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天线的基本概念

11-20 16:02:18 | http://www.5idzw.com | RF射频 | 人气:926
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天线的主要特性参量

    工程上常用一些参量来表征天线用作发射或接收的特性,它们是方向图,主瓣电平,增益,极化,频带宽度,驻波比,噪声温度等。这里仅对其中几个主要参量作简单介绍。

    方向图、主瓣宽度与副瓣电平

    天线功率辐射击是否集中,可以用主瓣宽度这一参量来表示;主瓣中辐射功率为最大值一半时两个矢径间的夹角称为主瓣宽度。主瓣宽度越小,方向图越尖锐,表示天线辐射越集中。

    副瓣的最大值相对主瓣最大值的比,称为副瓣电平,一般用分贝来表示,其定义为:

    101g副瓣最大值功率/主瓣最大值功率

    如副瓣最大值与主瓣最大值相应功率之比为0.01,则副瓣电平为-20dB。

    如果反天线在各方向辐射击的强度用从原点出发的矢量长短来表示,则连接全部矢量端点所形成的包络就是天线的方向图。它显示出天线的在不同方向辐射的相对大小,这种方向图称为立体方向图。矢径的方向代表辐射的方向,矢径的长短代表辐射击的强度。方向图包含有许多波瓣,其中包含最大辐射方向的波瓣称为主瓣。其它依次称为第一副瓣,第二副瓣等。

    天线增益G

    我们也可用增益来表示天线集中辐射的程度。天线在某一方向的增益定义为:在相同的输入功率下,天线在某一方向某一位置产生的电场强度的平方(E2)与无耗理想点源天线在同一方向同一位置产生的电场强度的平方(E02)的比值,通常以G表示。
    G=E2/E02(同一输入功率)
    同样,增益也可以这样来确定:在某一方向向某一位置产生相同电场强度的条件下,无耗理想点源天线的输入功率(Pino)与天线的输入功率(Pin)的比值,即称为该天线在该点方向的增益。
    G=Pino/Pin(同一电场强度)
    通常是以天线在最大辐射方向的增益作为这一天线的增益。增益通常用分贝表示。即:G=101gPino/Pin天线增益的计算:G=η4πS/λ2=η(π/λ)2D2式中,S-天线口径面积(平方米);λ-工作波长(米);D-抛物面口径(即面口直径)(米);η-天线 效率。

    天线的噪声温度:

    进入天线的噪声主要来银河系的宇宙噪声和来自大地、大气的热噪声。不同口径的天线、不同频段、不同仰角和不同环境,天线的噪声都不相同。在C波段,宇宙噪声很小,主要是大地和大气的热噪声。在Ku波段,这些噪声也随着频率而增加。 同一仰角时,天线尺寸越大波束越窄,因此天线的噪声温度TA(K)越小,不 过随着仰角加大,这种差别变小。而同一天线尺寸时,天线仰角Φ越大,天线的噪声温度TA(K)越低,反之Φ越小,TA越高。这是因为仰角Φ越小,信号穿过大气层厚度越大,从而气象噪声、大气噪声越强。

    电磁波的极化:

      电磁波的极化形式可分为线极化波和圆极化波,线极化波又可分为水平极化和垂直极化波,圆极化波根据电场旋转方向不同又可分为左旋和右旋圆极化波。我国目前卫星信号方要采用线极化波。

       接收天线的极化方式只有同被接收的电磁波极化形式相一致时,才能有效地接收到信号,否则将使接收信号质量变坏,甚至完全收不到信号,这种现象称为极化失配。当馈源采用矩形波导时,其极化方向由波导口的方向确定。波导口窄边与地平面平行为水平极化,宽边与地平面平行为垂直极化。当采用圆波导馈源时,则应以波导中的探针方向为准。值得注意的是:卫星转发器发射的线极化波是以卫星的轴系为基准定义的,因此只有当地面站天线与卫星所处的经度一致时,地面上波的极化方向才与卫星相同,其它地区应略有偏差。因此在安装时应稍微左右转动一下馈源,使接收机的电平指示最大,以达到极化匹配。

    天线极化的调整

    1、线极化与圆极化共存时,极化器的调整

    对租用的国际通信卫星发射来的是右旋圆极化波,我国卫星发射的是水平极化波。从收租星改收我国卫星时,就得转动天线馈源中移相介质片,使之与水平面垂直,并调整矩形位置,使其波导输出口的窄边与水平面平行,这时就可以接收水平极化波。

    2、只收线极化波时,极化器的调整

    当我国不再租用国际通信卫星而使用我国自己发射的卫星时,应把移相器去掉。移相器是接收圆极化的部件,当接收线极化波时,即使使极化片与波导垂直(或水平),不移相也会产生损失,使天线噪声增加。所以在只收线极化波时可把移相极化介质去掉,并使矩形波导窄边平行水平面,以便使电场矢量平行于水平面的水平极化波进入波导。

    由于星上发射下来的电波极化方式受地面站地理位置,卫星姿态等影响,有时可能稍微偏离水平极化,因此调整、安装时要微微左右转动一下馈源,直至接收机的电平指示最大,这时就达到了极化匹配的目的。

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