所谓“极轴座”应当是“锅”面沿着“座”上的一根“轴”转动一个角度,就能将天线从对准某颗卫星转到对准另一颗卫星,换言之,“极轴座”有转“一角”,则“三角”(方位角、仰角、极化角)联动的功能设计改造过一个1.2 米C 波段的天线支座,且具有上述功能,后又经过2006 年的试用和改进,现将设计原理简述如下:
设计原理:如图1,AB表示转轴,AC表示抛物面托盘(对正馈天线而言),BC指向卫星方向(BC|AC),其中轴AB南北放置,射线BA指向正南(这里的南北指地理的南北极与罗盘所指的地磁南北极有一定的误差),轴AB与水平线的夹角φ,初始仰角(即接收正南方向卫星时天线的仰角),以及卫星方向BC与轴的夹角θ都随地面站的纬度W的变化而变化(与经度无关),且θ=0+φ0。当沿着“轴”转动“锅”面时,射线BC就在轨道平面(即赤道平面)上划过一条弧线,若φ=W,则BA垂直于轨道平面(如图2),划出的虽是圆弧,但由于圆心不同,不可能与轨道重合(如图3);若φ≠W,则射线BC在轨道平面上划出的是椭圆弧,取φ略大于W(图4),只要选择适当的θ值,使椭圆弧在正常接收范围的两端点P1、P2与轨道重合,再细调φ的值,使椭圆的顶点PO(正南方向)与轨道重合,就可以使BC划过的椭圆弧基本与轨道重合了(图5)。经用几何知识推导得出:
式中:W=地面站纬度,r=6378km(地球半径),R=42218km(卫星轨道半径),如当w=30°时,根据上式可以得出: 0≈55°,β0≈84.9°,φ≈30.6°,θ≈85.6°。当把支座按以上参数调定后,绕“轴”旋转“锅”面,即可扫描卫星轨道,对于不同经度的卫星,所要旋转的角度可用下式近似计算:(X 表示从正南方向向东或向西转的角度):
式中△=|地面站经度-卫星经度|笔者设计的卧式手动极轴座基本结构如图6,其中地盘1为等腰三角形结构,前部装调节杆2,后部装主支撑杆3,主支撑杆与斜拉杆4及转轴轴承5构成了一个四面体,有很好的稳定性,当调整调节杆2时,此四面体绕固定螺杆整体转动,可调节φ的大小,托盘6(一般用天线原配件,不必自制)的三个连接凸耳一个与轴7的下端相连,另两个与锁紧盘8两端的凸耳相连,锁紧盘边缘开有滑槽9,通过主支撑杆上的锁紧螺丝10锁定天线位置,锁紧盘上两个连接凸耳的轴线应高于转轴轴心,以设定θ的大小。地盘及主支撑杆可用30mm×30mm角铁,斜拉杆可用30mm扁铁,调节杆可用30mm×30mm(外壳)及20mm×20mm(内管)方管,锁紧盘用0.7mm厚铁皮,各关节均可用φ8mm螺丝连接,支座除φ和θ必须严格按计算结果设定外,各部位的尺寸长度应根据实际地理位置和“锅”面大小以及接收卫星的范围而定,一般低纬度区盘和主支撑杆的尺寸可小些,而高纬度区则都要大些(此结构对高纬度区适应性较差)。由于此“极轴座”θ角度的大小,在制作时已设定,所以调整时,只要选择接近正南方向的一颗卫星,先调定φ的大小以及高频头的初始极化角(0刻度水平或垂直信号最大为准),即可转动“锅”面寻星,寻到卫星后,在锁紧盘上划上刻度即可快速换星。
本“极轴座”由于是用椭圆的一部分模拟圆轨道,所以有一定误差,但理论计算误差不超过百分之一度,由于转轴并不平行于地轴,所以旋转过程中高频头的极化角与实际极化角也有误差,但主要是东西两边,且误差不超过1°,完全能够满足业余爱好者寻星的要求。经笔者试用,对从166°E泛美8号到68.5°E的泛美7号之间的二十几颗可收视的卫星的跟随精度还是很高的。
使用本“极轴座”可以很方便地对已知或未知卫星进行探寻,实为“寻星族”的好助手