高彤鼎

對于一面發(fā)射天線，如果有另一面性能較好的接收天線相配合，就可以測定發(fā)射天線的發(fā)射方向圖。對于一面接收天線，如果有一面發(fā)射天線相配合，就可以測定接收天線的接收方向圖。只是在測定方向圖時，不管被測的是發(fā)射天線還是接收天線，都需要有電動伺服系統，能夠平穩(wěn)地、連續(xù)地在方位面和俯仰面上進行調整。用來配合測試的天線可以與被測天線處于同一地球站內，也可以處在地理位置相隔較遠的地球站上。

這種測定天線方向性圖的方法，稱為“輔助地球站測量法”。要想測定發(fā)射天線的方向性圖，則與之配合的接收天線就是“輔助地球站”；要想測定接收天線，則與之配合的發(fā)射天線就是“輔助地球站”。這種測量法與其它一些方法相比有以下優(yōu)點：一是既能測接收方向圖，又能測發(fā)射方向圖；二是測量的角度范圍比較大，能夠測到遠旁瓣；三是測量的結果比較準確，測量精度在可控范圍內。

使用這種測量方法，不論是測量發(fā)射方向性圖還是測量接收方向性圖，都必須向衛(wèi)星發(fā)射一個不加調制的單載波，且要求其頻率和功率都十分穩(wěn)定。上行功率的確定要考慮兩個方面的因素，一方面上行功率要足夠大，以保證在天線轉動到遠旁瓣時仍能接收到信號；另一方面，上行功率又不能過大，避免使衛(wèi)星轉發(fā)器進入飽和狀態(tài)，一旦轉發(fā)器處于飽和狀態(tài)，會影響方向性圖在主瓣附近的細節(jié)，還會影響主瓣與旁瓣之間的電平關系。如圖1（a）所示，某天線在測試時因為上行發(fā)射功率太大導致轉發(fā)器飽和，主瓣被壓縮，主瓣與旁瓣的電平差不符合指標要求；而在調小發(fā)射功率后再測，結果就正常了，見圖1（b）。所以，確定上行功率時需要得到衛(wèi)星測控站的幫助，只要確認在天線主瓣對準衛(wèi)星時轉發(fā)器未飽和即可。

上行功率的確定還要兼顧測試接收機的性能，以保證接收機工作在線性范圍內，避免由于接收機的原因導致測量誤差。在測量中還需注意，盡可能不使用LNB（低噪聲下變頻單元），而應使用LNA（低噪聲放大器），且放大器中不可啟用AGC（自動電平調整）功能。這些因素都會嚴重影響測量的精度。

根據有關規(guī)定的要求，天線方向性圖的測定范圍一般不小于±15度，在此情況下，方向性圖主瓣和遠旁瓣的電平差至少在30分貝以上，如果上行功率的電平大小難以兼顧這么大的范圍，也可把方向圖分成兩部分來測，即用較小功率來測定主瓣附近的方向圖，而用較大功率來測定旁瓣（包括近旁瓣和遠旁瓣）的方向圖。在通常的測試條件下，測定的角度范圍可以小一些，比如±10度，這時的主瓣和遠旁瓣的電平差會稍小一些，上行的發(fā)射功率就比較容易確定了。

在開始測量之前，還需要了解天線的轉動速度。通常天線生產廠家都會在說明書中提供這一指標（比如0.02-0.03度/秒），可以根據這個速度結合需要轉動的角度來估算轉動時間。如果查不到這一速度指標，就需要實測一下?？梢韵劝烟炀€的方位或俯仰偏離正常位置15度（或其它度數），記錄一下所需的轉動時間。實際上天線的伺服電機的轉動速度是均勻的，但由于機械結構的關系，單位時間內天線面轉動的角度并不是均勻的。但不管怎樣，天線所需的轉動時間對于測量來說很重要，因為需要用它來設定頻譜（記錄）儀的掃描時間。

有時天線對準衛(wèi)星時的方位正好接近兩個驅動扇面的切換點或是接近天線的轉動極限，天線轉不了幾度就無法繼續(xù)轉動了。這時的解決方法有兩個，一是換一顆衛(wèi)星進行測試，二是減小測試的角度范圍，能測幾度測幾度。

用輔助地球站法測量天線方向性圖所需的儀器也比較簡單，一般說來有一臺頻譜分析儀就可以了，必要時還可以準備一個精密衰減器，用來進行電平校準。但是接收天線上需要使用一個LNA（低噪聲放大器），如果使用LNB（低噪聲下變換器，俗稱高頻頭）的話，會因為其動態(tài)范圍不夠或線性度不好，或是在變頻過程中產生一些誤差而影響測量結果。

測試時的設備和儀器連接如圖2所示。如果被測的是發(fā)射天線，就讓發(fā)射天線轉動起來，由接收天線記錄測試結果，此時接收天線是所謂“輔助站”；如果被測的是接收天線，則由發(fā)射天線提供測試信號，接收天線進行轉動并記錄測試結果，此時發(fā)射天線是“輔助站”。

實際中測得較多的是天線的發(fā)射方向性圖。圖3所示的是對一架7.3米發(fā)射天線水平方向圖所作的測量，測量的范圍為±5度，掃描時間為510秒。

在對天線進行方位方向性圖測量時，由于天線空間方位的平面指向角不同于天線的水平方位角，所以還需對測量值進行修正。如果天線的水平方位角是φAZ，天線的空間方位平面指向角是是θAZ，天線在垂直方向的仰角是δEL，則三者之間有以下關系：

可見，空間的平面指向角與水平方位角是存在著不小差距的，且天線的俯仰角度越大，這個差距就越大。在實際測量時，需要考慮到這個因素。一方面，天線水平方位轉動的范圍要適當地增大一些，比如要測量±10度范圍內的方位方向性圖，則天線水平方位角的轉動范圍可能需要在±15度左右；另一方面，在實際測量中，測試儀器記錄的方位方向性圖是按水平方位角來展開的，需要折算到空間方位的平面指向角。比如在確定主瓣寬度的時候，如果按測得的方向性圖直接測算，則得出的主瓣寬度必然大于實際值。

與水平方位角不同，由于天線空間方位的垂直指向角與天線的仰角是一致的，所以俯仰方向性圖的測量范圍與天線仰角的實際轉動范圍是一致的，不必進行修正。

隨著太空中衛(wèi)星數量的增多，對發(fā)射天線的性能要求也在不斷提高，以盡可能減少對鄰星的干擾。而測定的天線方向性圖就是確定天線是否合格的依據。對于不合格的發(fā)射天線，衛(wèi)星公司是不允許其入網的。