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卫星天线融雪系统概述
卫星通信具有覆盖区域广泛、传输速率高和可靠性强的特点,是广播、电视、电信等领域不可或缺的传输覆盖手段,在全国乃至全球都有着广泛的应用。但是由于卫星通信的技术特点,当冬季来临时,会出现冰雪和霜冻覆盖在卫星通信天线表面,产生的雪衰会严重影响卫星通信的信号质量,使得信号质量降低或通信中断。多变的自然环境条件,不仅给我国冬季北方地区卫星通信传输带来了影响,如再遇到
08 年初我国南方遭遇的特大冰雪灾害.不期而至的冰雪和霜冻将对该地区的卫星通信产生严重影响。一般的人工除雪除冰作业不仅十分困难和不便,还会有人身伤害的危险;而常规的热风机吹扫和电热丝加热的除雪除冰方式,不仅功耗大、热效率低,由于加热不均匀,也无法保证卫星通信的最佳效果。
为了确保卫星通信信号的安全传输,消除冬季冰雪对卫星通信传输领域造成的危害,在经过大量的市场调研和方案论证、比较了各种除冰雪方案的优劣之后,由国家广播电影电视总局节目传输中心和北京星际正通科技有限责任公司共同开发研制的卫星通信天线融雪除冰装置(以下简称星通卫星天线融雪装置)已获得中华人民共和国国家知识产权局颁发的实用新型专利证书(专利号:
ZL 0051.X),并在多个卫星通信领域里被广泛应用。
星通卫星天线融雪装置是专门为卫星通信天线融雪除冰而设计。它创造性地采用在卫星天线背面附着一种由高分子复合材料经特殊工艺处理加工而成的特种电热膜,并通过温度传感器控制电热膜的通电的方式,实现对卫星天线的融雪、除冰。此特种电热膜不同于通常的电热丝式的电热材料,它采用高分子聚合材料涂敷在绝缘基层上,通电后涂层中的碳素和金属粒子中的自由电子发生震动和摩擦,即“布朗运动”,从而产生热量,并利用涂层中的矿物组分的集波功能,使热量主要以远红外辐射方式传递,具有热量分布均匀、效率高、便于异形加工和不怕局部破损的特点。电热膜外部的保温层选用耐高温环保保温材料加工,并用高强度密封材料密封,确保了特种电热膜的防雨、防尘。该卫星天线融雪装置的温度控制系统可分为手动控制和自动控制两种模式,同时还可以实现在中控机房的远程监控。
星通卫星天线融雪装置是目前最新型的卫星通信天线融雪除冰装置。其特点为:加热面积大、加热均匀、热效率高、耐高温、不易燃、材料轻薄、外形美观、节能环保、安装便捷。
3 卫星天线融雪系统工作原理
星通卫星通信天线融雪装置由特种电热膜、保温绝热层、温控系统、计算机远程监控系统四部分组成。电热膜融雪系统构成如图 1 所示。
3.1 电热膜
电热膜由载体、发热材料、电极、绝缘层等几部分组成。载体是面状基材;发热材料由功能性高分子复合材料组成;电极是特殊处理的金属丝,是与外电的连接点;绝缘层是由PET膜、橡胶膜等构成,其用途是使导电部分与外界隔离。
(1)发热材料的工作原理
① 通过架桥及选择性嫁接方式合成高分子聚合物,使其具有正负基团,并有激发其他分子活性的功能;
② 材料中的碳素、金属颗粒等组分中的自由电子受激发后,发生电子撞击和摩擦,产生“布朗运动”,即形成摩擦撞击热;
③ 利用材料中的某些矿物组分的集波功能,使热量主要以远红外低温辐射形式传递,提高了发热效率。
因此,当给电热膜通电时,瞬时就可实现电热转换,发热量符合焦耳定律,且表面均匀发热。
(2)电热膜的特点:由于电热膜可因发热基体,电极植入方式和绝缘层的不同而具有不同的物理形态和性能。在弯曲、折压的清况下,不会影响正常的工作。在受到局部(电极以外的部分)破坏时,如划伤、局部洞穿的情况下也不会影响其正常加热功能,并且可以根据需要加工成任意形状,对某些特殊的部件进行加热或保温。同时,该电热膜具有良好的绝缘性能、密封防水性能。因此,该电热膜非常适合在不同的气候条件下敷设在卫星天线背部,实现表面加热除雪的功能。
(3)电热膜加热功率:电热膜的单位面积发热量可通过调整电阻,即调整发热材料成分或涂敷量实现,目前,单位面积功率可以在 50 -2000W/m2
之间调整。以北京地区为例,结合北京地区冬季室外温度及风速的实际情况,可选用每平方米功率为 600W / m2 的电热膜用于所有卫星通信天线的冬季融雪、除冰。
下面以一面Φ3.7m 卫星通信天线为例介绍一下电热膜的设计方案
一面直径为Φ3.7m 卫星通信天线共分为 12 瓣扇形的组装块,其中 7 瓣安装电热膜融雪装置,每瓣表面积约1m2 , 在每瓣的背面安装 5 块电热膜,每瓣上电热膜平面布置示意图见图
2 。一面卫星通信天线,共安装 35 块电热膜,所有导线均接至天线的中心,沿天线中心支架接到专用配电箱上。
按图 2 中所示的卫星通信天线的一瓣图例,需敷设电热膜约1m2,单位面积功率约为 600W / m2 一面卫星通信天线敷设电热膜融雪装置的总表面积约为
7m2 ,总功率约为 4200W 。实践证明,当系统设计工作电压为 220V ,总电流为 19.1A 时,选用电源总线截面积为4m2以上的导线.完全可以满足室外卫星天线冬季寒冷时段融雪、除冰的要求。
3.2 保温材料
保温材料的功能是防止热量从天线背部泄露,保护加热材料不受外界环境的侵蚀,保持天线的外观完整。因此,本装置选择了自粘性铝箔复合保温材料、高级橡塑保温板和铝塑板共同构成保温层。
(1)自粘性铝箔复合保温材料
自粘性铝箔复合保温材料的技术指标如表 1 所示。它具有耐酸碱、抗腐蚀、抗老化、透湿系数低、防结露、防火、环保、使用安全、自粘复合粘接牢固、洁净度高和使用寿命长等优点。

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