衛(wèi)星天線的發(fā)展
通信衛(wèi)星天線的發(fā)展,經(jīng)歷了從簡(jiǎn)單天線(標(biāo)準(zhǔn)圓或橢圓波束)、賦形無(wú)線(多饋源波束賦形和反射器賦形)到為支持個(gè)人移動(dòng)通信而研制的多波束成形大天線。
目前,全球波束仍采用圓波束,區(qū)域通信,大多數(shù)衛(wèi)星通信都采用雙柵、正交、單饋源、反射器賦形的天線設(shè)計(jì)。這種天線技術(shù)不僅已在大多數(shù)的通信衛(wèi)星上采用;同時(shí)也被世界上各主要的衛(wèi)星天線制造商所掌握,為支持個(gè)人移動(dòng)通信而研制的多波束成型大天線,目前也開始使用。主要的衛(wèi)星天線有以下幾種。
1)THURYU衛(wèi)星天線:
該衛(wèi)星天線由休斯公司研制。天線的物理尺寸為12.25米×16米,投影直徑12米,128個(gè)饋源,收發(fā)合一。該無(wú)線尤如一個(gè)由若干支撐桿支撐的雙環(huán)形,上環(huán)有一透明的拋物面支撐面,下環(huán)有一透明的拋物面反射器,兩拋物面之間由許多細(xì)繩拉緊。展開和收攏簡(jiǎn)易可靠,每個(gè)支撐桿結(jié)點(diǎn)處由齒輪連接、控制。
該無(wú)線的設(shè)計(jì)具有下列特點(diǎn):
·一副收發(fā)合一的衛(wèi)星天線。對(duì)于任何一個(gè)點(diǎn)波束、發(fā)射波束和接收波束將完全重疊(同時(shí),不需要做第二副天線,極大地降低了天線分系統(tǒng)的重量。
·新穎的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),達(dá)到了收攏狀態(tài)的小型化和簡(jiǎn)易、可靠展開的目的。
·反射面采用介質(zhì)薄膜上鍍有金屬環(huán)的頻率選擇面,它只對(duì)工作頻率產(chǎn)生諧振而反射,其余則全部通過(guò),消除了金屬對(duì)金屬之間的接觸,將使無(wú)源交調(diào)小。
·介質(zhì)薄膜采用非完全絕緣體材料--氧化銦,其電阻率在10(8次方)Ω左右,從而既保證了靜電完全卸載,又保持電磁波的穿透不受影響。
·128個(gè)饋源,同星上數(shù)字信號(hào)處理器的完美結(jié)合,有效保證覆蓋區(qū)點(diǎn)波束的要求。利用偏饋技術(shù),每8或20個(gè),甚至更多的饋源形成一個(gè)波束,總數(shù)可形成200-300個(gè)點(diǎn)波束。
·多點(diǎn)波束,14分貝的波束隔離;大大提高了頻率復(fù)用的次數(shù)(波束數(shù)/7),極大地節(jié)省了衛(wèi)星的頻率和頻帶。
·點(diǎn)波束的設(shè)計(jì),保證了天線的高增益,有效地支持了個(gè)人通信的需求。
2)ASES衛(wèi)星天線
該衛(wèi)星天線由位于美國(guó)奧蘭多、具有100多年歷史的哈里斯(HARRIS)公司研制。哈里斯公司的天線設(shè)計(jì)采用傳統(tǒng)的可展開桁架式結(jié)構(gòu)天線。該公司已具有20年研制展開式大天線的經(jīng)驗(yàn),包括L、S、X和Ku頻段的天線,如美國(guó)的數(shù)據(jù)跟蹤中繼衛(wèi)星(TDRSS)4.8米的衛(wèi)星天線,已經(jīng)過(guò)飛行驗(yàn)證,具有很強(qiáng)的實(shí)力和信譽(yù)。
ASES衛(wèi)星采用兩個(gè)12米的可展開桁架式結(jié)構(gòu)天線分別用于發(fā)射和接收,偏置網(wǎng)狀透明反射器在結(jié)構(gòu)及展開驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)方面完全繼承了原有天線的特點(diǎn),具有較高的精度和可靠性。
3)TORSS衛(wèi)星天線
4.8米直徑的可展開桁架式結(jié)構(gòu)無(wú)線,總重52磅;
反射器是由18個(gè)石墨環(huán)氧樹脂桁架、反射面、中心樞紐控制機(jī)構(gòu)及馬達(dá)驅(qū)動(dòng)展開系統(tǒng)組成;
中心支撐構(gòu)件由6個(gè)石墨翼支架、石英環(huán)氧樹脂屏蔽罩、鋒窩子反射器和頂端的錐型體組成;
饋源部件包括旁瓣跟蹤和5個(gè)KU頻段饋源。
4)GALILEO衛(wèi)星天線
4.8米直徑的可展開桁架式結(jié)構(gòu)天線,總重76磅;
