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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

1 主副反射面曲線

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

2 C頻段饋源網(wǎng)絡

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）

3 Ku饋源網(wǎng)絡

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 主要技術參數(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

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2096-0751（2017）04-0015-04

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