当前位置:首页 >> 信息与通信 >>

常用卫星通信天线介绍


常用卫星通信天线介绍(一)
寇松江 (爱科迪信息通讯技术有限公司,北京,100070) E -mail:kousongjiang@sohu.com 天线是卫星通信系统的重要组成部分,是地球站射频信号的输入和输出通道, 天线系统性能的优劣影响整个通信系统的性能。地球站与卫星之间的距离遥远, 为保证信号的有效传输,大多数地球站采用反射面型天线。反射面型天线的特 点是方向性好

,增益高,便于电波的远距离传输。 反射面的分类方法很多,按反射面的数量可分为双反射面天线和单反射面天 线;按馈电方式分为正馈天线和偏馈天线;按频段可分为单频段天线和多频段 天线;按反射面的形状分为平板天线和抛物面天线等。下文对一些常用的天线 作简单介绍。 1. 抛物面天线 . 抛物面天线是一种单反射面型天线,利用轴对称的旋转抛物面作为主反射面, 将馈源置于抛物面的焦点 F 上,馈源通常采用喇叭天线或喇叭天线阵列,如图 1 所示。发射时信号从馈源向抛物面辐射,经抛物面反射后向空中辐射。由于 馈源位于抛物面的焦点上,电波经抛物面反射后,沿抛物面法向平行辐射。接 收时,经反射面反射后,电波汇聚到馈源,馈源可接收到最大信号能量。

图 1 抛物面天线 抛物面天线的优点是结构简单,较双反射面天线便于装配。缺点是天线噪声 温度较高;由于采用前馈,会对信号造成一定的遮挡;使用大功率功放时,功 放重量带来的结构不稳定性必须被考虑。 2. 卡塞格伦天线 . 卡塞格伦天线是一种双反射面天线,它由两个发射面和一个馈源组成,如图 2 所示。主反射面是一个旋转抛物面,副反射面为旋转双曲面,馈源置于旋转 双曲面的实焦点 F1 上,抛物面的焦点与旋转双曲面的焦点重合,即都位于 F2 点。从从馈源辐射出来的电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。由于主反射面的焦点与副反射面的焦点重合,经主副反射面的两次 反射后,电波平行于抛物面法向方向定向辐射。对经典的卡塞格伦天线来说, 副反射面的存在遮挡了一部分能量,使得天线的效率降低,能量分布不均匀, 必须进行修正。修正型卡塞格伦天线通过天线面修正后,天线效率可提高到 0.7—0.75,而且能量分布均匀。目前,大多数地球站采用的都是修正型卡塞格 伦天线。

卡塞格伦天线的优点是天线的效率高,噪声温度低,馈源和低噪声放大器可 以安装在天线后方的射频箱里,这样可以减小馈线损耗带来的不利影响。缺点 是副反射面极其支干会造成一定的遮挡。

图 2 卡塞格伦天线 3. 格里高利天线 . 格里高利天线也是一种双反射面天线,也由主反射面、副反射面及馈源组成, 如图 3 所示。与卡塞格伦天线不同的是,它的副反射面是一个椭球面。馈源置 于椭球面的一个焦点 F1 上,椭球面的另一个焦点 F2 与主反射面的焦点重合。 格里高利天线的许多特性都与卡塞格伦天线相似,不同的是椭球面的焦点是一 个实焦点,所有波束都汇聚于这一点。

图 3 格里高利天线 4. 环焦天线 . 对卫星通信天线的总要求是在宽频带内有较低的旁瓣、较高的口面效率及较 高的 G/T 值,当天线的口面较小时,使用环焦天线能较好地同时满足这些要求。 因此,环焦天线特别适用于 VSAT 地球站。 环焦天线由主反射面、副反射面和馈源喇叭三部分组成,结构如图 4 所示。 主反射面为部分旋转抛物面,副反射面由椭圆弧 CB 绕主反射面轴线 OC 旋转 一周构成,馈源喇叭位于旋转椭球面的一个焦点 M 上。由馈源辐射的电波经副 反射面反射后汇聚于椭球面的另一焦点 M’, M’是抛物面 OD 的焦点,因此, 经主反射面反射后的电波平行射出。由于天线是绕机械轴的旋转体,因此焦点 M’构成一个垂直于天线轴的圆环,故称此天线为环焦天线。环焦天线的设计可 消除副反射面对对电波的阻挡,也可基本消除副反射面对馈源喇叭的回射,馈 源喇叭和副反射面可设计得很近,这样有利于在宽频带内降低天线的旁瓣和驻 波比,提高天线效率。缺点是主反射面地利用率低,如图 4 所示,AA’间的区 域没有作用。

