地面站衛(wèi)星天線極化調(diào)整方法

孫晨光

摘要：地面站天線極化調(diào)整通常指的是線極化地面站天線極化調(diào)整。對(duì)于圓極化地面站調(diào)整，只要將地面站天線極化與衛(wèi)星極化想匹配即可。當(dāng)?shù)孛嬲咎炀€極化與衛(wèi)星極化匹配時(shí)，不存在極化角的問(wèn)題。而對(duì)于地面線極化地面站天線來(lái)說(shuō)，當(dāng)天線接收極化與衛(wèi)星入射波極化不一致或者地面站天線發(fā)射波極化與衛(wèi)星接收極化不一致時(shí)，都存在極化損失，本文通過(guò)對(duì)地面站天線極化的調(diào)整原理分析，討論了三種常見(jiàn)地面站天線極化調(diào)整的程序，最后得出了用頻譜復(fù)用法調(diào)整待測(cè)站天線極化是最簡(jiǎn)單且最準(zhǔn)確的方法。

關(guān)鍵詞：地面站衛(wèi)星；天線極化；調(diào)整

天線的極化特性是以天線輻射的電磁波在最大輻射方向上電場(chǎng)強(qiáng)度矢量的空間取向來(lái)定義的，是描述天線輻射電磁波矢量空間指向的參數(shù)。由于電場(chǎng)與磁場(chǎng)有恒定的關(guān)系，故一般都以電場(chǎng)矢量的空間指向作為天線輻射電磁波的極化方向。用衛(wèi)星源法測(cè)量地面天線之前，必須對(duì)天線的極化進(jìn)行調(diào)整，以使得待測(cè)天線極化與衛(wèi)星極化想匹配。地面站天線極化調(diào)整常用兩種方法，即最大值法和最小值法。但在頻譜復(fù)用的衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，地面站天線系統(tǒng)也是頻譜復(fù)用的，這樣一來(lái)，利用極化端口接收同極化信標(biāo)信號(hào)的大小直接調(diào)整天線極化，或者衛(wèi)星是頻譜復(fù)用的，具有正反極化信標(biāo)信號(hào)，用地面站天線接收反極化信標(biāo)信號(hào)，微調(diào)饋源網(wǎng)絡(luò)，使此信號(hào)最小。這種方法就是頻譜復(fù)用法。

1 地面站天線極化調(diào)整用到的儀器

線極化地面站天線極化調(diào)整測(cè)試所用的主要儀器主要有：用于提供射頻小信號(hào)的射頻信號(hào)源；用于放大射頻信號(hào)的HPA高功率放大器；功率計(jì)用于測(cè)量HPA的輸出功率。由輔助站發(fā)射的單載波信號(hào)，經(jīng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器轉(zhuǎn)發(fā)，由待測(cè)站接受。LNA為低噪音放大器，用于放大待測(cè)站接收的衛(wèi)星微弱信號(hào)；微博頻譜儀用于測(cè)量RF信號(hào)。

2 三種典型方法的調(diào)整程序

天線極化調(diào)整常常采用最大值法、最小值法、頻譜復(fù)用法三種常見(jiàn)方法，下面分別討論這三種方法大致步驟：

最大值法：由輔助站發(fā)射單載波，待測(cè)站接收該載波信號(hào)，天線對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星，調(diào)整待測(cè)天線雙工器或饋源網(wǎng)絡(luò)，使頻譜儀接收的信號(hào)電平最大，即直接調(diào)整天線極化與衛(wèi)星極化一致。由于線極化饋源的近峰值角度范圍比谷值寬，因此確定峰值點(diǎn)的最好方法就是找出比峰值下降3dB點(diǎn)的位置，然后利用插入法找出峰值點(diǎn)，進(jìn)行確定峰值位置。

最小值法（又稱(chēng)谷點(diǎn)法）出發(fā)點(diǎn)是調(diào)整待測(cè)天線極化與衛(wèi)星極化正交，即待測(cè)天線接收的信號(hào)電平最小，然后將待測(cè)天線極化旋轉(zhuǎn)90°，使地面站天線極化方向與衛(wèi)星來(lái)波極化方向一致，從而達(dá)到極化匹配的目的。

頻譜復(fù)用法：在頻譜復(fù)用的衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，由輔助站發(fā)射單載波，待測(cè)站用主極化端口接收該載波信號(hào)，使之與衛(wèi)星對(duì)準(zhǔn)。然后，待測(cè)站用交叉極化端口接收該載波信號(hào)，調(diào)整待測(cè)天線的雙工器或饋源網(wǎng)絡(luò)，使接收的信號(hào)電平最小，固定雙工器或饋源網(wǎng)絡(luò)，再把接收端口換到主極化端口。此時(shí)，衛(wèi)星極化與地面站天線極化一致，從而達(dá)到極化匹配的目的。

1）最大值法。

最大值調(diào)整地面站天線極化的方法程序如下，分六步：

第一，連接好整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)，加電使系統(tǒng)儀器設(shè)備工作正常；

第二，調(diào)整待測(cè)天線，使天線對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星，此時(shí)頻譜儀接收的衛(wèi)星信標(biāo)信號(hào)電平最大；

