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卫星电视偏馈天线简介

2015-6-3 0:36:38      点击:
                                                                            卫星电视偏馈天线简介

  偏馈天线是相对于正馈天线而言,是指偏馈天线的馈源和高频头的安装位置不在与天线中心切面垂直且过天线中心的直线上。因此,就没有所谓馈源阴影的影响,在天线面积,加工精度,接收频率相同的前提下,偏馈天线的增益大于正馈天线。 
   但无论正馈天线,还是偏馈天线,它们都是旋转抛物面的截面,只是截取的位置不同而已。正馈天线是旋转抛物面被与旋转抛物面旋转轴同心的圆柱面截得的那部分曲面,偏馈天线则是旋转抛物面被与旋转抛物面旋转轴不同心的圆柱面截得的那部分曲面,如图1、图2 
所示。 
   此外,正馈天线和偏馈天线的馈源和高频头的安装位置必定在旋转抛物面的焦点上。这是由旋转抛物面的特性所决定的。即当旋转抛物面的旋转轴指向卫星时,电波经抛物面反射后会聚于焦点,且行程相等,在此给出这个结论的数学证明,设有旋转抛物面 
Y2+Z2=4fX,旋转抛物面的旋转轴即X轴指向卫星,卫星在空间直角坐标系中的坐标为(a,0,0),由于a的数值非常大,可以认为电波的入射方向与 X轴平行。不失一般性,以曲面同 XOY 平面相交的曲线 Y2=4fX 为例,如图3 所示。在此曲线上任取一点A(X1,Y1),则卫星电波经 A 点反射后到焦点的行程 L=AF+AC,即, 
   L=a-X1+[Y12+(X1-f )2]1/2 
   = a-X1+[4fX1+X12-2X1f+f2]1/2 
   = a-X1+[X12+2X1f+f2]1/2 
   = a-X1+X1+f 
   = a+f 
   可见,从卫星发射的电波经抛物面任一点反射后再到焦点的行程是一个定值。由此还可以看到,有关“只有当焦距与天线口径之比,即f/D=1/4时,从卫星发射的电波经抛物面任一点反射后再到焦点的行程才是一个定值”的说法是一个错误的概念。但f/D 是设计天线的一个重要参数,在馈源已经确定的前提下,若 f/D的值过大,会造成天线后面的环境噪声进入馈源;若 f/D 的值过小,则导致天线边缘反射的电波进入不了馈源,降低天线的有效面积,如图4 
所示。 
   偏馈天线作为旋转抛物面的一个截面,也一定服从上述结论。因此,当旋转抛物面的旋转轴指向卫星时,电波经偏馈天线反射后,一定会聚于焦点,且电波行程相等,由于电波行程相等,因而到达馈源的电波都是同相的,使进入波导的电波振幅加大,从而起到了能量会聚的作用。 
   基于这样的原理,后来发展出一种多焦距的板式天线,但由于这种天线有带宽的限制,应用不广。它的工作原理将在以后的文章中给予介绍。 
   今天,由于生产工艺的提高和产量的增加,虽然一个偏馈天线价格占整个接收系统的比重已愈来愈小,但在整个接收系统中却起着关键的作用,因此,正确地认识它的工作原理,对科学地“发烧”有积极的指导意义。 
   目前,市场上偏馈天线的品牌有很多,大多数产品可能由于厂家原因缺少比较全面的使用,安装说明,因此也没有提供广大爱好者关心的一个参数,焦距。由于不同生产厂生产的天线,其参数不尽一致,故在此给出通过测量,计算偏馈天线焦距的一个方法。 
   首先,测量偏馈天线长轴与天线外沿的两个交点 A、B 到馈源 F 的距离 
AF、BF,再测量 AB 的长度; 
   其次,将 AF、BF 代入方程组: 
{AF = AFcosθ+2fBF = BFcos(θ+△θ)+2f 
式中,△θ= arccos[(AF2+BF2-AB2)/2AF*BF] 
   最后,解此方程组,所求得的结果 f,即为天线焦距