自制简易卫星天线手动极轴座综合编辑修改.docx

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自制简易卫星天线手动极轴座综合编辑修改

　　自制简易卫星天线手动极轴座

利用手动极轴天线实现多星、快速转换与接收，无疑是广大卫视爱好者探索“星空”的一种新途径。

它不仅可以使你深刻的地理解极轴天线的原理，又能感受到动手调试的乐趣，还能使你欣赏到更多、更精彩的电视节目，事半功倍，何乐而不为呢?

　　所谓的极轴天线，就是将天线的反射面与LNB固定在一起，装在一根转动的轴上，这根转轴与地球的自转轴基本平行，由于转轴指向地球的南北两极，因此叫做极轴。

　　极轴最早应用在天文望远镜上，观测时，天文望远镜由极轴带动向地球转动的相反方向转动，可以抵消因地球转动引起的观测目镜中天象的位置移动。

　　普通卫星天线的主转轴垂直于地面，结构比较简单，定位天线时要用到方位角、仰角和极化角三个参数。

换星时，这三个参数也都要重新调整，十分不方便。

将天线的转轴改成极轴后，换星时天线随极轴转动，方位角、仰角和极化角自动跟随变化，只剩一个调整参数，即绕极轴的转角。

可以认为，普通天线的方位角、仰角和极化角这三个参数是由于这些天线转动时，转轴未与地轴平行而引起的附加参数，一旦转动轴指向正确了，附加参数也就随之消失了。

　　极轴天线制作成功的关键因素之一，在于将天线的转动轴变为可以调整的倾斜轴，以适应在不同纬度地区调整到与地球自转平行的需要。

而自己制作的极轴天线，只需要针对使用者所在的一个地区，所以，只要找到极轴，在极轴方向固定好卫星天线的转动轴即可。

极轴天线实现的关键因素之二，在于极轴驱动、控制与定位装置，星友们可以尝试制作手动极轴天线，它没有驱动、控制与定位装置，只要将转动轴调整到基本与地轴平行，直接用手转动天线，换星十分迅速、快捷、方便。

　　为避免烦琐的方位角、仰角的计算与测量，本极轴座的特点是固定在顶端为斜面形状的立柱上，只要调整好立柱上的斜面倾角，再仔细调整好极化角，就大功告成了。

　　首先，要选用立柱式的卫星天线，因为地盘式卫星天线转动时，不容易固定好。

一定要选用正品的立柱式卫星天线，切掉立柱的底座，在立柱的下方适当位置处打一个直径2cm小孔，然后在小孔的位置，焊一个螺母，要求螺母的内径比小孔稍小一点，在立柱内，插入一根恰好可以插入的铁管，用一根螺丝作为顶丝，用来固定立柱内的铁管。

在立柱的头部稍下方，焊接两根斜角铁，斜角铁与立柱之间在北纬42'的内蒙古地区，大约与立柱成120'角（角度太小，容易造成重心不稳），使其呈三角形，造成三足鼎立之势，让斜面朝正北方，斜面与水平面的夹角，大约等于当地的纬度，这样，转动轴与地面的夹角，就是90'减去当地纬度，转动轴与南北两极的连极（地轴）基本相平行。

在立柱式卫星天线的锅面底部，有一根调整锅面角度的拉杆，这根拉杆也要从中间截断，用一段钢筋加长，使原来的立柱在垂直于水平面的时候，锅面口与地面垂直，锅面口与原来的立柱平行。

就是说，LNB的指向与转动轴垂直。

固定好后，把锅面与三角形的支架连接固定好，三角架的斜面朝北方的时候，转动锅面朝南方，调整原来的立柱内铁管的长度，使LNB对准赤道上的地球同步卫星轨道，当把卫星天线的LNB指向东方或西方的时候，LNB的指向都要在水平方向上。

接下来，就可以仔细调整、寻星了!

