中星九号平板天线原理介绍一
11页1、缝隙式平板天线的问世从前年开始,就断断续续的听说国内有些厂家打算生产制造平板天线。 当时我就想,如果国内能生 产制造出平板天线的话,恐怕要解决不少的技术和工艺问题,要适应国内接收卫星信号的要求,同时制造成本要降下来才行。如果这些问题解决了,再加之国家将要发射电视直播卫星,应该说,这是个很有市场潜力的项目。 没过多久,在去年3月的本刊第八届读者联谊会上,有一家知名厂商在会上讲,他们将生产平板天线,而且很快就要拿出样品。5月我在一次会议上终于见到了国内生产的一种新型平板天线的样 品。小巧的身驱,形状的别样,良好的效果,使我一下子激动起来,我们终于有了国人生产的平板天线了。这是一款有别于以前我们见到过的振子式平板天线,它叫缝隙式平板天线,从样品到成品,又经过了漫漫长路,一年后的今天我们才见到了真正意义上的可以使用的缝隙式平板天线,见题 头图,名叫海域TM平板天线。目前这款缝隙式平板天线外形尺寸是长360mm、宽196mm、厚85mm,为天线和高频头一体化的平板天线,重约1.5kg,增益为30dB,驻波比小于1.5,前后比为31.8dB,接收频率范围有二种,分别是11.712.75GHz(高频
2、头本振频率为10.75GHz)和10.712.75GHz(双本振高频头,本振频率为9.75和 10.6GHz)。这里有人不免会问,这么小巧的天线能接收到信号吗?如果能接收到信号的话,它又相当于多大口径的反射式抛物面偏馈天线呢?我们根据实际接收来看,这面平板天线可以收到卫星EIRP值是52dBW的信号,也就是说这面36cm19.6cm720cm2平板天线可以接收到卫星EIRP值为52dBW的信号。那么接收52dBW的卫星信号要使用偏馈天线需要多大口径的呢?根据Ku波段偏馈天线口径简便公式:D=10来计算,在EIRP值为52dBW时,使用的偏馈天线口径D=10=1044cm, 按偏馈天线系列产品取值D为45cm,这就是说这面如此小巧的平板天线相当于45cm口径的偏馈天线。我们再近似看看两者的面积:缝隙式平板天线面积为长宽=36cm19.6cm720cm2 反射式抛物面天线近似面积为R2=3.14()21600cm2从两者接收或反射板的面积来看,接收同样是52dBW的卫视信号,平板天线只需要720cm2的天线 面积,而偏馈天线却需要1600cm2的天线面积。显然,使用偏馈天线面积要比使用平板
3、天线要大一倍多。如此结果,只能说明平板天线的效率比偏馈天线效率高多了。 如此高效的缝隙式平板天线内部是什么样子,它又是怎么工作的呢?缝隙式平板天线的工作原理在谈缝隙式平板天线工作原理之前,让我们了解一下有关波导的情况。波导是用金属材料制成的 不同形状,内空外封闭传输信号的腔形导体,它有园波导、椭圆波导、方波导、矩形波导等见图9。目前常用的高频头前端腔体就是一种圆波导,单极化高频头的馈源部分有的就是矩形波导,见图 10。波导实际上就是一种传输超高频信号一微波信号的导线(体),当传输的信号频率低时,可以用普通电线传输。传输信号频率高时,普通电线衰减会很大,就得用电缆传输,电缆的传输衰减要小些。当传输频率再高时,如微波,同时又希望传输的衰减很小,此时就必须用波导来传输了,它的传输衰减非常小,要比电缆衰减小很多。所以在高端产品里,比如通信系统,常用波导传输。同时波导的驻波比好,反射小,可以保证传输的信号绝大部分由入口端传输到出口端。另外,波导又是一 个封闭的传输线,可以完全保证波导内传输的信号不受外界各种干扰,而且也可保证波导内传输的信号不会辐射出波导,从而保证了传输信号的质量和数量。 需要强
4、调的是,波导内传输的微波信号是以场的形式存在的。由此我们知道了波导有如此之多的优越性,它的高质量也要求波导的生产工艺水平很高、生产成本也很高,标准的波导制作工艺严格,内壁加工的光洁度很高,波导很贵,1m波导的价格要数千元, 甚至有的高达万元。如可变椭圆波导,价格就相当昂贵。我们现在使用的低价位高频头中的波导 是很难把它称作波导的,把它称之为粗制滥造的波导决不为过。当知道了什么是波导后,我们再看看波导传输信号的情况。 由于波导内传输的是电磁波,自然在波 导的内壁上会激励出表面电流,在正常情况下,这个表面电流是沿着波导的同一方向流动。 若是在波导上出现了一个小裂缝的话,电流传输受到裂缝的切断,改变了表面电流的流线,如图11。裂缝 受到激励便在裂缝两端产生出电磁场,电磁场沿裂缝的分布呈正弦规律。 这就是说,我们在一些波导上以人为方式开凿出一些有规则的裂缝,波导内电波便可以从缝隙处向外辐射。或者空中的电波从裂缝的缝隙处被有效的吸收到波导里。这个裂缝的大小和规则是 有规律的,相当于前面讲到的振子式平板天线的基本的辐射单元。揭开缝隙式平板天线高效的外衣前面我们谈到了缝隙式平板天线,尺寸很小,却效率
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