卫星接收天线波导转换器的研制与实现

+ 王继来　国家新闻出版广电总局五七二台节传机房主任，高级工程师

卫星接收天线波导转换器的研制与实现

+ 王继来国家新闻出版广电总局五七二台节传机房主任，高级工程师

本文主要介绍了自行研发的一套波导转换器，实现在C波段卫星接收天线的馈源部分不改变原有馈源物理结构情况下，直接加装波导转换器，改用Ku 波段高频头，调星后即可接收到Ku波段卫星信号，发明研制的波导转换装置安装方便、简单实用，接收性能指标优良，可达到广播级的使用要求。

卫星接收天线 馈源 波导转换器 卫星信标

一、研发背景

卫星通信在广电系统发射台站应用非常普及，目前常用的卫星接收天线分为C波段和Ku波段两种，馈源系统与接收天线的结构是相匹配的，因此天线厂家在设计生产卫星接收天线的馈源系统时，固定的分成了C波段和Ku波段接收馈源，但两种馈源的结构设计与功能作用是基本相同的，即用波纹环状的结构聚集更强的电磁波束能量，即“集波、聚能”两大功能。在我台节目传输机房的实际工作中，C 波段接收天线备用有余，而Ku波段接收天线备份不足，为了将闲置多余的C波段接收天线充分发挥使用价值，我们本着简单、实用、节省经费的原则，想在不改变C波段馈源物理结构的情况下，通过研发一套波导转换器，即可解决用C波段天线接收Ku波段信号的实际问题，经过半年多的理论分析、测绘和产品实验，终于研制成功了波导转化器，通过频谱仪对改造后接收Ku波段信号各项性能的测量和比较，与原装Ku波段接收天线在接收性能、指标上基本无差异，达到了广播级的使用要求，通过此项装置的研发，不仅解决了本单位实际使用需求，节约了维护经费，具有较大的社会推广价值。

二、技术设计方案

1、卫星天线通信原理简要介绍

⑴ 卫星通信中卫星接收天线的组成及作用

卫星通信是指地球上（包括地面、水面和低层大气中）的无线电通信站之间和用人造卫星作中继站而进行的通信。它工作在微波波段（3GHz—30GHz）。卫星通信系统示意图如图一。

（图一） 卫星通信系统示意图

卫星接收系统一般包括天线，馈源，高频头。天线一般是一个金属抛物面，把来自空中的卫星信号能量反射会聚成一点（焦点），馈源是在抛物面天线的焦点处设置一个聚拢卫星信号的喇叭，称为馈源，意思是馈送能量的源，要求将会聚到焦点的能量全部收集起来并将信号传送给高频头处理，起到卫星信号接收汇聚的作用，一般天线口径越大，接收信号越强、品质越高。常用卡塞格伦天线结构示意如图二：

（图二） 卡塞格论天线结构示意图

（2） 卫星接收天线的类型

卫星接收天线的主要类型分为反射面天线和微带天线两种。反射面天线是由反射面和馈源两部分组成，馈源本身就是一种天线。在工程上通常根据馈源与反射面的相对位置，将反射面天线分为前馈天线、后馈天线和偏馈天线三种形式。在工作原理上说，卫星广播系统中使用的反射面天线可以分为旋转抛物面天线、卡塞格伦天线、格里高利天线、球形发射天线等类型。

（3） 常用卡塞格伦天线馈源系统分析

在标准卡塞格伦天线上常用圆锥喇叭天线作为馈源盘，主要利用它的结构简单、频带较宽，方向性要求不高的优点。馈源的组成形式可根据实际应用做出组合，一般有以下两种：① 若同时接收圆极化波（左旋、右旋），其馈电系统如图三，通过馈源喇叭、极化变换器、极化分离器，送到LNA。② 若卫星转发器发射的是线极化波，同时接收垂直极化和水平极化波时，则可以省去极化变换器部分，如图四所示。

（图三） 同时圆极化波的馈电系统

（图四） 同时线极化波的馈电系统

2、波导转换器介绍

（1） 波导转换器使用位置

在卫星接收天线的馈源部分，接收不同波段卫星信号时，为了最大功率传输微波信号，圆波导的几何尺寸不同。传统的C波段馈源系统，使用符合C波段传输的波导器件；Ku波段馈源系统，使用符合Ku波段传输的波导器件。我们所研制的波导转换器，安装在C波段的馈源系统末端，实现最大接收Ku波段信号的效果。如图五所示。

（图五） 加装波导转换器后接收Ku波段的馈电系统

（2） 波导转换器实物照片（图六）。

（图六）

（3） 波导转换器与扩频接口实物连接（图七）。

（图七）

（4） 波导转换器和扩频接口的几何尺寸如下：

扩频接口尺寸2

扩频接口尺寸1

（5） 波导转换器研制标准说明

波导转换器的几何尺寸，参照波导国家标准制作，并经过多次实际测试和不断改进，完成C波段到Ku波段信号接收的顺利转换，参考值如下表中蓝色和黄色处数值：

扩频接口器件：针对使用扩展频谱通信的卫星收发系统，扩频通信传输信息使用的射频带宽是信息带宽的10倍至100倍以上的通信体制，相应使用的微波波导的尺寸略有扩大，所以，此扩频接口器件需连接原波导与转换器一起使用。

三、数据测试及实际应用效果分析

1、数据测试对象

2016年5月研制的波导转换器在国家新闻出版广电总局五七二台节传机房，安装在6米口径C波段卫星天线馈源实测，通过图八的连接方式，使用RIGOL DSA1020频谱仪和ACS1240AT数字卫星接收机进行实际数据测试。

（图八）实测连接示意图

测试结果如下表：

下图为加装波导转换器后接收Ku波段亚太6号信号，频谱仪显示的卫星信标信号强度-59.72dBm。

2、实测技术分析

通过频谱仪实测信号强度的对比可以看出，接收C波段卫星信号的天线馈源系统部分加装波导转换器后，改用Ku波段高频头，通过调星即可接收到Ku信号，且信号强度变化不大，完全能够满足节目源的使用要求，方便了C波段到Ku波段的顺利接收转换。

3、实际应用效果

针对我单位卫星天线实际应用情况，在馈源部分加装本发明器件后，很方便地将闲置的C波段卫星天线改成接收Ku波段卫星信号，目前用此天线接收Ku波段亚太6号卫星，用于我台广播节目的备份节目源，信号强度稳定，接收、传送指标一切正常，通过此项研发改造，节约了我台再次安装卫星天线费用约10万元，具有较大实用推广价值。

四、结束语

创新是一个民族不断发展壮大的灵魂，对于长期在基层单位从事技术维护的工作人员，我们不要仅仅局限于简单地、机械地去使用和维护设备，而要不断将创新意识贯穿在平日技术维护的挖、革、改中，在技术设备的日常维护使用中，只要勤于思考，创新维护思路，将维护经验与技术创新有机结合起来，通过研发和技术改造，也能使陈旧老化的技术设备发挥余热，通过不断研制出新型、实用型产品，尽可能为社会创造更大的效益，以上研发的实用型波导转换器已经申请国家专利，将进一步做好后续产品推广工作，希望能为更多兄弟单位提供借鉴，解决实际问题。

郭庆，王振永，顾学迈编著.卫星通信系统. 北京：电子工业出版社.2010.6