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限動(dòng)天線天饋?zhàn)酉到y(tǒng)介紹
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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
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
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)
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)
4.1 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
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