【摘 要】本文主要介绍了自行研发的一套波导转换器,实现在C波段卫星接收天线的馈源部分不改变原有馈源物理结构情况下,直接加装波导转换器,改用Ku波段高频头,调星后即可接收到Ku波段卫星信号,发明研制的波导转换装置安装方便、简单实用,接收性能指标优良,可达到广播级的使用要求。
【关键词】卫星接收天线 馈源 波导转换器 卫星信标
一、研发背景
卫星通信在广电系统发射台站应用非常普及,目前常用的卫星接收天线分为 C 波段和 Ku 波段两种,馈源系统与接收天线的结构是相匹配的,因此天线厂家在设计生产卫星接收天线的馈源系统时,固定的分成了 C 波段和 Ku 波段接收馈源,但两种馈源的结构设计与功能作用是基本相同的,即用波纹环状的结构聚集更强的电磁波束能量,即“集波、聚能”两大功能。在我台节目传输机房的实际工作中,C 波段接收天线备用有余,而Ku 波段接收天线备份不足,为了将闲置多余的 C 波段接收天线充分发挥使用价值,我们本着简单、实用、节省经费的原则,想在不改变 C 波段馈源物理结构的情况下,通过研发一套波导转换器,即可解决用 C 波段天线接收Ku波段信号的实际问题,经过半年多的理论分析、测绘和产品实验,终于研制成功了波导转化器,通过频谱仪对改造后接收Ku波段信号各项性能的测量和比较,与原装Ku波段接收天线在接收性能、指标上基本无差异,达到了广播级的使用要求,通过此项装置的研发,不仅解决了本单位实际使用需求,节约了维护经费,具有较大的社会推广价值。
二、技术设计方案
1、卫星天线通信原理简要介绍
(1)卫星通信中卫星接收天线的组成及作用
卫星通信是指地球上(包括地面、水面和低层大气中)的无线电通信站之间和用人造卫星作中继站而进行的通信。它工作在微波波段(3GHz—30GHz)。卫星通信系统示意图如图一。
(图一) 卫星通信系统示意图
卫星接收系统一般包括天线,馈源,高频头。天线一般是一个金属抛物面,把来自空中的卫星信号能量反射会聚成一点(焦点),馈源是在抛物面天线的焦点处设置一个聚拢卫星信号的喇叭,称为馈源,意思是馈送能量的源,要求将会聚到焦点的能量全部收集起来并将信号传送给高频头处理,起到卫星信号接收汇聚的作用,一般天线口径越大,接收信号越强、品质越高。常用卡塞格伦天线结构示意如图二:
(图二) 卡塞格论天线结构示意图
(2)卫星接收天线的类型
卫星接收天线的主要类型分为反射面天线和微带天线两种。反射面天线是由反射面和馈源两部分组成,馈源本身就是一种天线。在工程上通常根据馈源与反射面的相对位置,将反射面天线分为前馈天线、后馈天线和偏馈天线三种形式。在工作原理上说,卫星广播系统中使用的反射面天线可以分为旋转抛物面天线、卡塞格伦天线、格里高利天线、球形发射天线等类型。
(3)常用卡塞格伦天线馈源系统分析
在标准卡塞格伦天线上常用圆锥喇叭天线作为馈源盘,主要利用它的结构简单、频带较宽,方向性要求不高的优点。馈源的组成形式可根据实际应用做出组合,一般有以下两种:① 若同时接收圆极化波(左旋、右旋),其馈电系统如图三,通过馈源喇叭、极化变换器、极化分离器,送到LNA。② 若卫星转发器发射的是线极化波,同时接收垂直极化和水平极化波时,则可以省去极化变换器部分,如图四所示。
(图三) 同时圆极化波的馈电系统
(图四) 同时线极化波的馈电系统
2、波导转换器介绍
在卫星接收天线的馈源部分,接收不同波段卫星信号时,为了最大功率传输微波信号,圆波导的几何尺寸不同。传统的 C 波段馈源系统,使用符合 C 波段传输的波导器件;Ku 波段馈源系统,使用符合 Ku 波段传输的波导器件。我们所研制的波导转换器,安装在 C 波段的馈源系统末端,实现最大接收 Ku 波段信号的效果。如图五所示。
加装波导转换器后接收Ku波段的馈电系统
波导转换器实物照片(图六)
波导转换器与扩频接口实物连接(图七)
波导转换器的几何尺寸,参照波导国家标准制作,并经过多次实际测试和不断改进,完成 C 波段到 Ku 波段信号接收的顺利转换,参考值如下表中蓝色和黄色处数值:扩频接口器件:针对使用扩展频谱通信的卫星收发系统,扩频通信传输信息使用的射频带宽是信息带宽的10 倍至 100 倍以上的通信体制,相应使用的微波波导的尺寸略有扩大,所以,此扩频接口器件需连接原波导与转换器一起使用。
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