幾種天線的比較.docx

天線是衛(wèi)星通信系統(tǒng)的重要組成部分，是地球站射頻信號的輸入和輸出通道，天線系統(tǒng)性能的優(yōu)劣影響整個通信系統(tǒng)的性能。地球站與衛(wèi)星之間的距離遙遠，為保證信號的有效傳輸，大多數(shù)地球站采用反射面型天線。反射面型天線的特點是方向性好，增益高，便于電波的遠距離傳輸。 反射面的分類方法很多，按反射面的數(shù)量可分為雙反射面天線和單反射面天線；按饋電方式分為正饋天線和偏饋天線；按頻段可分為單頻段天線和多頻段天線；按反射面的形狀分為平板天線和拋物面天線等。下文對一些常用的天線作簡單介紹。1 拋物面天線 拋物面天線是一種單反射面型天線，利用軸對稱的旋轉拋物面作為主反射面，將饋源置于拋物面的焦點F上，饋源通常采用喇叭天線或喇叭天線陣列，如圖1所示。發(fā)射時信號從饋源向拋物面輻射，經(jīng)拋物面反射后向空中輻射。由于饋源位于拋物面的焦點上，電波經(jīng)拋物面反射后，沿拋物面法向平行輻射。接收時，經(jīng)反射面反射后，電波匯聚到饋源，饋源可接收到最大信號能量。圖1 拋物面天線 拋物面天線的優(yōu)點是結構簡單，較雙反射面天線便于裝配。缺點是天線噪聲溫度較高；由于采用前饋，會對信號造成一定的遮擋；使用大功率功放時，功放重量帶來的結構不穩(wěn)定性必須被考慮。2 卡塞格倫天線 卡塞格倫天線是一種雙反射面天線，它由兩個發(fā)射面和一個饋源組成，如圖2所示。主反射面是一個旋轉拋物面，副反射面為旋轉雙曲面，饋源置于旋轉雙曲面的實焦點F1上，拋物面的焦點與旋轉雙曲面的焦點重合，即都位于F2點。從從饋源輻射出來的電磁波被副反射面反射向主反射面，在主反射面上再次被反射。由于主反射面的焦點與副反射面的焦點重合，經(jīng)主副反射面的兩次反射后，電波平行于拋物面法向方向定向輻射。對經(jīng)典的卡塞格倫天線來說，副反射面的存在遮擋了一部分能量，使得天線的效率降低，能量分布不均勻，必須進行修正。修正型卡塞格倫天線通過天線面修正后，天線效率可提高到0.70.75，而且能量分布均勻。目前，大多數(shù)地球站采用的都是修正型卡塞格倫天線。 卡塞格倫天線的優(yōu)點是天線的效率高，噪聲溫度低，饋源和低噪聲放大器可以安裝在天線后方的射頻箱里，這樣可以減小饋線損耗帶來的不利影響。缺點是副反射面極其支干會造成一定的遮擋。圖2 卡塞格倫天線3 格里高利天線 格里高利天線也是一種雙反射面天線，也由主反射面、副反射面及饋源組成，如圖3所示。與卡塞格倫天線不同的是，它的副反射面是一個橢球面。饋源置于橢球面的一個焦點F1上，橢球面的另一個焦點F2與主反射面的焦點重合。格里高利天線的許多特性都與卡塞格倫天線相似，不同的是橢球面的焦點是一個實焦點，所有波束都匯聚于這一點。圖3格里高利天線4 環(huán)焦天線 對衛(wèi)星通信天線的總要求是在寬頻帶內(nèi)有較低的旁瓣、較高的口面效率及較高的G/T值，當天線的口面較小時，使用環(huán)焦天線能較好地同時滿足這些要求。因此，環(huán)焦天線特別適用于VSAT地球站。 環(huán)焦天線由主反射面、副反射面和饋源喇叭三部分組成，結構如圖4所示。主反射面為部分旋轉拋物面，副反射面由橢圓弧CB繞主反射面軸線OC旋轉一周構成，饋源喇叭位于旋轉橢球面的一個焦點M上。由饋源輻射的電波經(jīng)副反射面反射后匯聚于橢球面的另一焦點M， M是拋物面OD的焦點，因此，經(jīng)主反射面反射后的電波平行射出。由于天線是繞機械軸的旋轉體，因此焦點M構成一個垂直于天線軸的圓環(huán)，故稱此天線為環(huán)焦天線。環(huán)焦天線的設計可消除副反射面對對電波的阻擋，也可基本消除副反射面對饋源喇叭的回射，饋源喇叭和副反射面可設計得很近，這樣有利于在寬頻帶內(nèi)降低天線的旁瓣和駐波比，提高天線效率。缺點是主反射面地利用率低，如圖4所示，AA間的區(qū)域沒有作用。圖4環(huán)焦天線5 偏饋型天線 無論是拋物面天線，還是卡塞格倫天線，都有一個缺點，總有一部分電波能量被副反射面阻擋，造成天線增益下降，旁瓣增益增高?？梢允褂锰炀€偏饋技術解決這個問題。所謂偏饋天線，就是將饋源和副反射面移出天線主反射面的輻射區(qū)，這樣就不會遮擋主波束，從而提高天線效率，降低旁瓣電平。偏饋型天線廣泛應用于口徑較小的地球站。這類天線的幾何結構比軸對稱天線的結構要復雜得多，特別是雙反射面偏饋型天線，其饋源、焦距的調(diào)整要復雜得多。圖5偏饋天線6 雙頻段天線 如果使用頻率選擇表面（FSS）作副反射面，就可以構成雙頻段天線。FSS是一種空間濾波器，通過在空間放置周期性的金屬貼片或金屬縫隙構成，它在某些頻率可讓電磁波無衰減的通過，而在另外一些頻率將電磁波完全反射。其結構及電磁特性如圖6所示，在頻率f1電磁波被完全反射，在頻率f2電磁波完全通過。如果我們使用這樣的FSS作副反射面，并使饋源1工作在f1，饋源2工作在f2，則兩