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        限動(dòng)天線天饋?zhàn)酉到y(tǒng)介紹

        2017-07-01 22:52:41安國(guó)利
        數(shù)字傳媒研究 2017年4期
        關(guān)鍵詞:天饋饋源反射面

        安國(guó)利

        內(nèi)蒙古廣播電視臺(tái) 內(nèi)蒙古 呼和浩特市 010050

        限動(dòng)天線天饋?zhàn)酉到y(tǒng)介紹

        安國(guó)利

        內(nèi)蒙古廣播電視臺(tái) 內(nèi)蒙古 呼和浩特市 010050

        天饋?zhàn)酉到y(tǒng)是限動(dòng)天線接收衛(wèi)星信號(hào)最重要的系統(tǒng),本文對(duì)該系統(tǒng)的饋源網(wǎng)絡(luò)和主副反射面作重點(diǎn)介紹。

        主副反射面曲線 饋源網(wǎng)絡(luò) 主要技術(shù)參數(shù)

        限動(dòng)天線系統(tǒng)由天饋?zhàn)酉到y(tǒng)、結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)和伺服控制子系統(tǒng)組成。天線系統(tǒng)組成原理框,如圖1所示。其中,虛線左側(cè)為室外單元,右側(cè)為室內(nèi)單元,紅色部分為系統(tǒng)設(shè)備。天饋?zhàn)酉到y(tǒng)包括饋源網(wǎng)絡(luò)和主副反射面曲線;結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)包括主副反射體、極化旋轉(zhuǎn)裝置和天線座架;伺服控制子系統(tǒng)包括天線控制單元(ACU)、天線驅(qū)動(dòng)單元(ADU)、驅(qū)動(dòng)裝置、軸角編碼單元以及安全保護(hù)裝置等設(shè)備。

        天饋?zhàn)酉到y(tǒng)是限動(dòng)天線接收衛(wèi)星信號(hào)最重要的系統(tǒng),本文對(duì)該系統(tǒng)的主副反射面和饋源網(wǎng)絡(luò)。

        圖1 天線系統(tǒng)組成原理

        1 主副反射面曲線

        為了實(shí)現(xiàn)天線的高效率、低旁瓣和低反射損耗等優(yōu)良性能,采用賦形卡塞格倫天線。利用計(jì)算機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù),選用特殊的口面場(chǎng)分布函數(shù)和合理的副反射面邊緣照射電平,對(duì)主、副反射面進(jìn)行賦形優(yōu)化設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)天線的高效率與低旁瓣特性的最佳折中。

        以7.3m天線為例,如圖2所示,主要幾何參數(shù)如下:

        (1)主反射面直徑 Dm=7300mm,

        (2)副反射面直徑 Ds=730mm,

        (3)主反射面邊緣對(duì)主面焦點(diǎn)的半張角ψm=76°,

        (4)副反射面邊緣對(duì)饋源相心的半張角θm=25°。

        圖2 7.3m天線主副面曲線示意圖

        2 C頻段饋源網(wǎng)絡(luò)

        饋源網(wǎng)絡(luò)是整個(gè)天線的心臟,其性能好壞直接影響天線的射頻性能。饋源網(wǎng)絡(luò)由波紋喇叭和微波網(wǎng)絡(luò)組成。

        2.1 波紋喇叭

        天線收發(fā)信號(hào)共用一個(gè)波紋喇叭,要求在收發(fā)頻段上同時(shí)實(shí)現(xiàn)理想照射,具有旋轉(zhuǎn)對(duì)稱、低交叉極化的輻射方向圖以及低電壓駐波比特性。波紋喇叭由輸入錐削段、模變換器、頻率變化段、張角變化段和喇叭輻射段組成,其原理如圖3所示。

        圖3 波紋喇叭原理方框圖

        模變換器的作用是將圓波導(dǎo)中的主模TE11模良好地轉(zhuǎn)換為波紋波導(dǎo)中的主模HE11模,同時(shí)要保持良好的匹配和抑制有害高次模EH12模的產(chǎn)生。頻率變化段和張角變化段主要完成頻率和張角的變化,同時(shí)抑制有害高次模EH12模的產(chǎn)生。喇叭輻射段的作用主要是產(chǎn)生所需的副面邊緣照射電平。其中模變換器是關(guān)鍵,為了展寬頻帶采用環(huán)加載的形式。整個(gè)波紋喇叭的外形,如圖4所示。

        圖4 波紋喇叭外形圖

        由于波紋喇叭壁中波紋槽分布的場(chǎng)強(qiáng)很小,所以波紋喇叭可以承受大功率。由于工作頻率高,對(duì)加工精度要求很高,采用專門的加工工藝保證加工精度。已研制的波紋喇叭達(dá)到了以下指標(biāo):在C頻段電壓駐波比VSWR<1.1,交叉極化隔離度大于38dB。

        2.2 微波網(wǎng)絡(luò)

        微波網(wǎng)絡(luò)主要由波紋喇叭、圓波導(dǎo)、過(guò)渡波導(dǎo)和C頻段雙工器組成。波紋喇叭具有工作頻帶寬,方向圖對(duì)稱等許多優(yōu)點(diǎn),是高性能雙反射面天線饋源的理想選擇。