图 4 环焦天线 5. 偏馈型天线 . 无论是抛物面天线,还是卡塞格伦天线,都有一个缺点,总有一部分电波能 量被副反射面阻挡,造成天线增益下降,旁瓣增益增高。可以使用天线偏馈技 术解决这个问题。所谓偏馈天线,就是将馈源和副反射面移出天线主反射面的 辐射区,这样就不会遮挡主波束,从而提高天线效率,降低旁瓣电平。偏馈型 天线广泛应用于口径较小的地球站。这类天线的几何结构比轴对称天线的结构 要复杂得多,特别是双反射面偏馈型天线,其馈源、焦距的调整要复杂得多。

图 5 偏馈天线 6. 双频段天线 . 如果使用频率选择表面(FSS)作副反射面,就可以构成双频段天线。FSS 是 一种空间滤波器,通过在空间放置周期性的金属贴片或金属缝隙构成,它在某 些频率可让电磁波无衰减的通过,而在另外一些频率将电磁波完全反射。其结 构及电磁特性如图 6 所示,在频率 f1 电磁波被完全反射,在频率 f2 电磁波完全 通过。如果我们使用这样的 FSS 作副反射面,并使馈源 1 工作在 f1,馈源 2 工 作在 f2,则两个馈源可无干扰地工作在同一副天线上,如图 7 所示。利用相同 地原理,可制成多频段天线,这种技术已在卫星上得到应用。这种天线地优点 是可有效利用反射面,降低天线重量。

图 6 FSS 的结构及电磁特性

图 7 双频段天线

常用卫星通信天线介绍(二) 平板天线
寇松江 (爱科迪信息通讯技术有限公司,北京,100070) E-mail: kousongjiang@sohu.com 1.平板天线介绍
平板天线采用阵列天线技术,将几十上百甚至上千个天线单元集成在一块平板上,以获得 较高的增益。平板天线主要应用在雷达方面,近年来平板技术开始出现在卫星通信领域。 平板天线的天线单元种类很多,常用的有微带贴片、波导缝隙、喇叭天线等。平板天线可 分为平板、平板相控阵、平板抛物面等类型。

2.平板天线与抛物面的比较
平板天线剖面低,易于小型化设计;平板天线的波束可赋形,可设计为多波束;易进行共 形设计;平板相控阵天线更加适合高速载体上的动中通信。 平板天线的增益一般比同口径抛物面天线低,因为它的辐射效率、口径效率较抛物面低。 笔者认为,平板天线更适合于低剖面动中通方向的应用。

3.常见 Ku 波段平板天线介绍
平板天线的应用频带很宽,本文仅涉及 Ku 频段的天线。 (1)StealthRay 低抛面相控阵天线

StealthRay 系列天线是 Ku 频段低剖面、双向动中通相控阵天线,是美国 Raysat Antenna Sy stems(RAS)公司的产品。该公司是 Raysat 集团公司中的一员。Rasat 在 1997 年获得了相控阵 技术专利,并将其应用于卫星通信天线的开发之中。 相控阵天线最大的优势是波束方向的改变是电扫,而不是传统的机械扫描。波束方向改变迅速, 无惯性。非常适合高速运动载体的通信。 StealthRay 系列的最新产品是 StealthRay 5000,其外形如图 1 所示。尺寸为 115 L x 90 W x 21 H cm,外观优雅漂亮。跟星性能极为优良。

图 1 StealthRay 5000 其内部结构如图 2 所示,天线面为微带阵列结构,共四片,两片接收,两片发射,采用分 片式布局,以压低天线高度。射频方面采用极化自适应和空间波束合成技术。发射增益 29dBi, 接收增益 28dBi。详细信息请参阅 2009 年 10 月 29 日博客《超低抛面相控阵动中通卫星通信天 线 StealthRay 3000》。

图 2 StealthRay 5000 内部结构

(2) Mijet 平板动中通天线 Mijet 系列天线是以色列公司 Starling-com 的产品,它是 Ku 频段平板动中通天线。Starlingcom 公司最初生产空载动中通卫星通信天线,剖面低,增益高,性能好。Mijet 天线装在飞机上 的情况如图 3 所示。天线直径 76cm,高度 15cm,重量 50Kg。

图 3 Mijet 平板动中通天线 Mijet 内部结构如图 4 所示。采用分片结构,一片发射,两片接收。天线面采用微带阵列结 构。EIRP=42dBW,G/T 值=11dB/K。

图 4 Mijet 内部结构

近年来 Starling-com 推出一款汽车上使用的 Ku 频段平板动中通天线 StarCar,其外形及内 部结构如图 5 所示。但 StarCar 的销售情况并不好。与 StealthRay 相比,StarCar 在跟星性能方 面还有待改进, 毕竟空载平台与车辆平台的运动规律有很大不同。