找到卫星后，转动卫星天线，再进行细调，全部调整好以后，把三脚架的底部用8号铁丝互相固定，压牢即可。

　　可以说，这种手动极轴座制作成功的关键是找到极轴的方向，一旦调整固定好后，所有其他角度一概不用调整。

天线将会随着你的转动，自动的调整仰角和极化角。

简析极轴天线

极轴是一种绕极轴转动的卫星，所谓极轴是指经过天线所在地与地球自转轴平行的一根轴线。

极轴垂直于同步卫星轨道的圆平面，当天线锅面围极轴转动时，天线指向延长线在天空画出的弧线正好与卫星轨道相吻合，所以改变天线的方位角就能顺着卫星轨道找到每颗卫星，并且随着天线方位角的变动天线的仰角和极化角也随之校正到最佳位置。

卫视发烧友用购买或自制的极轴座来完成极轴天线的架设，极轴座有手动、电动和自动等三种方式，一般市售的大多是用于KU波段的是涡轮式极轴座，1.8米C波段天线用电动推杆式，造价都在400-500左右，还有一种用扇型齿轮驱动的极轴座适用1.2米C波段天线，造价100元左右适合普通烧友使用。

　　极轴天线制作时，最关键的是找到正确的极轴角，也就是天线转动轴与地平面的夹角，极轴角等于接收地点的纬度。

　　极轴天线在初次使用时，需注意以下几点：

　　1.对准正南，将极轴座体固定在立杆上对准正南，可用指南针测出地球磁南，再查出当地磁偏角，找到地理正南。

亦可等完全安装后，利用接近正南的卫星信号修正方向。

　　2.准确调整极轴角，极轴与地平面的夹角叫极轴角，极轴角=本地纬度。

　　3.计算锅面顷角。

　　下面是是极轴天线几种安装图和锅面顷角的计算　。

三张图解释极轴天线的接收原理

据说，运用极轴概念寻星最早应用在天文望远镜观察恒星上，天文学家将望远镜安装在由极轴概念带动的仪器上，向地球转动的相反方向转动，抵消了因地球转动引起的观测目镜中天象的位置移动，确保了观察星体的稳定性。

用于卫星接收的极轴天线就是按照这种极轴概念设计，并按照一定规律转动寻星的卫星天线。

这里所谓的“极轴”是指经过天线所在地与地球自转轴平行的一根轴线，而并非真正的地球南北轴。

极轴垂直于同步卫星轨道的圆平面，当天线围绕极轴转动时，天线指向延长线在天空画出的弧线与卫星轨道近似或完全吻合。

所以，改变天线的方位角就能顺着卫星在轨道上的分布找到相应卫星，并且随着天线方位角的变动，天线的仰角和极化角也随之校正到相应的位置。

在动手安装极轴天线之前，如果能真正理解极轴天线的工作原理，对于正确安装、迅速调整会有很大帮助。

下面就以三张图示来解释常用的Ku偏馈天线配合极轴座的接收原理。

注意，这里指的与地球自转轴平行的天线轴线，不是指连接Ku天线本体的那根东西摆动的轴，而是这根轴的根部连接本体的固定轴线。

从图上就可以清楚地理解这两个轴线的不同。

有了这三张示图，对极轴天线工作原理的认识应该就清楚了。

不过，还有一些问题如果有兴趣的话可以进一步思考。

首先，对于第一、第二张图我们十分容易理解，但是对第三张图的调整是不是可以不做，或者说在什么条件下可以不做第三张图的调整呢？

回答是：

理论上有这个地点可以只做第两张图的操作，而不做第三张图的调整。

这个地点就是在正北极轴线上（或正南极轴线上），这时只要按照第二张图调整后，就可以接收所有地球同步卫星的信号了，无需进行第三张图的调整。

不幸的是，由于地平线的遮挡，必须在这两个轴线地点上空73千米以上才能寻找到卫星轨迹。

   上述现象还给了我们三点解释：

一是为什么有的极轴座说明书上不给出高纬度地点的补偿角（因为在靠近南、北极地区已经没有实际安装意义了）；二是很容易理解为什么所有介绍极轴天线安装的文章一再强调找准垂直、真南的重要性；三是接收地点上的天线“极轴”与地球南北轴不是完全相同的概念。