        C頻段雙工器主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)天線的極化分離,將由天線主、副面和喇叭接收下來(lái)的C頻段的信號(hào)區(qū)分開,同時(shí)將同一頻段內(nèi)信號(hào)的水平極化、垂直極化分別提取出來(lái),其結(jié)構(gòu)示意,如圖5所示。

        圖5 雙工器結(jié)構(gòu)示意圖

        通過(guò)仿真計(jì)算可得到饋源方向,如圖6所示。

        圖6 饋源仿真方向圖(f=4GHz)

        3 Ku饋源網(wǎng)絡(luò)

        Ku饋源網(wǎng)絡(luò)包括波紋喇叭和微波網(wǎng)絡(luò)。

        3.1 波紋喇叭

        波紋喇叭由輸入錐削段、模變換段、頻率變化段、張角變化段和喇叭輻射段組成,其原理如圖7所示。模變換器的作用是將圓波導(dǎo)中的主模TE11模轉(zhuǎn)換為波紋波導(dǎo)中的主模HE11模,保持良好的匹配和抑制有害高次模EH12模的產(chǎn)生。頻率變化段和張角變化段主要完成頻率和張角的變化,抑制有害高次模EH12模的產(chǎn)生。喇叭輻射段的作用主要是產(chǎn)生所需的副面邊緣照射電平。其中,模變換段是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵,為了展寬頻帶采用環(huán)加載的形式。整個(gè)喇叭的外形,如圖7所示。

        圖7 波紋喇叭組成框圖

        壁中波紋槽分布的場(chǎng)強(qiáng)很小,因此,波紋喇叭可以承受大功率。由于工作波長(zhǎng)已接近毫米波段,對(duì)加工精度要求很高,需要采用專門的加工工藝保證加工精度。已研制的波紋喇叭達(dá)到了以下指標(biāo):在Ku頻段電壓駐波比VSWR<1.1,交叉極化隔離度大于38dB。如圖8所示。

        圖8 波紋喇叭的結(jié)構(gòu)外形圖

        3.2 微波網(wǎng)絡(luò)

        雙極化接收微波網(wǎng)絡(luò)主要圓極化器和雙工器組成。圓極化器采用90°移相器,雙工器將信號(hào)分離出兩個(gè)正交的信號(hào),兩輸出端口為矩形波導(dǎo)。

        雙極化接收微波網(wǎng)絡(luò)示意,如圖9所示。

        圖9 微波網(wǎng)絡(luò)組成框圖

        通過(guò)仿真計(jì)算可得到饋源方向,如圖10所示。

        圖10 饋源仿真方向圖(f=12.5GHz)

        4 主要技術(shù)參數(shù)

        4.1 接口規(guī)格

        饋源接口。C頻段,接收:CPR-229(BJ-40);Ku頻段,接收:WR-75(BJ-120),遵循RS-422/485。

        4.2 電氣性能

        (1)工作頻段

        Ku頻段接收:10.95~12.75GHz;C頻段接收:3.4~4.2GHz。

        (2)天線增益

        Ku頻段接收:≥57.5+20lg(f/12.5) dBi,f單位:GHz。

        C 頻段接收:≥47.8+20lg(f/4.0) dBi,f單位:GHz。

        (3)駐波比:≤1.25。

        (4)極化方式:雙線極化。

        (5)線極化面調(diào)整范圍:±90°。

        (6)饋源插入損耗:

        C頻段:≤0.2dB;Ku頻段:≤0.25dB。

        (7)噪聲溫度:(在晴天、微風(fēng)10°仰角條件下)

        C頻段:Ta≤42°K;Ku頻段:Ta≤60°K。

        (8)交叉極化隔離度:≥35dB(軸向)

        (9)端口隔離度(dB)

        C/Ku頻段端口:≥35dB

        (10)饋源端口:二端口,兩收。

        4.3 工作環(huán)境條件

        (1)工作溫度:室外為-40℃~+60℃;室內(nèi)為0℃~+45℃。

        (2)相對(duì)濕度:室外為≤100%;室內(nèi)為≤85%。

        (3)供電:?jiǎn)蜗?20(1±10%)V,50(1±5%)Hz;三相380(1±10%)V,50(1±5%)Hz。

        (4)抗風(fēng)能力

        保精工作:穩(wěn)態(tài)風(fēng)13m/s;陣風(fēng)20m/s,

        降精工作:穩(wěn)態(tài)風(fēng)20m/s;陣風(fēng)27m/s,

        收藏風(fēng)速(朝天鎖定):35m/s,

        保全風(fēng)速:≤55m/s時(shí),天線在收藏位置不損壞,不產(chǎn)生永久性變形。

        (5)耐雨、雪性能:

        降雨:最大可達(dá)100mm/h,

        雪量:雪載荷60mm(能正常工作)。

        具有防潮防雷防鹽霧銹蝕能力,鋼構(gòu)件采用熱噴鋅處理,主面噴白漆。

        審稿人:杜中 內(nèi)蒙古廣播電視臺(tái) 正高級(jí)工程師

        責(zé)任編輯:王學(xué)敏

        TN957.81

        A

        2096-0751(2017)04-0015-04

        安國(guó)利 內(nèi)蒙古廣播電視臺(tái) 高級(jí)工程師

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