卫星天线的工作原理及其调试和维护

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1、卫星天线的工作原理及其调试和维护　　摘要：天线是无线电通信、广播、导航、雷达、测控、微波遥感、射电天文及电子对抗等各种民用和军用无线电系统不可少的设备之一。在各种反射面天线中，卡塞格伦天线是在前馈式抛物面天线的广泛应用基础上发展起来的。对此文章简单介绍了抛物面天线和卡塞格伦天线的工作原理，进而分析了卫星天线的调试、维护和保养方法。　　关键词：抛物面天线；卡塞格伦天线；维护和保养　　自从人类进入信息时代以来，电子通讯技术不断发展。作为电子通讯的基本工具，天线更是在工程实际中得到广泛的应用。从地面到太空，从军事领域到民用领域，无处不活跃着天线的身影。譬如在航天

2、领域内，卫星信号的发射和传送，航天器的通讯等都离不开星载天线的工作。天线是卫星通信系统的重要组成部分，是地球站射频信号的输入和输出通道，天线系统性能的优劣影响整个通信系统的性能。地球站与卫星之间的距离遥远，为保证信号的有效传输，大多数地球站采用反射面型天线。反射面型天线的特点是方向性好，增益高，便于电波的远距离传输。反射面的分类方法很多，按反射面的数量可分为双反射面天线和单反射面天线；按馈电方式分为正馈天线和偏馈天线；按频段可分为单频段天线和多频段天线；按反射面的形状分为平板天线和抛物面天线等。本文对一些常用的天线及其调试和维护作简单介绍。　　1抛物面天线

3、　　1.1抛物面天线简介　　抛物面天线是一种单反射面型天线，利用轴对称的旋转抛物面作为主反射面，将馈源置于抛物面的焦点F上，馈源通常采用喇叭天线或喇叭天线阵列，如图1和图2所示。发射时信号从馈源向抛物面辐射，经抛物面反射后向空中辐射。由于馈源位于抛物面的焦点上，电波经抛物面反射后，沿抛物面法向平行辐射。接收时，经反射面反射后，电波汇聚到馈源，馈源可接收到最大信号能量。　　1.2抛物面天线工作原理　　抛物面具有如下重要的几何光学特性：由焦点发出的各光线经抛物面反射，其反射线都平行于z轴；反之，当平行光线沿z轴入射时，则被抛物面反射而聚焦于F点。其原因是，由焦

4、点发出的各光线经抛物面反射后到达口径面的行程相等（这一结论可利用抛物线的以下性质来证明：从抛物线任一点到焦点的距离等于该点到准线的距离）。　　微波的传播特性与光相似，因此，位于焦点F的馈源所辐射的电磁波经抛物面反射后，在抛物面口径上得到同相波阵面，使电磁波沿天线轴向传播。如果抛物面口径尺寸为无限大，那么抛物面就把球面波变为理想平面波，能量只沿z轴正方向传播，其它方向辐射为零。但实际上抛物面的口径是有限的，这时天线的辐射是波源发出的电磁波通过口径面的绕射，它类似于透过屏上小孔的绕射，因而得到的是与口径大小及口径场分布有关的窄波波束。　　1.3抛物面天线优缺点

5、　　抛物面天线的优点是结构简单，较双反射面天线便于装配。缺点是天线噪声温度较高；由于采用前馈，会对信号造成一定的遮挡；使用大功率功放时，功放重量带来的结构不稳定性必须被考虑。　　2卡塞格伦天线　　2.1卡塞格伦天线简介　　卡塞格伦天线作为双反射面天线的一种，其工作原理和抛物面天线具有相似之处。抛物面天线利用了抛物面的反射特性，馈源位于抛物面的焦点上，直接照射到抛物面口径上，结构和工作原理简单。但却不能很好地通过调整馈源特性来控制天线口径面上的波束和功率分布。卡塞格伦天线由于引入了双曲副面，并将前馈式馈源结构变为后馈式的馈源结构天线，使得馈源辐射出的电磁波经

6、副面与主面两次反射，到达主面口径面上。所以卡式天线能够很好地控制天线口径面上的场分布。　　2.2卡塞格伦天线工作原理　　卡式天线的工作原理和抛物面天线相似。卡式天线在结构上多了一个双曲副面，由馈源发出的球面波前首先遇到双曲面发生反射，反射波再经抛物面作用，出现二次反射。与抛物面天线的结论相似，从O2点发出的入射波经双曲面和抛物面两次反射后，到达抛物面口径上各点的路径长度都相等。因而馈源所辐射的球面波前，将在主反射面口径上变为平面波前，且呈现同相场，使卡式天线同样具有锐波束、高增益的性能。接收状态的过程则相反，外来平面波前经抛物面和双曲面先后作用后，射线在O

7、2点汇聚，馈源接收到外来电波。　　2.3卡塞格伦天线优缺点　　双反射面天线最大的优点是馈源位于主反射面顶点附近，给进入馈源区提供了方便，减少了馈源硬件的支撑问题，减小损耗。双反射面天线的优缺点总结如下优点：　　（1）后馈式的馈源结构，大大缩短了馈线长度，同时也给馈源的安装和维修提供了方便；　　（2）由于副反射面的引入，对控制主反射面的照射增加了一个可变因素，所以天线设计的灵活度增强；　　（3）可以通过控制赋形副反射面来改变主反射面上的照射幅度，同样通过控制赋形主反射面可以改变相位，因此比较容易实现次所要求的级辐射方向图；　　（4）相对于单反射面天线来说，馈

8、源在主反射面边缘的漏失较小，降低了天线的噪声温度；　　（5）馈源可