卫星天线的防风和抗风

卫星天线的防风和抗风 一个不容忽视的问题
又到了“一年一度秋风劲”的时候了。阵阵秋风一扫夏日的暑气，令度过酷暑的人们心情倍感清爽。卫视工作者和卫视发烧友们告别了烈日炎炎的夏天，在秋风骤起的季节里又忙起了寻星活动。然而，一个不容忽视的问题同时也摆到了卫视工作者和卫视发烧友的面前，这就是卫星天线的防风和抗风问题。

我国是一个受季风影响较多的国家，一年中风向发生着规律性的季节更替，这是我国所处的地理位置决定的。冬季多偏北和西北风，夏季盛行从海洋吹向大陆的东南风或西南风，尤其是东部地区受季风和热带气旋影响较为严重。据不完全统计，常年在我国登陆的热带气旋有７－９个，给我国东部、东南部地区的人身财产安全构成威胁。因此，预防大风给卫星电视接收带来的影响是卫视工作者和卫视发烧友们面临的一个永恒主题。

不少卫视发烧友都曾有过这样的经历，一场大风过后，原本收视正常的节目就出现了问题，轻者，必须重新调整天线，重者，天线被大风吹离了位置或者变形解体，给不少卫视工作者和卫视发烧友平添了烦恼，造成了经济损失。甚至，延误了电视节目的播出，影响了正常的工作。

造成以上问题的主要原因，一是建站时没有充分考虑站点处的常年气象条件，二是施工时没能处理好天线地脚和调整方位及仰角的紧固件，三是选用的卫星接收天线质量差，天线本身承受不了相应的风荷，造成变形和解体。

针对以上问题，笔者在此浅谈个人拙见，希望能对您有所帮助。

一、基本知识

１、风

风的概念非常简单，空气的流动就是风。

２、风力等级

这里的“级”是表示风速大小。天气预报中，我们经常会听到：……风力３到４级……这样的说法，实际上就是表示风速的大小。

风速是指风的运行速度。相邻两地间的气压差愈大，空气流动越快，风速就越大，风的力量自然也就大。所以通常都是以风力来表示风速的大小。风速的单位是：米／秒或公里／小时来表示。发布天气预报时，大都使用风力等级来表述风的大小。

我国自古就以风作用于树的征状，用“一级动叶，二级鸣条，三级摇枝，四级坠叶，五级折小枝，六级折大枝，七级折木，飞沙石，八级拔大树及根”这八级风来表述风力的大小。随着科学技术的不断发展，人们对天气现象有了更全面深入地了解，各种描述风力等级变化的参照物不断地充实和丰富，表述风力等级也日趋准确。下表是为各风力等级定义的风级表。

３、风压

就是垂直于气流方向的平面所受到的风的压力。

二、卫星天线的风压载荷

目前，用于卫星电视接收的天线均以中、小型抛物面天线或偏馈天线为主。使用过程中，天线的载荷主要来自风力、自重及气象条件引起的结构变形（如高温、结冰、积雪）等方面。但是，众多因素中起决定作用的载荷仍然是风压载荷。为了保证卫星电视接收天线的使用安全，设计、安装卫星天线时均须计算其抗风载荷。

１、卫星电视接收天线风压载荷的计算

计算卫星电视接收天线风压载荷时，不论是抛物面天线还是偏馈天线均应以抛物面天线为基础进行计算（偏馈天线风载体型系以从风级表（表１）的相关栏目中查得。也可以通过用风－压关系式计算得出（计算公式列于后）

ＫＨ为风压高度变化系数，一般以１０米高度和Ｂ类地面的风压为基准（表２）

ＫＳ为风载体型系数，它与天线的迎风角度有关，（表３）给 出了板状抛物面天线在不同迎风角度下的ＫＳ值。

ＫＯ为风压载荷调整系数，它与天线安装的环境条件有关，盆地或谷地为０．８，山顶为１．０，风口处为１．３，山高５００米以上山顶为３．２。

Ａ为抛物面天线的迎风面积。

２、根据伯努利方程得出的风－压关系，风的动压为：

ｗｐ ＝ ０．５·ｒｏ·Ｖ２　

其中：ｗｐ为风压ｋＮ／ｍ２，

ｒｏ为空气密度ｋｇ／ｍ３，

ｖ为风速ｍ／ｓ。

下面我们讨论风压的计算问题。

我们知道，风压就是垂直于气流方向的平面所受到的风的压力。根据伯努利方程得出的风－压关系，风的动压为 ｗｐ ＝ ０．５·ｒｏ·Ｖ２　由于空气密度ｒｏ和重度ｒ的关系为 ｒ＝ｒｏ·ｇ 因此空气密度 ｒｏ＝ｒ／ｇ。将这一关系代入ｗｐ ＝ ０．５·ｒｏ·Ｖ２式中，得到 ｗｐ＝０．５·ｒ·Ｖ２／ｇ此式为标准风压公式。在标准状态下气压为１０１３ ｈＰａ 温度１５°Ｃ 空气重度 ｒ＝０．０１２２５ ｋＮ／ｍ３。纬度为４５°处的重力加速ｇ＝９．８ｍ／ｓ２ 我们得到 ：ｗｐ＝Ｖ２／１６００ （此式为用风速估计风压的通用公式）