18個(gè)鋼性的增強(qiáng)型碳纖維環(huán)氧樹脂桁架;
利用可調(diào)整的鈹支撐桿系統(tǒng)支撐饋源;
鉬鍍金的網(wǎng)狀拋物面反射面;
雙賦形卡塞格倫反射面和頂點(diǎn)饋電(APEX-FEEK)反射器。
天線的調(diào)試
天線定位調(diào)試
衛(wèi)星天線的定位調(diào)試,包括天線的方向(俯仰角和方位角),饋源的位置,極化取向和極化傾斜角調(diào)整等項(xiàng)內(nèi)容。調(diào)試天線一般在天線安裝場(chǎng)地進(jìn)行。
天線指向角的調(diào)整
天線指向角的調(diào)整即天線定位,它主要包括天線方向指向角調(diào)整和天線俯仰指向角調(diào)整兩個(gè)方面:
天線方向指向角(方位角)的調(diào)整
天線安裝好以后,將高頻頭有標(biāo)牌的一面水平朝上,然后利用指南針找到正南方向,并在天線的正南方向上做好正南的標(biāo)記。同時(shí)應(yīng)了解要找的衛(wèi)星方位角是正南偏東還是偏西多少度,然后找一皮尺測(cè)量立柱的周長(zhǎng)為多少厘米,在用360度除以它,得到每厘米是多少度。然后在用方位角去除以每厘米對(duì)應(yīng)的度數(shù),也就是得到了需要轉(zhuǎn)動(dòng)多少厘米,即可將天線轉(zhuǎn)到附近位置。
天線俯仰指向角(俯仰角)的調(diào)整
經(jīng)簡(jiǎn)單計(jì)算與實(shí)踐得出結(jié)論,實(shí)際的俯仰角應(yīng)為:將計(jì)算出的理論俯仰角值減去所采用的天線自身形成的誤差值(不同天線形成的誤差值范圍大約在19-23度之間),天線自身所形成的俯仰角誤差值是指:當(dāng)天線口面與地面垂直時(shí),天線波束.大方向與水平線有一夾角α,這個(gè)夾角α就是該天線的俯仰角誤差值。如華達(dá)1.2米天線α=22.3°。如果某地理位置對(duì)某顆星的仰角為φ,則仰角儀的實(shí)際讀數(shù)為β=φ-α即可。),然后將仰角儀放置在天線口平面上,細(xì)調(diào)俯仰角使仰角儀指針為計(jì)算出的差值(誤差在正負(fù)一度之間),這一點(diǎn)是天線調(diào)試成敗的關(guān)鍵。
天線極化角的調(diào)整
天線指向調(diào)整前,高頻頭饋源波導(dǎo)口極化角P預(yù)置方向應(yīng)大致正確,待收到信號(hào)后再進(jìn)行細(xì)調(diào),一般只需根據(jù)經(jīng)度差(經(jīng)度差=衛(wèi)星所在經(jīng)度-接收點(diǎn)經(jīng)度)正負(fù),即可大致判斷極化角正負(fù)。經(jīng)度差為正時(shí)極化角也為正,經(jīng)度差為負(fù)時(shí)極化角也為負(fù),經(jīng)度差..值越大,極化角也越大。
衛(wèi)星天線正南方向的定位
我們知道同步衛(wèi)星均在地球赤道的上空(緯度為0),距地球赤道約360000公里,相對(duì)于地球某一點(diǎn)是靜止不動(dòng)的(其實(shí)它和地球的速度相等,線速度以宇宙速度7.9—11.2公里/秒在繞地球旋轉(zhuǎn)),所以又叫地球同步衛(wèi)星。衛(wèi)星經(jīng)度是指衛(wèi)星在地球上正投影的地球經(jīng)線度數(shù),即衛(wèi)星是在地球赤道和衛(wèi)星經(jīng)度相交點(diǎn)的正上空約36000公里的地方。
我國(guó)國(guó)境處于地球赤道的北部,即為北半球,所以同步衛(wèi)星永遠(yuǎn)在我國(guó)的南方向,也就是說(shuō)地面衛(wèi)星天線的方向應(yīng)該朝向南方。一般在安裝衛(wèi)星天線時(shí)首先應(yīng)正確的判斷正南方位的正確位置點(diǎn),簡(jiǎn)便的方法是,我們可以利用正午12點(diǎn)的時(shí)間,將一根垂直于地面的細(xì)竹桿立在地面上,太陽(yáng)的投影處就是正南方位。在太陽(yáng)當(dāng)空到中午12:00點(diǎn)報(bào)時(shí)的正點(diǎn),就直接把投影用的竹桿當(dāng)直尺,在地面上用記號(hào)筆把投影畫一條直線,那么這條直線所指的就是本地安裝天線的正南方向。當(dāng)然由于地球的時(shí)區(qū)經(jīng)緯度是按360°24等分來(lái)劃分的,所以每一個(gè)時(shí)區(qū)的精度應(yīng)該是15°,也就是說(shuō)每隔4分鐘,就差l個(gè)經(jīng)度。
