式设计，系统稳定性好，升温快发热效率高，使用周期长。
8.安全性能好。整个系统多重的安全措施，保障系统在使用过程，可以有效地保护设备和人身安全，安全性能好。
五、运行效果
地球站除冰融雪系统自建设完成后，我们也对系统进行了一系列的测试，包括在无冰雪覆盖天线表面条件下的升温模拟测试，和实际融雪测试。图五、图六分别是系统的远程操控界面和实际除雪效果图。测试内容主要包括：
1.远程控制终端的数据检测及控制功能
2.实际温升效果
3.功率限制工作模式
4.安全措施
5.无开机冲击的多级功率控制模式
6.手动控制工作模式
经过测试，系统运行安全可靠，升温效果满足设计要求，能够完成低温条件下的融冰化雪要求，远程控制有效，安全措施到位。在现行的系统运行中，可以有效地消除冰雪干扰，发挥保障播出安全的作用。
六、结束语
该自动除冰融雪系统的建成并投入使用，结束了地球站上星播出天线多年的人工除雪历史，大大降低了除雪作业劳动强度，提高了除雪作业的安全性，在保证除冰融雪作业时效性的同时，大大提高了播出工作的安全系数，对进一步做好安全播出工作还是有着很好的促进意义。
关键词： 卫星地球站 卫星天线 安全播出 除冰融雪
一、前言
卫星地球站，担负着将广播电视播控中心送出的电视及广播信号送上地球同步静止轨道卫星的传输任务。在广播电视信号星上传输系统中，地球站属最后一个传输环节，在整个卫星传输链路中，传输地位非常重要，不可或缺。保障卫星地球站的安全播出，对于整个广播电视的信号传输安全，意义重大。
卫星地球站上行传输系统，主要由信源系统，上行系统，天馈系统，供配电系统及附属系统组成。其中由于天馈系统中的上行天线，为了满足播出需求和冗余控制，口径一般较大，通常在6到12米之间，只能于室外安放。露天安放的大口径上行天线，在使用过程中，势必受到自然天气状况的干扰，对播出工作造成一定的不良影响。这些影响主要有大风、积雪、结冰等因素。限于本文的主题所在，这里主要针对冰雪的影响，及消除冰雪影响的办法和措施方面作阐述。
二、天馈系统在上星播出系统中的重要性
卫星地球站上行传输系统中的天馈线分系统是上行传输系统中的最后一环，上星信号通过天馈系统，完成电信号向空间波的转换，并且通过定向天线，将信号的能量沿着设定的方向发送出去，经过地球表面的大气层及空间自由传输层，送到地球静止卫星轨道上的定点卫星。完成地球站信号传输的最后一个任务。
为了满足上行信号的传输需要及冗余控制，保证播出系统所要求的可用度，上行天线一般口径较大，并且为了保障播出安全，按行业要求，都设置有主用备用两个天线。但是，同一个地球站的主备两部上行天线，也只能在同一站址进行安装使用，在切实提高系统安全的同时，却仍然无法避免自然天气状况的影响。比如两部天线不可避免要同时落雪，同时化雪，同时结冰等情况。
三、天馈系统的局限性——冰雪影响
冰雪对播出系统的影响主要表现在两个方面，其一是，由于天线表面的大面积落雪及结冰，在融化过程中，在天线表面会形成随时变化的不均匀的水层，会改变天线的口面场函数，降低定向天线的汇集能力和方向性，造成信号能量的损耗及指向偏离，最终影响天线送到卫星转发器的信号强度大幅度降低，造成信号传输中断的恶果。其二是，在大规模的落雪和降水过程中，包括周边大气湿度过大，就会有大量的水气在天线表面凝结，在天气气温较低时，就会在天线表面一层一层的凝结，最终形成一个冰层，覆盖在天线反射面上，改变天线的口面场函数的同时，由于冰雪的自重过大，超过天线的承重能力也会造成天线自身的口面变形，进一步降低天线的汇集能力和指向指标，进而影响播出安全。在自然状态下，这个过程自然发生，对播出的影响是不可控的，唯一的办法就是及时清理天线表面的落雪结冰，保持天线表面的洁净，保证工作指标。
目前在用的除冰融雪手段主要有以下几种类型，一是人工，二用风吹，三是水淋。各种除雪方式各有特点，不一而足，不再详述。
在这里就介绍一种热交换式的自动除冰融雪系统，该系统可以通过远程控制终端对大口径上行天线的表面落雪和结冰进行自动消融处理，从而保持天线的各种运行指标，保障播出安全，下面就对这一系统做介绍。
四、大口径上行定向天线的自动除冰融雪系统
（一）系统介绍
