環(huán)焦天線原理、安裝和使用

侯 勇 李大為 海峽之聲廣播電臺

環(huán)焦天線原理、安裝和使用

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環(huán)焦天線是小型衛(wèi)星地球站的常用天線。其安裝和使用直接影響地球站的通信性能和傳輸效果，本文簡要從理論上分析了環(huán)焦天線，并根據(jù)長期的工作經(jīng)驗，總結(jié)了該天線安裝方法與使用技巧。

環(huán)焦天線 結(jié)構(gòu) 安裝 使用

1 前言

環(huán)焦天線常用于小型VSAT地球站，其安裝和日常使用直接影響VSTA地球站的通信性能和傳輸效果。在小型地球站中，特別是口徑在3.5米～5.5米天線的上行站，為有效保證上行站在C波段和Ku波段寬頻范圍內(nèi)具有較低的旁瓣，較高的口面效率和較高的G/T值，小電壓駐波比等特性，一般使用的天線就是環(huán)焦天線。本文主要討論了該類型天線的原理、安裝和使用心得。

2 環(huán)焦天線原理

環(huán)焦天線又稱為拋物線焦軸偏移軸對稱雙反射面天線，天線采用雙反射面結(jié)構(gòu)。主反射面的焦點(diǎn)不是在中心位置，而是其軌跡構(gòu)正好形成與副反射面相同直徑的一個圓環(huán)，因此通俗成為環(huán)焦天線。這種天線由于采用了環(huán)焦設(shè)計，因此完全克服了天線波紋喇叭遮擋大于副反射面造成次級遮擋的缺點(diǎn)，因此具有低旁瓣，天線的效率特別是口面效率高，駐波比小，同時工作頻率寬，一般工作頻寬都可以在500MHz。環(huán)焦天線的副反射面有橢球形和雙曲面型兩種規(guī)格，而目前廣泛采用的是橢球型環(huán)焦天線。該天線的主反射面采用部分拋物面，副反射面是由一段橢圓弧圍繞天線饋源中心點(diǎn)，與天線主發(fā)射面的幾何中心點(diǎn)確定直線旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)曲面，其工作原理圖如圖1所示。

圖1 環(huán)焦天線原理圖

3 環(huán)焦天線組成

典型的環(huán)焦天線包括有主反射拋物、副反射橢球面，饋源系統(tǒng)，極化變換器，雙工器，天線座架、天線俯仰、方位調(diào)節(jié)絲桿等組成，結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 環(huán)焦天線結(jié)構(gòu)圖

圖3 主、副反射面示意圖

圖4 波紋喇叭結(jié)構(gòu)示意圖

圖5 雙工器結(jié)構(gòu)示意圖

3.1 主反射面、副反射面

小型環(huán)焦天線的主反射面不是由普通的對稱拋物線旋轉(zhuǎn)而成，而是從天線對稱軸向外延伸一個副反射面半徑，再進(jìn)行拋物線旋轉(zhuǎn)得到主反射面，由于旋轉(zhuǎn)軸不是一條直線，而是一個以副反射面半徑圓柱體。環(huán)焦天線的副反射面的旋轉(zhuǎn)軸則是天線的對稱中心線，并由一部分橢圓曲線圍繞該旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)而得到的曲面，副反射面的凹面中心與潰源距離很近，這也是它與常見的卡塞格倫天線最明顯的區(qū)別。如圖3所示。

3.2 饋源系統(tǒng)

1.饋源喇叭。饋源喇叭又被稱為喇叭天線，是環(huán)焦天線的初級輻射器，位置在天線饋源的最前端，主要類型有波紋喇叭，其特點(diǎn)是饋源波束窄，易于降低溢出損耗，也易于調(diào)節(jié)饋源位置，如圖4所示。

2.雙工器。雙工器主要用于衛(wèi)星天線實現(xiàn)收/發(fā)共用，使收發(fā)信號有效隔離，在地球站入網(wǎng)測試中，它是極化隔離度指標(biāo)的重要器件，如圖5所示。

