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天线精度知识

来源:zwm 发表日期:2011-07-12 00:37 阅读:

  Ku波段收视我们也径历了10多个年头,经验上也丰富多了,但多数用偏馈天线收视,一旦换用大锅C波段天线Ku收视,效果多数不理想,认为还是小锅天线精度高,大锅天线精度低。但笔者以前也是这样认为,但现在改变了并不完全认同,说小锅天线精度高实在是太抬举它了,正确的是小锅对天线精度要求不高,大锅对天线精度要求较高,相对于C波段来说Ku波段大锅天线收视对天线精度要求更高(天线精度有的书中称天线表面容差)。好吧就从天线说起,认识一下大锅与小锅,再说天线精度对Ku收视的影响因数,检视笔者的论点。
   卫星天线有众多性能参数,其中有两项主要参数即天线增益和效率。增益是指卫星信号经天线聚焦后增大的倍数,信号越弱,要求天线增益就越大。天线增益用单位(dBi)表示,经查阅现在天线增益单位都用dB表示。天线增益与天线直径有关,天线直径越大,增益就越高,天线的增益与天线半经平方成正比;天线增益与信号频率有关,频率越高,增益越大。天线增益与信号频率的平方成正比;天线增益与天线本身的精度有关,精度越高,增益越大,Ku波段天线精度要比C波段天线要求更高。天线效率指有多少百分比的信号真正地被天线及馈源所收集,天线效率体现天线收视品质。天线效率理论上能达83%,由于天线反射面做不到绝对精确等因,实际天线效率要低于理论值。通常把天线效率的高底分为三个等级,优质70%以上、良好60%、合格50%,优质与合格天线增益差值约1.5dB,相当于邻近直径天线增益差值数。而等外品天线效率(低于50%)实际增益也无从专业书藉中查证。天线的主波瓣宽度及旁瓣,用波瓣示意图表示,波瓣图决定于天线直径、精度及信号频率,每个天线都有自己的波瓣图。
   在我们没深入了解卫星天线之前,对天线参数是一知半解。大家都知道,Ku波段收视对天线精度要求较高,小偏馈天线能做到较满意收视,而大天线(指C波段天线)Ku收视为什么普遍表现这么差,不就是做好天线精度吗,把那C波段的焦点缩小1/3就是了,有这么难吗?如果仔细研究,大天线做到Ku级精度,真的是难,而且是越大越难!揣摩了几天,画了张卫星天线C/Ku波段、天线直径对应精度要求允许误差示意图(图1),以求从天线结构、大小和频率(C/Ku)制造精度要求对天线增益、天线效率的影响,不知能否得到卫星天线专家认可。
   图中有大小两面天线,示意图合成共用C/Ku焦点(注:分析用,示意图中天线、焦点不成比例),设定C/Ku焦点比例3:1(C/Ku中心波长比例),微波投射到天线抛物面反射汇集聚焦应有的设计标准直径,此时天线应有设计标准增益及效率。具说C/Ku理想焦点直径是一个波长,也就是C一个波长75mm、Ku一个波长25mm(1元硬币大小)。大小天线A、B两反射点对应C波段焦径(a-b)、Ku波段焦径(c-d)各成一夹角,A、B点反射夹角示意天线反射点在保障天线标准前提下,微波投射到天线反射点后,应有的设计最大误差反射角度(简称误差夹角),即卫星天线允许误差精度设定标准。


 

从图中可以看出:
1.从单面天线看,Ku误差夹角远小于C误差夹角,说明C波段天线与Ku波段天线精度要求标准不一样,Ku波段天线精度标准比C波段高许多。C/Ku焦点直经比为3:1,面积比是9:1。天线达Ku设计标准时,与C波段天线相比,由于频率升高,增益比C波段高出9dB,这时Ku波段得到Ku级标准效率和增益值;相反天线C波段设计标准时,C波段收视良好,达C波段用标准效率和增益值,但用于Ku波段收视时,由于天线精度标准降低太多,天线Ku效率非常低,这时Ku增益等于C波段增益(低Ku级9dB)。这些年天线厂商为满足C波段天线收视Ku波段需要,推出了C/Ku兼容天线,在C波段天线基础上适当提高天线精度,满足一般Ku收视需要,从实际收视看,小正馈(1米左右)Ku收视较好,能达Ku级合格水平,天线越大Ku收视越不理想,下段分析解疑。
2.从两面天线看,天线一大一小,小天线焦距短,大天线焦距长。比较A、B两同波段误差夹角,发现小天线允许误差夹角要大于大天线允许误差夹角,说明小天线的精度标准要求比大天线要求低,天线越大,精度要求越高,Ku波段要求精度更高。进一步研究发现,天线精度要求标准与天线直径成正比,如焦径比值相同天线,直径与焦距同比例增长一样。如1米天线与10米天线要求相同效率,10米天线精度要求高于1米天线10倍,制造大天线特别是Ku级天线是件不容易的事。试想理想Ku级1米天线聚焦1元硬币大小,和10米天线聚焦同样大小焦点,10米天线制造难度可想而知,小厂不敢造大天线原因在此。小天线因天线精度标准要求不高,制造容易,天线效率和增益容易保证,是卫星天线本身构造特征就决定了的。
3.图中还有C、D两误差夹角,从图中可看出,同一面天线,天线中心误差夹角较大,天线反射点逐渐移向天线边沿,误差夹角渐变小,说明天线边沿精度要求要高于天线中心。同时天线边沿容易变形,也是造成天线边沿效率降低原因之一。
示意图小结:
   要保证卫星天线收视需要增益、效率得标,天线精度起决定性作用。天线精度要求与频率有关,频率越高要求越高;与天线大小有关,天线越大,精度要求越高,精度要求与天线口径成正比;同面天线,中心精度要求较低,渐离天线中心到边沿,精度要求逐渐升高。天线A、B对应的误差夹角,也呈现了天线的主波瓣宽度与天线直径、精度及频率的关系。