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限動天線天饋子系統(tǒng)介紹
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天饋子系統(tǒng)是限動天線接收衛(wèi)星信號最重要的系統(tǒng),本文對該系統(tǒng)的饋源網(wǎng)絡和主副反射面作重點介紹。
主副反射面曲線 饋源網(wǎng)絡 主要技術參數(shù)
限動天線系統(tǒng)由天饋子系統(tǒng)、結構子系統(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,虛線左側為室外單元,右側為室內(nèi)單元,紅色部分為系統(tǒng)設備。天饋子系統(tǒng)包括饋源網(wǎng)絡和主副反射面曲線;結構子系統(tǒng)包括主副反射體、極化旋轉裝置和天線座架;伺服控制子系統(tǒng)包括天線控制單元(ACU)、天線驅(qū)動單元(ADU)、驅(qū)動裝置、軸角編碼單元以及安全保護裝置等設備。
天饋子系統(tǒng)是限動天線接收衛(wèi)星信號最重要的系統(tǒng),本文對該系統(tǒng)的主副反射面和饋源網(wǎng)絡。
圖1 天線系統(tǒng)組成原理
為了實現(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。利用計算機優(yōu)化設計技術,選用特殊的口面場分布函數(shù)和合理的副反射面邊緣照射電平,對主、副反射面進行賦形優(yōu)化設計,實現(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)主反射面邊緣對主面焦點的半張角ψm=76°,
(4)副反射面邊緣對饋源相心的半張角θm=25°。
圖2 7.3m天線主副面曲線示意圖
饋源網(wǎng)絡是整個天線的心臟,其性能好壞直接影響天線的射頻性能。饋源網(wǎng)絡由波紋喇叭和微波網(wǎng)絡組成。
2.1 波紋喇叭
天線收發(fā)信號共用一個波紋喇叭,要求在收發(fā)頻段上同時實現(xiàn)理想照射,具有旋轉對稱、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中的主模TE11模良好地轉換為波紋波導中的主模HE11模,同時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。其中模變換器是關鍵,為了展寬頻帶采用環(huán)加載的形式。整個波紋喇叭的外形,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強很小,所以波紋喇叭可以承受大功率。由于工作頻率高,對加工精度要求很高,采用專門的加工工藝保證加工精度。已研制的波紋喇叭達到了以下指標: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
微波網(wǎng)絡主要由波紋喇叭、圓波導、過渡波導和C頻段雙工器組成。波紋喇叭具有工作頻帶寬,方向圖對稱等許多優(yōu)點,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實現(xiàn)天線的極化分離,將由天線主、副面和喇叭接收下來的C頻段的信號區(qū)分開,同時將同一頻段內(nèi)信號的水平極化、垂直極化分別提取出來,其結構示意,如圖5所示。
圖5 雙工器結構示意圖
通過仿真計算可得到饋源方向,如圖6所示。
圖6 饋源仿真方向圖(f=4GHz)
Ku饋源網(wǎng)絡包括波紋喇叭和微波網(wǎng)絡。
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中的主模TE11模轉換為波紋波導中的主模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,模變換段是設計的關鍵,為了展寬頻帶采用環(huán)加載的形式。整個喇叭的外形,如圖7所示。
圖7 波紋喇叭組成框圖
壁中波紋槽分布的場強很小,因此,波紋喇叭可以承受大功率。由于工作波長已接近毫米波段,對加工精度要求很高,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到了以下指標: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 波紋喇叭的結構外形圖
3.2 微波網(wǎng)絡
雙極化接收微波網(wǎng)絡主要圓極化器和雙工器組成。圓極化器采用90°移相器,雙工器將信號分離出兩個正交的信號,兩輸出端口為矩形波導。
雙極化接收微波網(wǎng)絡示意,如圖9所示。
圖9 微波網(wǎng)絡組成框圖
通過仿真計算可得到饋源方向,如圖10所示。
圖10 饋源仿真方向圖(f=12.5GHz)
4.1 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)相對濕度:室外為≤100%;室內(nèi)為≤85%。
(3)供電:單相220(1±10%)V,50(1±5%)Hz;三相380(1±10%)V,50(1±5%)Hz。
(4)抗風能力
保精工作:穩(wěn)態(tài)風13m/s;陣風20m/s,
降精工作:穩(wěn)態(tài)風20m/s;陣風27m/s,
收藏風速(朝天鎖定):35m/s,
保全風速:≤55m/s時,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 正高級工程師
責任編輯:王學敏
TN957.81
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2096-0751(2017)04-0015-04
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