地面站卫星天线极化调整方法

孙晨光

摘要：地面站天线极化调整通常指的是线极化地面站天线极化调整。对于圆极化地面站调整，只要将地面站天线极化与卫星极化想匹配即可。当地面站天线极化与卫星极化匹配时，不存在极化角的问题。而对于地面线极化地面站天线来说，当天线接收极化与卫星入射波极化不一致或者地面站天线发射波极化与卫星接收极化不一致时，都存在极化损失，本文通过对地面站天线极化的调整原理分析，讨论了三种常见地面站天线极化调整的程序，最后得出了用频谱复用法调整待测站天线极化是最简单且最准确的方法。

关键词：地面站卫星；天线极化；调整

天线的极化特性是以天线辐射的电磁波在最大辐射方向上电场强度矢量的空间取向来定义的，是描述天线辐射电磁波矢量空间指向的参数。由于电场与磁场有恒定的关系，故一般都以电场矢量的空间指向作为天线辐射电磁波的极化方向。用卫星源法测量地面天线之前，必须对天线的极化进行调整，以使得待测天线极化与卫星极化想匹配。地面站天线极化调整常用两种方法，即最大值法和最小值法。但在频谱复用的卫星通信系统中，地面站天线系统也是频谱复用的，这样一来，利用极化端口接收同极化信标信号的大小直接调整天线极化，或者卫星是频谱复用的，具有正反极化信标信号，用地面站天线接收反极化信标信号，微调馈源网络，使此信号最小。这种方法就是频谱复用法。

1 地面站天線极化调整用到的仪器

线极化地面站天线极化调整测试所用的主要仪器主要有：用于提供射频小信号的射频信号源；用于放大射频信号的HPA高功率放大器；功率计用于测量HPA的输出功率。由辅助站发射的单载波信号，经卫星转发器转发，由待测站接受。LNA为低噪音放大器，用于放大待测站接收的卫星微弱信号；微博频谱仪用于测量RF信号。

2 三种典型方法的调整程序

天线极化调整常常采用最大值法、最小值法、频谱复用法三种常见方法，下面分别讨论这三种方法大致步骤：

最大值法：由辅助站发射单载波，待测站接收该载波信号，天线对准卫星，调整待测天线双工器或馈源网络，使频谱仪接收的信号电平最大，即直接调整天线极化与卫星极化一致。由于线极化馈源的近峰值角度范围比谷值宽，因此确定峰值点的最好方法就是找出比峰值下降3dB点的位置，然后利用插入法找出峰值点，进行确定峰值位置。

最小值法（又称谷点法）出发点是调整待测天线极化与卫星极化正交，即待测天线接收的信号电平最小，然后将待测天线极化旋转90°，使地面站天线极化方向与卫星来波极化方向一致，从而达到极化匹配的目的。

频谱复用法：在频谱复用的卫星通信系统中，由辅助站发射单载波，待测站用主极化端口接收该载波信号，使之与卫星对准。然后，待测站用交叉极化端口接收该载波信号，调整待测天线的双工器或馈源网络，使接收的信号电平最小，固定双工器或馈源网络，再把接收端口换到主极化端口。此时，卫星极化与地面站天线极化一致，从而达到极化匹配的目的。

1）最大值法。

最大值调整地面站天线极化的方法程序如下，分六步：

第一，连接好整个测试系统，加电使系统仪器设备工作正常；

第二，调整待测天线，使天线对准卫星，此时频谱仪接收的卫星信标信号电平最大；

第三，辅助站按照测试计划中给定的频率、极化和EIRP发射一个未经调制的测试单载波；

第四，待测站在辅助站的配合下，通过开关此载波，以确定待测站频谱仪接收的信号为测试单载波；

第五，旋转待测天线双工器或馈源网络，使微波频谱仪接收的信号电平最大，并测定频谱仪接收的信号电平比峰值下降3dB的位置；

第六，计算比峰值信号电平下降3dB时双工器或馈源网络两边的位置值，然后将双工器或馈源网络旋转至中间位置即可，锁定双工器或馈源网络，要求辅助站关闭测试载波。

2）最小值法。

最小值调整地面站天线极化的方法程序如下，分七步：

第一，连接好整个测试系统，加电预热使系统仪器设备工作正常；

第二，调整待测天线，使天线对准卫星，此时频谱仪接收的卫星信标信号电平最大；

第三，辅助站按照测试计划中给定的频率、极化和EIRP发射一个未经调制的测试载波；

第四，待测站在辅助站的配合下，通過开关此载波，以确定待测站频谱仪接收的信号为测试载波；

第五，旋转待测天线双工器或馈源网络，用频谱仪观察测试载波信号电平的大小，慢慢旋转待测天线双工器或馈源网络，直到频谱仪观察到的信号电平最小，在馈源极化器的法兰盘上做位置标记；

第六，将待测天线馈源双工器或馈源网络旋转180°。重复第五步，确定频谱仪接收信号最小时，在馈源极化器的法兰盘上做位置标记；

第七，将待测天线馈源双工器或馈源网络旋转90°，并锁定双工器或馈源网络，请求辅助站关闭测试载波。

3）频谱复用法。

仅适用于频谱复用的卫星通信系统，也就是说，卫星和地面站均是频谱复用的。其调整程序如下，分六步：

第一，连接好整个测试系统，加电预热，使系统仪器设备工作正常；

第二，调整待测天线，使天线对准卫星，此时频谱仪接收的卫星信标信号电平最大；

第三，辅助站按照测试计划中给定的频率、极化和EIRP发射一个未经调试的测试载波；

第四，待测站在辅助站的配合下，通过开关此载波，以确定待测站频谱仪接收的信号为测试载波；

第五，待测站用同极化口（与卫星极化匹配）接收该测试载波，并记录测试信号电平的大小。然后，待测站用交叉极化端口同样接收该载波信号，微调双工器或馈源网络，使频谱仪接收的载波信号电平最小，锁定双工器或馈源网络；

第六，将测试口换为同极化口，观察频谱仪接收载波信号电平，然后要求辅助站关闭测试载波。

为了便于理解频谱复用法调整极化的原理，现举例说明如下。卫星是频谱复用的，即通过极化隔离来实现频谱复用，从而扩大卫星通信容量。假设辅助站发射一个垂直极化波，若待测站天线极化与卫星极化不匹配，不仅待测站同极化端口接收到此信号，而且垂直极化端口也接收到此信号。通过旋转待测站馈源网络，使垂直化端口 接收的信号最小，此时待测站天线极化与卫星极化匹配。

3 结语

总之，在极化调整的三种方法中，常用的方法是最小值法。但是，若系统是频谱复用的，用频谱复用法调整待测站天线极化是最简单而且最准确的方法。

参考文献：

[1]秦顺友，许德森.卫星通信地面站天线工程测量技术.人民邮电出版社.