应当指出的是，空气重度和重力加速度随纬度和海拔高度而变。一般来说，ｒ／ｇ 在高原上要比在平原地区小，也就是说同样的风速在相同的温度下，其产生的风压在高原上比在平原地区小。 现在我们将风速代入ｗｐ＝Ｖ２／１６００取１０级大风相当于 ２４．５－２８．４ｍ／ｓ取风速上限 ２８．４ｍ／ｓ得到风压ｗｐ＝０．５ ｋＮ／ｍ２相当于每平方米承受约５１千克力。

３、为方便读者计算卫星天线的风压载荷，特将常用的“风压高度变化系数”及“风载体型系数与迎风角度的关系”列表于下，供参考。

地面粗糙度可分为Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ四类：

——Ａ类指近海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区；

——Ｂ类指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区；

——Ｃ类指有密集建筑群的城市市区；

——Ｄ类指有密集建筑群且房屋较高的城市市区。

４、计算示例

例：若在一座４０米高建筑物的顶部安装一副３米口径的抛物面天线，安装地点周围无高大建筑物，最大风力为１０级，试计算该天线的风载荷。

根据以上条件，利用风压载荷计算公式：Ｗ＝ＫＨＫＳＫＯＡＷＯ 进行计算。

查风级表（表１）的相关栏目ＷＯ＝５０．４１Ｋｇ／ｍ２

查风压高度变化系数（表２）ＫＨ ＝１．５６

查板状抛物面天线风载体型系数（表３）ＫＳ ＝１．２（迎风角＝０）

风压载荷调整系数ＫＯ ＝１

抛物面天线的迎风面积。Ａ＝π／４ ． ｄ２＝７．０７ｍ２

代入Ｗ＝ＫＨＫＳＫＯＡＷＯ＝６８０．４Ｋｇ

三、应该注意的问题

１、安装在高处和风口地区的卫星天线，其反射面最好选用抗风性能好的网板结构的天线，增加天线的抗风性能。

２、安装卫星电视接收天线选址时，在不影响接收效果的情况下，尽量降低安装高度。

３、经常对卫星电视接收天线进行检查和养护，紧固松脱的螺栓，更换锈蚀的部件，确保抗风性能。

４、节目源相对稳定的接收站，最好采用固定式接收天线。

５、在大风到来之前，做好防风准备。即，把卫星电视接收天线的仰角调至９０度，让口面朝天，降低天线风阻。

６、应用极轴天线的用户，在大风天气里，要尽量减少对天线的调整次数，以免天线风压过高，增加推杆的力矩，造成不必要的损失。

７、选用极轴天线时，应采用功率较大的推杆，增加抗风的安全系数。笔者在使用极轴天线时，发现“四连杆极轴天线”，其结构巧妙，变推杆的推动为滑动，带动连杆拖动天线，大大地提高了推杆的安全性，增强了抗风能力，在大风天气里调整天线也游刃有余，丝毫没有力不从心的感觉。

四、防风抗风措施

１、选好设备。卫星电视设备质量的优劣，直接影响到收视效果。建站时，首先要认真考察卫星电视接收站的质量、技术指标、售后服务等情况。要选用品质优良、抗风性能好、使用操作灵活、保养维修方便的设备。尤其是用于集体使用的卫星电视接收天线口径较大，安装位置高（一般建于楼房顶部的居多），风压载荷大，因此，质量差的设备将会给您带来许多麻烦。

２、充分准备。由于大口径天线自身重，受风面积大，天线对地基的压力、升力、水平剪切力都相对较大，因此，对安装天线的基础要求比较高。充分做好卫星天线选址准备，选好安装位置，尽量避开风口，可以减小天线的风压载荷，当大风袭来时，也不至于造成灾害性损失。另外，还要尽量避开干扰源及阻挡接收天线正常使用的建筑物。

３、打好基础。卫星电视接收天线安装前，要按照工程要求做好牢固的地基，避免出现安装现场建筑物坍塌或被大风连“根”拔起的严重后果。要充分考虑天线本身的机械强度、抗风压载荷的能力，安装地点的抗压、抗拉、抗震动的性能，保证现场建筑物和天线基础能够承载天线自身的负荷和风压载荷。

４、认真安装。卫星接收天线安装调试过程中，要认真做好每一项安装工序，保证工程质量。尤其是天线的地脚螺栓的紧固，天线的水平和垂直要求都关系到整个天线系统的安稳，必须认真地处理，避免发生灾害性事故。接收调试工作完成后，要及时紧固各个调整用螺栓、销钉，锁紧方位，防止天线被大风吹动，影响收视。

５、强化措施。对已经购进但结构不合理、抗风性能差的天线要采取补救措施，利用锚杆、角钢、钢丝索、水泥等材料对天线主体和安装基础进行加固处理。对于反射面强度差的天线可采用增加环行加强筋的办法来处理，即，用重量较轻的金属管（如，铝管）制作一个比抛物面天线口径稍小的圆环从天线背后推至天线开口附近，用螺丝与天线面结合在一起，增加反射面强度，减少反射面变形，改善收视效果。

本文计算的数据仅是卫星天线面的风压载荷，不是用于天线安装基础的数据。天线安装基础的计算不但要计算风压载荷、天线自重，还要计算天线受风产生的压力、升力、水平剪切力，同时还要施加安全系数等。用户如需安装数据，可由生产厂家提供.