圖6 座架安裝

4 安裝步驟

1.安裝前準(zhǔn)備。打開天線包裝箱，分門別類將各部件放置在天線架設(shè)現(xiàn)場。并將需要安裝的

表面和孔位擦洗干凈，涂上防銹油脂。同時準(zhǔn)備好必要的安裝工具和吊車。

2.地基選擇。地基選擇是首先要明確地基的方位與所收衛(wèi)星的方位角相近，以便日后方位調(diào)整方便。

3.座架安裝。在座架安裝時，將立柱安裝在地基上，使立柱垂直于地面.用螺母擰緊。將三角架下球頭裝進(jìn)立柱的半圓支座上，上方用銷軸固定在立柱上，轉(zhuǎn)動方位是否靈活，如圖6所示。

4.方位調(diào)整和俯仰調(diào)整。安裝方位和俯仰調(diào)整裝置時，要注意嚴(yán)格按照天線說明書的順序進(jìn)行安裝，并注意各類螺栓和銷軸安裝到位。

5.反射體安裝。天線反射體安裝是天線安裝中最困難部分，目前主要采用現(xiàn)場安裝后整體吊到座架上或者直接在天線座上安裝兩種方法，具體根據(jù)場地和現(xiàn)場工具情況來靈活安排。無論采用哪種安裝方法，反射體的安裝都包括安裝中心體、輻射梁、扇形反射面、環(huán)粱拉桿等四個部分，如圖7所示。

（1）安裝中心體如果在平地上安裝時，首先在座架附近選一個比反射面口徑大的平地，將中心體底面支于三個同高(大于300mm)的墊塊上(方木或水泥墩均可)。

（2）如果在天線座上直接安裝時，將中心體上俯仰支耳與三角架上支耳用銷軸聯(lián)結(jié)，并安裝好俯仰、方位絲杠傳動裝置。

（3）安裝輻射粱和反射面時，要注意輻射梁和反射面的編號，安裝前要確保輻射梁、反射面、中心體的編號一致，同時在安裝時調(diào)整面板之間的間隙和高低，使之均勻、高度一致，并逐一用螺栓、墊圈、螺母擰緊。

圖7 安裝中心體、輻射梁和扇形反射面

5 環(huán)焦天線的日常使用

1. 每半年進(jìn)行一次緊固件的維護(hù)；天線系統(tǒng)的連接緊固件包括：螺釘、螺母、平墊圈、彈簧墊圈、圓錐銷等。整個環(huán)焦天線的需要緊固件連接的部分有： a .天線輻射板與中心體及主反射面板的連接；b. 副反射面及副面支架與副面支桿、主反射面的連接；c .饋源支架與中心體的連接；d .天線中心體下法蘭與方位架的連接；e .座架下法蘭與地腳螺栓的連接等。以上所有部位的緊固件要按時檢查，發(fā)現(xiàn)松動處要及時擰緊，有損壞的緊固件應(yīng)及時更換。

2.定期檢查波紋喇叭封口材料是否破壞或漏水，尤其在冰雹或大雨之后。若波紋喇叭口破裂漏水將影響系統(tǒng)正常工作，應(yīng)及時更換。也可以加裝非金屬防護(hù)罩，例如無色塑料盆，可更加有效的對天線口饋源進(jìn)行保護(hù)。

3.天線系統(tǒng)所有外露表面均涂漆保護(hù)，為了保護(hù)天線系統(tǒng)的外觀和壽命，涂覆層破損時，應(yīng)即時補(bǔ)涂相應(yīng)的底漆和面漆，鋼質(zhì)構(gòu)件補(bǔ)涂鐵紅底漆，面漆均采用相應(yīng)顏色醇酸磁漆

4.定期進(jìn)行潤滑油維護(hù)天線的旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)。俯仰軸、方位軸、轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)處涂上黃油,在常溫下每1～2個月重新涂抹一次；絲杠加潤滑油201潤滑油脂保護(hù)，在常溫下，每一個季度注油一次。

5.為防止衛(wèi)星天線遭受雷擊，天線上方應(yīng)安裝避雷針，并定期測試接地電阻。接地電阻應(yīng)小于4歐姆。

6.多臺風(fēng)地區(qū)，容易造成天線方位偏轉(zhuǎn)或天線拋物面變形以及支撐軸偏移，影像信號通信，甚至造成中斷。因此，可對天線進(jìn)行拉線式固緊。分別在天線的上、下、左、右四個方向設(shè)立四根鋼筋拉繩，鋼筋拉繩安裝時采用輕微吃力，防止鋼繩將天線拉變形。若遇強(qiáng)風(fēng)，鋼繩就能起到緊固作用，以減小風(fēng)壓負(fù)荷，防止天線損壞、變形。