其次，要顺便说明一下以下几个问题：

（一）由于极轴天线旋转时高频头内的信号探针跟随天线一起围绕极轴天线轴线转动，而且信号探针总是和极轴座中的轴线形成一个夹角，这个夹角刚好也就是我们常讲的高频头的极化角。

这样一来，可以简单地理解为安装在极轴天线上的高频头极化角是跟随天线转动而自动调整的，无需再去调整。

（二）了解了这个原理，我们会想：

是不是确定了天线地点后能让极轴天线自动寻找对应的各个卫星位置呢？

答案是肯定的。

人们已经将这个自动寻星功能付诸实践，这个功能称之为“USALS”。

市场上部分极轴座带有这个“USALS”功能，当用同样带有“USALS”功能的接收机控制这样的极轴天线时，只要输入天线所在地的经纬度，便能让极轴天线自动确定各个卫星位置，调节起来方便、准确、高效。

（三）事实上，在一天当中静止卫星轨道不是完全圆形的，带有一点椭圆，轨道半径偏大时，卫星速度减小，其相对地球就要向西漂移，反之向东漂移。

另外卫星的轨道倾角也不正好为0°，有些南北漂移。

由于有上面两个结果的影响，卫星的星下点轨迹是上面两种结果的合成，使得每天星下点轨迹呈"8" 字形。

至于一天中什么时候刚好位于这个"8" 字形的中点最适宜精确调星，不在本文的讨论范围，若有兴趣可以参考相关文章的介绍。

    希望本文对于初装极轴天线和感兴趣的读者能提供一些有益的启示。

用手动极轴座改造卫星天线

目前国内发烧友所追求的使用一面天线实现多星接收和基本锁定的方案有两种。

低端方案为在天线上挂上多个高频头，各自定焦，一锅共享；高端方案为自动极轴天线。

以上两种方案各有所长，本文要介绍的是手动天线极轴座。

机械原理告诉我们。

三维空间X、Y、Z坐标有6个独立的相对运动（沿X、Y、Z的三个移动和绕X、Y、Z的三个转动），其自由度为6。

设a点为某卫星的焦点。

为简化设计减少自由度，把沿Z轴的移动设定为常数值，那么绕Y轴的转动（即卫星的方位角）和沿Y轴的上下移动值（即卫星的仰角），就很容易对上a点。

其自由度为二（见下图）。

如果三维空间有8个卫星焦点我们可通过绕Y轴（即天线的立柱）的一个旋转幅度和8个螺旋幅度精确对准其焦点，一劳永逸，实现手动迅速精确的多星切换。

基于此原理，笔者设计了C、Ku两款手动极轴座，安装在天线和立柱之间，重复定位精确，换星速度约15秒。

主要结构见右侧上图、下图。

固定在立柱上的扇形方位角调整盘的圆弧槽内，通过上下螺母可设8一10颗仰角微调螺杆，对应亚太上空各星（以南向为最短，沿东西向成U形增长），上端通过螺母与定位座、仰角连接杆、调整杆（折叠成L形，上有多孔，以便不同纬度地区粗调整）连接到原厂天线，C段托盘原有支座，Ku段L杆下面有螺钉。

所需材料为普通钢板和标准件，工艺简单，成本低廉，抗风力强。

为确保重复定位精确，螺杆、螺钉与孔径的配合间隙应控制在0.04～0.08毫米之间。

立柱保证有一定的刚度。

C段为方便极化角精确迅速调整。

用手钢锯在馈源盘上凸边沿9、10、11点锯槽，用薄铁皮沿波导管包扎成型，留只耳朵，以便插槽进行极化角的定位。

　调试时注意基准星的选择。

以便对东、西各星的搜索，锁定卫星信号后，在方位角调整盘圆弧内的仰角微调螺杆可通过上下螺母同时进行方位、仰角的精确调整并锁紧定位。

Ku天线不宜安装在墙上，反装优于正装。

C段只适宜立柱式天线改造。