地球同步卫星是人为发射的一种卫星，它相对于地球静止于赤道上空。从地面上看，卫星保持不动，故也称静止卫星，从地球之外看，卫星与地球以相同的角速度转动，角速度与地球自转角速度相同，故称地球同步卫星。在平常的计算中，我们认为这是匀速圆周运动，运转周期约为24小时，地球同步卫星距赤道的高度约为36000千米，线速度的大小约为每秒3.08公里。

同步卫星的高度可通过克卜勒(J. Kepler)第三定律H + E = R = AP2/3来计算，其中周期P = 0.99727，比例常数A = 42241，地球半径Er = 6378公里，故可算出同步卫星的高度为H = 35,786公里。

发射同步卫星需要较高的技术，一般先用多级火箭，将卫星送入近地圆形轨道，此轨道称为初始轨道；当卫星飞临赤道上空时，控制火箭再次点火，短时间加速，卫星就会按椭圆轨道（也称转移轨道）运动；卫星飞临远地点时，再次点火加速，卫星就最后进入相对地球静止的轨道。

若把三颗同步卫星，相隔120°均匀分布，卫星的直线电波将能覆盖全球有人居住的绝大部分区域（除两极以外），可构成全球通讯网。

卫星图片

截止2012年，已有十几个国家和组织发射了100多颗同步卫星。1984年4月，中国的同步卫星发射成功。

同步卫星的缺点是空间有高度的限制、因距离太远造成电波传递时间的迟延，例如同步卫星约需要250ms(= 2*3.5*104/3*105)的传递时间及因距离太远造成电波传递的功率要相当大。

自1965年人类利用静止卫星实现全球通信以来，同步卫星通信技术得到了飞速发展。随着电视技术的进步，卫星电视作为一种先进的广播形式，因其收视质量高、覆盖範围广等诸多优点已深受大众喜爱。不少单位和个人都安装上了卫星电视接收天线。然而，调整天线使其处于最佳工作状态却不是一件容易的事情，没有必备的工具和技术参数则几乎是不可能的。这里介绍一种使用罗盘仪调整同步卫星接收天线的简易方法。

準备工作

在正式调整卫星接收天线开始之前，尚有许多準备工作要做。首先要拥有一只能测量倾角的罗盘仪，这是必备工具，其次必须知道天线所在地的经纬度和预收卫星的经度，这几个参数决定了天线的仰角和方位角。再次，了解卫星信号的强度也很重要，它有助于确定该使用多大口径的天线接收。这些均可从相关资料和其他地面站的记录中得到。最后，还要知道这颗卫星上预收节目的下行频率、极化方式。他们是调整天线的依据。準备工作完成后，可着手下一步骤。

设备调整

若卫视节目是模拟制式，则最好选用带有调谐频率指示的卫星接收机。卫星接收机的调谐频率可按下式计算：

fIF=fOSC-fIN式中：fIF为调谐频率；fIN为卫星信号下行频率。

fOSC为高频头本振频率，对于C波段高频头多为5150MHZ，对于Ku波段而言，目前国内使用的高频头主要有两种本振频率：11.30GHZ和11.25GHZ，使用时应注意加以区分；

若接收机不带调谐指示，则应找出当前卫星与预收卫星共同的下行频率，并以当前卫星为参照将接收机调谐于此频率，然后按要求将接收机的伴音副载波、去加重、中音频频宽调至合适的接收状态。

若卫视节目是数字制式，则希望所用的数字卫星接收机反应时间儘量快些。另外，接收机的较高的灵敏度也很重要。

调整数字卫星接收机的参数比调整模拟机稍複杂些，除调谐频率fIF的计算与模拟接收方式一样外，还有符号率、纠错方式（部分接收机可自动识别）等，均必须正确设定，否则将一无所获，这一点与接收模拟信号是完全不同的。

电磁波的传播具有两种类型、四种极化方式，即圆极化和线极化两种类型，左旋圆极化、右旋圆极化、垂直线极化和水平线极化四种方式。天线接收线极化波是不用极化变换器的，而接收圆极化波时则需要将圆极化波转换成线极化波以适应于波导的传输。

线极化波是指电磁波中电场矢量端点的运动轨迹为一条直线。电磁波中电场矢量方向与卫星轨道平面垂直，即为垂直极化波；电场矢量方向与卫星轨道平面平行，即为水平极化波，右旋极化波是符合右 手定则的电磁波，左手圆极化波是符合左手定则的电磁波。

极化变换器的作用就是将线极化波变为圆极化波或将圆极化波变为线极化波，也称为移相器。对圆极化波而言，前馈天线和后馈天线是有区别的，该类型波每经反射一次，极化方向要反转一次，而前馈天线和后馈天线的反射次数是不同的，至于线极化波，反射是不会改变其方向的。

有了这些知识，就可以将天线的极化变换器调至所需的状态。目前我国的卫星信号多使用线极化波，接收这些信号只需转动圆矩变换波导和高频头的方向即可，无需使用极化变换器。

天线方位角及仰角的调整

如何调整天线的仰角及方位角这一问题对许多人来说却是一件难事。这里介绍两种行之有效的方法：相对值法与绝对值法。

1、相对值法：此法是先计算出接收当前卫星与接收预收卫星时天线仰角与方位角的差值，然后对天线进行相应的调整。举例来说，在武汉市调整原接收中星五号(115.5°E)的天线至接收亚太1A号(134°E)，天线的方位角及仰角分别为：

中星五号 AZ=177.6°；EL=54.3°

亚太1A号 AZ=144.9°；EL=48.3°

显然方位角应减少即向东转177.6°-144.9°=32. 7°，仰角应下调54.3°-48.3°=6.0°

由于在调整中是取相对值进行的，测量位置本身的偏差在计算中已经被消除了，因此对罗盘的测量位置要求不高，只要保持测量位置不变即可。此法较适合于天线换星操作和偏馈天线。