第三，輔助站按照測(cè)試計(jì)劃中給定的頻率、極化和EIRP發(fā)射一個(gè)未經(jīng)調(diào)制的測(cè)試單載波；

第四，待測(cè)站在輔助站的配合下，通過(guò)開(kāi)關(guān)此載波，以確定待測(cè)站頻譜儀接收的信號(hào)為測(cè)試單載波；

第五，旋轉(zhuǎn)待測(cè)天線雙工器或饋源網(wǎng)絡(luò)，使微波頻譜儀接收的信號(hào)電平最大，并測(cè)定頻譜儀接收的信號(hào)電平比峰值下降3dB的位置；

第六，計(jì)算比峰值信號(hào)電平下降3dB時(shí)雙工器或饋源網(wǎng)絡(luò)兩邊的位置值，然后將雙工器或饋源網(wǎng)絡(luò)旋轉(zhuǎn)至中間位置即可，鎖定雙工器或饋源網(wǎng)絡(luò)，要求輔助站關(guān)閉測(cè)試載波。

2）最小值法。

最小值調(diào)整地面站天線極化的方法程序如下，分七步：

第一，連接好整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)，加電預(yù)熱使系統(tǒng)儀器設(shè)備工作正常；

第二，調(diào)整待測(cè)天線，使天線對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星，此時(shí)頻譜儀接收的衛(wèi)星信標(biāo)信號(hào)電平最大；

第三，輔助站按照測(cè)試計(jì)劃中給定的頻率、極化和EIRP發(fā)射一個(gè)未經(jīng)調(diào)制的測(cè)試載波；

第四，待測(cè)站在輔助站的配合下，通過(guò)開(kāi)關(guān)此載波，以確定待測(cè)站頻譜儀接收的信號(hào)為測(cè)試載波；

第五，旋轉(zhuǎn)待測(cè)天線雙工器或饋源網(wǎng)絡(luò)，用頻譜儀觀察測(cè)試載波信號(hào)電平的大小，慢慢旋轉(zhuǎn)待測(cè)天線雙工器或饋源網(wǎng)絡(luò)，直到頻譜儀觀察到的信號(hào)電平最小，在饋源極化器的法蘭盤(pán)上做位置標(biāo)記；

第六，將待測(cè)天線饋源雙工器或饋源網(wǎng)絡(luò)旋轉(zhuǎn)180°。重復(fù)第五步，確定頻譜儀接收信號(hào)最小時(shí)，在饋源極化器的法蘭盤(pán)上做位置標(biāo)記；

第七，將待測(cè)天線饋源雙工器或饋源網(wǎng)絡(luò)旋轉(zhuǎn)90°，并鎖定雙工器或饋源網(wǎng)絡(luò)，請(qǐng)求輔助站關(guān)閉測(cè)試載波。

3）頻譜復(fù)用法。

僅適用于頻譜復(fù)用的衛(wèi)星通信系統(tǒng)，也就是說(shuō)，衛(wèi)星和地面站均是頻譜復(fù)用的。其調(diào)整程序如下，分六步：

第一，連接好整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)，加電預(yù)熱，使系統(tǒng)儀器設(shè)備工作正常；

第二，調(diào)整待測(cè)天線，使天線對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星，此時(shí)頻譜儀接收的衛(wèi)星信標(biāo)信號(hào)電平最大；

第三，輔助站按照測(cè)試計(jì)劃中給定的頻率、極化和EIRP發(fā)射一個(gè)未經(jīng)調(diào)試的測(cè)試載波；

第四，待測(cè)站在輔助站的配合下，通過(guò)開(kāi)關(guān)此載波，以確定待測(cè)站頻譜儀接收的信號(hào)為測(cè)試載波；

第五，待測(cè)站用同極化口（與衛(wèi)星極化匹配）接收該測(cè)試載波，并記錄測(cè)試信號(hào)電平的大小。然后，待測(cè)站用交叉極化端口同樣接收該載波信號(hào)，微調(diào)雙工器或饋源網(wǎng)絡(luò)，使頻譜儀接收的載波信號(hào)電平最小，鎖定雙工器或饋源網(wǎng)絡(luò)；

第六，將測(cè)試口換為同極化口，觀察頻譜儀接收載波信號(hào)電平，然后要求輔助站關(guān)閉測(cè)試載波。

為了便于理解頻譜復(fù)用法調(diào)整極化的原理，現(xiàn)舉例說(shuō)明如下。衛(wèi)星是頻譜復(fù)用的，即通過(guò)極化隔離來(lái)實(shí)現(xiàn)頻譜復(fù)用，從而擴(kuò)大衛(wèi)星通信容量。假設(shè)輔助站發(fā)射一個(gè)垂直極化波，若待測(cè)站天線極化與衛(wèi)星極化不匹配，不僅待測(cè)站同極化端口接收到此信號(hào)，而且垂直極化端口也接收到此信號(hào)。通過(guò)旋轉(zhuǎn)待測(cè)站饋源網(wǎng)絡(luò)，使垂直化端口 接收的信號(hào)最小，此時(shí)待測(cè)站天線極化與衛(wèi)星極化匹配。

3 結(jié)語(yǔ)

總之，在極化調(diào)整的三種方法中，常用的方法是最小值法。但是，若系統(tǒng)是頻譜復(fù)用的，用頻譜復(fù)用法調(diào)整待測(cè)站天線極化是最簡(jiǎn)單而且最準(zhǔn)確的方法。

參考文獻(xiàn)：

[1]秦順友，許德森.衛(wèi)星通信地面站天線工程測(cè)量技術(shù).人民郵電出版社.