限动天线天馈子系统介绍

2017-07-01安国利

数字传媒研究 2017年4期

关键词：天馈馈源反射面

安国利

内蒙古广播电视台内蒙古呼和浩特市 010050

限动天线天馈子系统介绍

安国利

内蒙古广播电视台内蒙古呼和浩特市 010050

天馈子系统是限动天线接收卫星信号最重要的系统，本文对该系统的馈源网络和主副反射面作重点介绍。

主副反射面曲线馈源网络主要技术参数

限动天线系统由天馈子系统、结构子系统和伺服控制子系统组成。天线系统组成原理框，如图1所示。其中，虚线左侧为室外单元，右侧为室内单元，红色部分为系统设备。天馈子系统包括馈源网络和主副反射面曲线；结构子系统包括主副反射体、极化旋转装置和天线座架；伺服控制子系统包括天线控制单元（ACU）、天线驱动单元（ADU）、驱动装置、轴角编码单元以及安全保护装置等设备。

天馈子系统是限动天线接收卫星信号最重要的系统，本文对该系统的主副反射面和馈源网络。

图1 天线系统组成原理

1 主副反射面曲线

为了实现天线的高效率、低旁瓣和低反射损耗等优良性能，采用赋形卡塞格伦天线。利用计算机优化设计技术，选用特殊的口面场分布函数和合理的副反射面边缘照射电平，对主、副反射面进行赋形优化设计，实现天线的高效率与低旁瓣特性的最佳折中。

以7.3m天线为例，如图2所示，主要几何参数如下：

（1）主反射面直径 Dm=7300mm，

（2）副反射面直径 Ds=730mm，

（3）主反射面边缘对主面焦点的半张角ψm=76°，

（4）副反射面边缘对馈源相心的半张角θm=25°。

图2 7.3m天线主副面曲线示意图

2 C频段馈源网络

馈源网络是整个天线的心脏，其性能好坏直接影响天线的射频性能。馈源网络由波纹喇叭和微波网络组成。

2.1 波纹喇叭

天线收发信号共用一个波纹喇叭，要求在收发频段上同时实现理想照射，具有旋转对称、低交叉极化的辐射方向图以及低电压驻波比特性。波纹喇叭由输入锥削段、模变换器、频率变化段、张角变化段和喇叭辐射段组成，其原理如图3所示。

图3 波纹喇叭原理方框图

模变换器的作用是将圆波导中的主模TE11模良好地转换为波纹波导中的主模HE11模，同时要保持良好的匹配和抑制有害高次模EH12模的产生。频率变化段和张角变化段主要完成频率和张角的变化，同时抑制有害高次模EH12模的产生。喇叭辐射段的作用主要是产生所需的副面边缘照射电平。其中模变换器是关键，为了展宽频带采用环加载的形式。整个波纹喇叭的外形，如图4所示。

图4 波纹喇叭外形图

由于波纹喇叭壁中波纹槽分布的场强很小，所以波纹喇叭可以承受大功率。由于工作频率高，对加工精度要求很高，采用专门的加工工艺保证加工精度。已研制的波纹喇叭达到了以下指标：在C频段电压驻波比VSWR＜1.1，交叉极化隔离度大于38dB。

2.2 微波网络

微波网络主要由波纹喇叭、圆波导、过渡波导和C频段双工器组成。波纹喇叭具有工作频带宽，方向图对称等许多优点，是高性能双反射面天线馈源的理想选择。

C频段双工器主要用来实现天线的极化分离，将由天线主、副面和喇叭接收下来的C频段的信号区分开，同时将同一频段内信号的水平极化、垂直极化分别提取出来，其结构示意，如图5所示。

图5 双工器结构示意图

通过仿真计算可得到馈源方向，如图6所示。

图6 馈源仿真方向图（f=4GHz）

3 Ku馈源网络

Ku馈源网络包括波纹喇叭和微波网络。

3.1 波纹喇叭

波纹喇叭由输入锥削段、模变换段、频率变化段、张角变化段和喇叭辐射段组成，其原理如图7所示。模变换器的作用是将圆波导中的主模TE11模转换为波纹波导中的主模HE11模，保持良好的匹配和抑制有害高次模EH12模的产生。频率变化段和张角变化段主要完成频率和张角的变化，抑制有害高次模EH12模的产生。喇叭辐射段的作用主要是产生所需的副面边缘照射电平。其中，模变换段是设计的关键，为了展宽频带采用环加载的形式。整个喇叭的外形，如图7所示。