2025-10-10 01:45:01 374次浏览
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卫星天线的发展
通信卫星天线的发展,经历了从简单天线(标准圆或椭圆波束)、赋形无线(多馈源波束赋形和反射器赋形)到为支持个人移动通信而研制的多波束成形大天线。
目前,全球波束仍采用圆波束,区域通信,大多数卫星通信都采用双栅、正交、单馈源、反射器赋形的天线设计。这种天线技术不仅已在大多数的通信卫星上采用;同时也被世界上各主要的卫星天线制造商所掌握,为支持个人移动通信而研制的多波束成型大天线,目前也开始使用。主要的卫星天线有以下几种。
1)THURYU卫星天线:
该卫星天线由休斯公司研制。天线的物理尺寸为12.25米×16米,投影直径12米,128个馈源,收发合一。该无线尤如一个由若干支撑杆支撑的双环形,上环有一透明的抛物面支撑面,下环有一透明的抛物面反射器,两抛物面之间由许多细绳拉紧。展开和收拢简易可靠,每个支撑杆结点处由齿轮连接、控制。
该无线的设计具有下列特点:
·一副收发合一的卫星天线。对于任何一个点波束、发射波束和接收波束将完全重叠(同时,不需要做第二副天线,极大地降低了天线分系统的重量。
·新颖的结构设计,达到了收拢状态的小型化和简易、可靠展开的目的。
·反射面采用介质薄膜上镀有金属环的频率选择面,它只对工作频率产生谐振而反射,其余则全部通过,消除了金属对金属之间的接触,将使无源交调小。
·介质薄膜采用非完全绝缘体材料--氧化铟,其电阻率在10(8次方)Ω左右,从而既保证了静电完全卸载,又保持电磁波的穿透不受影响。
·128个馈源,同星上数字信号处理器的完美结合,有效保证覆盖区点波束的要求。利用偏馈技术,每8或20个,甚至更多的馈源形成一个波束,总数可形成200-300个点波束。
·多点波束,14分贝的波束隔离;大大提高了频率复用的次数(波束数/7),极大地节省了卫星的频率和频带。
·点波束的设计,保证了天线的高增益,有效地支持了个人通信的需求。
2)ASES卫星天线
该卫星天线由位于美国奥兰多、具有100多年历史的哈里斯(HARRIS)公司研制。哈里斯公司的天线设计采用传统的可展开桁架式结构天线。该公司已具有20年研制展开式大天线的经验,包括L、S、X和Ku频段的天线,如美国的数据跟踪中继卫星(TDRSS)4.8米的卫星天线,已经过飞行验证,具有很强的实力和信誉。
ASES卫星采用两个12米的可展开桁架式结构天线分别用于发射和接收,偏置网状透明反射器在结构及展开驱动机构方面完全继承了原有天线的特点,具有较高的精度和可靠性。
3)TORSS卫星天线
4.8米直径的可展开桁架式结构无线,总重52磅;
反射器是由18个石墨环氧树脂桁架、反射面、中心枢纽控制机构及马达驱动展开系统组成;
中心支撑构件由6个石墨翼支架、石英环氧树脂屏蔽罩、锋窝子反射器和顶端的锥型体组成;
馈源部件包括旁瓣跟踪和5个KU频段馈源。
4)GALILEO卫星天线
4.8米直径的可展开桁架式结构天线,总重76磅;
18个钢性的增强型碳纤维环氧树脂桁架;
利用可调整的铍支撑杆系统支撑馈源;
钼镀金的网状抛物面反射面;
双赋形卡塞格伦反射面和顶点馈电(APEX-FEEK)反射器。
天线的调试
天线定位调试
卫星天线的定位调试,包括天线的方向(俯仰角和方位角),馈源的位置,极化取向和极化倾斜角调整等项内容。调试天线一般在天线安装场地进行。
天线指向角的调整
天线指向角的调整即天线定位,它主要包括天线方向指向角调整和天线俯仰指向角调整两个方面:
天线方向指向角(方位角)的调整
天线安装好以后,将高频头有标牌的一面水平朝上,然后利用指南针找到正南方向,并在天线的正南方向上做好正南的标记。同时应了解要找的卫星方位角是正南偏东还是偏西多少度,然后找一皮尺测量立柱的周长为多少厘米,在用360度除以它,得到每厘米是多少度。然后在用方位角去除以每厘米对应的度数,也就是得到了需要转动多少厘米,即可将天线转到附近位置。
天线俯仰指向角(俯仰角)的调整
经简单计算与实践得出结论,实际的俯仰角应为:将计算出的理论俯仰角值减去所采用的天线自身形成的误差值(不同天线形成的误差值范围大约在19-23度之间),天线自身所形成的俯仰角误差值是指:当天线口面与地面垂直时,天线波束.大方向与水平线有一夹角α,这个夹角α就是该天线的俯仰角误差值。如华达1.2米天线α=22.3°。如果某地理位置对某颗星的仰角为φ,则仰角仪的实际读数为β=φ-α即可。),然后将仰角仪放置在天线口平面上,细调俯仰角使仰角仪指针为计算出的差值(误差在正负一度之间),这一点是天线调试成败的关键。
天线极化角的调整
天线指向调整前,高频头馈源波导口极化角P预置方向应大致正确,待收到信号后再进行细调,一般只需根据经度差(经度差=卫星所在经度-接收点经度)正负,即可大致判断极化角正负。经度差为正时极化角也为正,经度差为负时极化角也为负,经度差..值越大,极化角也越大。
卫星天线正南方向的定位
我们知道同步卫星均在地球赤道的上空(纬度为0),距地球赤道约360000公里,相对于地球某一点是静止不动的(其实它和地球的速度相等,线速度以宇宙速度7.9—11.2公里/秒在绕地球旋转),所以又叫地球同步卫星。卫星经度是指卫星在地球上正投影的地球经线度数,即卫星是在地球赤道和卫星经度相交点的正上空约36000公里的地方。
我国国境处于地球赤道的北部,即为北半球,所以同步卫星永远在我国的南方向,也就是说地面卫星天线的方向应该朝向南方。一般在安装卫星天线时首先应正确的判断正南方位的正确位置点,简便的方法是,我们可以利用正午12点的时间,将一根垂直于地面的细竹杆立在地面上,太阳的投影处就是正南方位。在太阳当空到中午12:00点报时的正点,就直接把投影用的竹杆当直尺,在地面上用记号笔把投影画一条直线,那么这条直线所指的就是本地安装天线的正南方向。当然由于地球的时区经纬度是按360°24等分来划分的,所以每一个时区的精度应该是15°,也就是说每隔4分钟,就差l个经度。