几种天线的比较.docx

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。