图 5 StarCar 车载平板天线 (3)Microsat System 平板相控阵静中通天线 Microsat 天线是美国 Gigasat 公司的产品。天线采用微带阵列结构,等效口径 0.55m,可工 作于 X、Ku、Ka 频段。外尺寸 45×56×25cm,工作于 Ku 波段时 EIRP=49dBw,全重只有 17K g(含充电电池)。被称为真正的手提箱式便携天线。

图 6 Microsat System 平板相 控阵静中通天线 (4)EL/K 1891 机载相控阵动中通天线 这款天线是以色列航空工业集团公司的产品,被使用在阿帕奇直升机上,提供 X/Ku 频段 动中通卫星通信。如图 7 所示。

图 7 EL/K 1891 机载相控阵动中通天线 该天线采用波导缝隙结构,收发单元各 70~80 个。提供低速率数据传输。内部结构如图所 示。

图 8 EL/K 1891 天线内部结构

4.国内卫星通信平板天线的发展
在卫通领域,国内平板天线的发展很滞后,尚未有成熟的产品。石家庄 54 所尝试采用波 导缝隙技术开发 Ku 频段平板动中通相控阵天线,并于 2007 年申请了天线面的专利。但直到今 天尚未有成熟的产品面市。上海 51 所,仿照 StealthRay 2000,研发了一款低抛面相控阵天线,

但仅限于接收。今年的卫星大会及消防器材展会上都有 Ku 频段平板静中通天线参展,如图 9、 图 10 所示。

图 9 2009 年卫星应用大会展出的平板天线

图 10 2009 年消防器材大会展出的平板天线 准确地说,这些天线都是半成品,尚未实现极化自适应调整,只能通过旋转天线面来调整 极化。 由此可见,中国自己要生产低剖面平板或相控阵动中通天线还有很长的路要走。


相关文章:
卫星通信天线简介
常用卫星通信天线简介天线是卫星通信系统的重要组成部分,是地球站射频信号的输入和输出 通道,天线系统性能的优劣影响整个通信系统的性能。地球站与卫星之间的距离 遥远...
常用卫星通信天线介绍
常用卫星通信天线介绍_信息与通信_工程科技_专业资料。常用卫星通信天线介绍天线是卫星通信系统的重要组成部分,是地球站射频信号的输入和输出通道, 天线系统性能的优劣...
主流卫星通信天线对比
主流卫星通信天线对比_信息与通信_工程科技_专业资料。卫星通信天线常用卫星通信天线介绍( 常用卫星通信天线介绍(一) 原文:寇松江(爱科迪) 原文:寇松江(爱科迪) ★...
卫星通信的基础知识
4.地球站的天线系统 (以地球站为基础,结合公司产品) 地球站的天线卫星通信...抛物面天线最为常用, 它又分:前馈抛物面天线、后馈抛物面天线(双反射面天线)。...
抛物面卫星天线简介
抛物面卫星天线简介_信息与通信_工程科技_专业资料。抛物面卫星通信天线简介 抛物面卫星通信天线天线是卫星通信系统的重要组成部分,是地球站射频信号的输入和输出通道,天...
卫星天线介绍
卫星天线介绍_信息与通信_工程科技_专业资料。静中通卫星天线介绍 Trac Star 公司的车载系列宽带 VSAT 卫星通信天线,可以把任意一辆车变 成移动无线宽带卫星通信车。...
卫星天线简介
天线, Ku 常用规格有 0.35、 0.45、 0.6、 0.75、 0.8、0.9、1.0、...一般运 用在有线电视系统、TVRO 及卫星通讯系统相关制造业。 由于 FRP 天线...
卫星通讯中的一些概念
南京邮电大学卫星通信实验室,《卫星通信射频测试方法》 常用卫星通信天线介绍( 常用卫星通信天线介绍(一)寇松江 (爱科迪信息通讯技术有限公司,北京,100070) E -mail...
现代卫星通信期末作业
现代卫星通信期末作业_教育学_高等教育_教育专区。东南大学现代卫星通信课程 ...若卫星上行的 G/T 值为 5dB/K,若采用 EIRP 为上述天线测量的值发射,则总...
卫星通信复习
天线系统 D. UMOD 15. 在卫星通信的 VSAT 网中,地球站的室外设备包括: ()...地球站常用天线类型有( ) A.抛物面天线 5 B.卡塞格伦天线 C.八木天线 D....
更多相关标签:
卫星通信天线 | 便携式卫星通信天线 | 卫星通信天线生产厂家 | 进口卫星通信天线 | 卫星通信天线厂家 | 相控阵卫星通信天线 | 海上卫星通信天线 | 业余卫星通信天线 |