2、绝对值法：此法只需计算出天线最终仰角及方位角，而无需考虑当前状态。以罗盘读数作参考也能较快将天线调至所需位置，但在使用罗盘时一定要严格选择测量位置，儘量减小由于测量位置选择不当引起的误差。

这两种方法各有优缺点，可根据具体情况选择使用或结合使用。

天线仰角及方位角的调整对于接收C波段模拟电视信号或许不算太困难，但对于接收数位电视信号特别是Ku波段电视信号就没有那幺简单。笔者建议务必按以下步骤进行，除非条件不具备。

1）、首先接收该卫星上C波段模拟电视信号，以求将天线大致对準卫星，在多数情况下这一条件都能得到满足。

2）、其次接收C波段数位电视信号或者改换Ku波段高频头接收该波段模拟电视信号，这一条件不一定能满足。

3）、最后接收Ku波段数位电视信号。有些Ku波段天线不能换C波段高频头，但也应儘可能从第二步做起。

微调

经过以上几个步骤，大多数情况下是能收到卫星信号的，但接收效果不一定理想，为此必须进行微调。

1、仰角、方位角的微调：反覆微调仰角及方位角，注意监视器上图像、伴音的变化情况，直到图像、伴音信号达到最佳状态。在微调期间，一定要注意分清天线的主瓣和旁瓣，以主瓣接收信号，收视效果明显要优于旁瓣。

2、馈源及极化的调整：完成仰角及方位角的微调后应将其稍微固定，然后适当移动馈源的位置，调整焦距。同时由于我国卫星广播採用线极化方式传送，因此务必对极化进行细心的调整。最终的目标是使模拟接收机的输入信号电平最强，数字接收机的误码率最低，以保证监视器上信号最佳。

3、调试完毕后，整个卫星接收系统已处于最佳工作状态，可将馈源、极化器、仰角和方位角等固定好。

记录

对天线的各种状态、参数、接收信号情况等做好详细记录并不複杂，但对今后的工作大有好处。

至此，卫星接收天线的调整工作才算全部完成了。

测算高度

同步卫星是指与地球相对静止的卫星，这种卫星绕地球转动的角速度与地球自转的角速度相同，做匀速圆周运动的圆心就是地心。因此，它的轨道平面必须与赤道平面重合，并且它必须位于赤道上空一定的高度上。下面我们计算同步卫星离地面的高度。

已知地球的质量M=5.98*10^24 kg，半径R=6.37*10^6 m ，自转周期T=24h。G=6.67*10^-11 N·m^2/kg^2 。设同步卫星离地面的高度为h ，质量为m 。则由向心力公式可得： GMm/(R+h)^2=m(2π/T)^2 *(R+h)。 化简后可得 h=3√(GMT*2 /4π^2)-R。将以上数值代入可解得 h=3.6*10^7 m。

同步卫星运转的周期与地球自转周期相同，相对于地球静止不动，有关同步卫星的知识在高考中多次出现，成为考查的热点之一。很多学生对它的理解较为模糊，为了使学生加深理解,在教学中要向学生讲清以下问题：

1 同步卫星轨道为什幺是圆而不是椭圆

地球同步卫星的特点是它绕地轴运转的角速度与地球自转的角速度相同，静止在赤道上空某处相对于地球不动的卫星，这一特点决定了它的轨道只能是圆。因为如果它的轨道是椭圆，则地球应处于椭圆的一个焦点上，卫星在绕地球运转的过程中就必然会出现近地点和远地点，当卫星向近地点运行时，卫星的轨道半径将减小，地球对它的万有引力就变大。卫星的角速度也变大;反之，当卫星向远地点运行时，卫星的轨道半径将变大,地球对它的万有引力就减小，卫星的角速度也减小，这与同步卫星的角速度恆定不变相矛盾。所以同步卫星轨道不是椭圆,而只能是圆。

2 为什幺同步卫星的轨道与地球赤道共面

由于该卫星绕地轴做圆周运动所需的向心力只能由万有引力的一个分力提供，而万有引力的另一个分力就会使该卫星离开B点向赤道运动，除非另有一个力恰好与F2平衡，,所以卫星若发射在赤道平面的上方(或下方)某处，则卫星在绕地轴做圆周运动的同时，也向赤道平面运动,它的运动就不会稳定，从而使卫星不能与地球同步，所以要使卫星与地球同步运行,必须要求卫星的轨道与地球赤道共面。

如果将卫星发射到赤道上空的A点，则地球对它的万有引力F全部用来提供卫星绕地轴做圆周运动所需要的向心力，此时卫星在该轨道上就能够以与地球相同的角速度绕地轴旋转，此时该卫星才能够“停留”在赤道上空的某点，实现与地球的自转同步,卫星就处于一种相对静止状态中。

3 为什幺所有同步卫星的高度都是一样的

在赤道上空的同步卫星,它受到的唯一的力——万有引力提供卫星绕地轴运转所需的向心力.当卫星的轨道半径r(或离地面的高度h)取某一定值时,卫星绕地轴运转就可以与地球自转同步,两者的周期均为T=24h.

设地球质量为M,地球半径为R0,卫星质量为m,离地面的高度为h,则有

得

将R0=6400km,G=6.67×10-11N·m2/kg2,M=6.0×1024kg,T=24h=86400s代入上式得h=3.6×10^4km，即同步卫星距离地面的高度相同(均为h=3.6×10^4km)，必然定位于赤道上空的同一个大圆上.赤道上空的这一位置被科学家们喻为“黄金圈”,是各国在太空主要争夺的领域之一。