该自动除冰融雪系统采用贴敷电加热材料方式，即在天线背面安装加热材料给天线加热，并在加热材料外安装保温材料以提高工作效率，确保天线表面温度符合除雪要求。将我站目前四面大口径的卫星上行天线纳入统一管理，对用户供电、系统功率，温度等参数高度智能化控制，多重安全保护措施既保证了系统高效节能、安全、可靠的工作，又保证了用户的用电安全；简洁又人性化的人机交互界面让用户操作简便，运行状态一目了然。
该除冰融雪系统由：加热组件，温度探头，控制器，网络设备，监控端软件等部分组成（见图一）
系统的每个控制器控制 5个分区，每分区含1个加热组件，3個温度探头。控制器间使用100Base-T以太网连接。具体每个天线视口径的大小，控制器可以灵活配置，具体如下。
12米天线分为80个温区，使用16个控制器进行控制；9米天线分为
36个温区，使用8个控制器进行控制；7.3米天线使用4个控制器。
根据我省历史气候数据设置供电功率：如图二所示，设置12米天线最大功率 40kW，9米天线最大功率20kW，7.3米天线18kW。所有天线合计限制功率120kW
原理简介：天线根据物理形状进行多区独立闭环控制，每区根据物理尺寸使用 3 个或以上的温度探头，对本区温度进行检测。控制系统依据温度，功率等参数对分区进行加热。各分区使用以太网连接，数据共享。各分区关键控制数据使用TCP 协议，状态数据使用 UDP 协议，减轻网络负担。图三、图四是控制器和控制器柜实物图
系统有 3 种可配置工作模式：恒温模式、功率限制模式、自动模式。
1.恒温模式：设置天线表面温度后，各分区对加热功率进行控制使天线表面温度保持在设定温度±0.8℃内。
2.功率限制模式：由于部分现场条件限制，无法提供恒温模式所需功率。系统根据所处“供电区域”设定功率，自由分配分区进行加热。分区申请到功率后对该区域进行加热，温度达到设定值（预设 1.5℃，可远程配置）停止加热，释放的功率由其它分区进行申请。该模式使用功率小，但天线表面温度不均匀，可能部分分区会短时出现堆积。在目前站址所在地，中雪环境能保证天线正常工作。 3.自动模式：结合恒温模式和功率限制模式的优点，在非恶劣天气下工作在恒温模式，保证天线表面温度稳定。在极端恶劣天气下，由于功率超过“供电区域”设定的功率，自动切换到功率限制模式，保证天线正常工作。
（二）系統主要特点
1.智能控制。该系统可以对温度、供电功率、输出功率等参数智能控制。可以控制多幅天线加热系统组成一个阵列式系统，统筹功率分配。
2.远程控制。系统通过以太网连接技术，使天线与天线、设备与设备之间相互通讯，交换数据，统一管理，智能控制，也可在任意位置对系统进行开关，参数设定，在线升级等操作和维护工作。
3.支持脱机工作模式。经过设定，系统可在远程控制终端离线状态下，智能管理，实现自动选定工作模式及进行分配功率开展工作。
4.具有功率限制工作模式。也就是在工作区域供电不足的情况下，可以自动从恒温模式切换到功率限制模式，利用小功率模式分步执行，完成融雪作业。
5.多级功率控制。系统通过设定的参数及实际测得的数据，自行计算功率需求，工作时，采用软启动方式，逐步加大工作电流，实现了开机无冲击的运行效果。
6.可扩展性。系统中可随时增加新的天线加热系统，扩展性好。
7.节能高效可靠。系统使用先进的生产材料，采用分布式设计，系统稳定性好，升温快发热效率高，使用周期长。
8.安全性能好。整个系统多重的安全措施，保障系统在使用过程，可以有效地保护设备和人身安全，安全性能好。
五、运行效果
地球站除冰融雪系统自建设完成后，我们也对系统进行了一系列的测试，包括在无冰雪覆盖天线表面条件下的升温模拟测试，和实际融雪测试。图五、图六分别是系统的远程操控界面和实际除雪效果图。测试内容主要包括：
1.远程控制终端的数据检测及控制功能
2.实际温升效果
3.功率限制工作模式
4.安全措施
5.无开机冲击的多级功率控制模式
6.手动控制工作模式
经过测试，系统运行安全可靠，升温效果满足设计要求，能够完成低温条件下的融冰化雪要求，远程控制有效，安全措施到位。在现行的系统运行中，可以有效地消除冰雪干扰，发挥保障播出安全的作用。
六、结束语
该自动除冰融雪系统的建成并投入使用，结束了地球站上星播出天线多年的人工除雪历史，大大降低了除雪作业劳动强度，提高了除雪作业的安全性，在保证除冰融雪作业时效性的同时，大大提高了播出工作的安全系数，对进一步做好安全播出工作还是有着很好的促进意义。