天饋線系統(tǒng)

天饋線調(diào)試時(shí)，以下指標(biāo)要嚴(yán)格控制在設(shè)計(jì)值內(nèi)。

1．天線方位調(diào)整：在發(fā)信端送標(biāo)準(zhǔn)電平，反復(fù)調(diào)整收發(fā)天線，使收信電平達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

2．駐波比（S）：在全頻段內(nèi)，在微波機(jī)架頂測天饋線的駐波比不應(yīng)大于1.15。如不符合指標(biāo)，要檢查天饋線各接頭是否匹配良好，饋線彎曲半徑、扭轉(zhuǎn)角度是否符合要求。

3．交叉極化去耦度（XPD）：這一指標(biāo)對(duì)于同頻異極化復(fù)用降低交叉極化干擾具有重要作用。測試中若指標(biāo)不合格可調(diào)整收發(fā)兩站天線饋源的極化方向。

4. 饋線衰耗：每根饋線衰耗值不能高于設(shè)計(jì)值。若不合格應(yīng)檢查饋線有無碰撞受力變形，接頭是否匹配良好。若施工時(shí)環(huán)境濕度過大，要檢查饋線內(nèi)是否嚴(yán)重受潮凝水。

5．充氣氣壓：充氣氣壓值為1300Kpa，經(jīng)24小時(shí)后不低于1100 Kpa。否則要檢查天饋線密封是否良好，充氣機(jī)工作是否正常。

在微波中繼通信中，天線一般安裝在距離收發(fā)信機(jī)幾米至幾十米的天線鐵塔或房頂，饋線系統(tǒng)即為連接分路系統(tǒng)和天線之間的傳輸系統(tǒng)。饋線系統(tǒng)由饋線和波導(dǎo)器件等構(gòu)成。

饋線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上主要采用軟同軸電纜系統(tǒng)。矩形硬波導(dǎo)系統(tǒng)、橢圓軟波導(dǎo)系統(tǒng)、圓－矩硬波導(dǎo)系統(tǒng)。

對(duì)饋線系統(tǒng)的主要要求是：

① 饋線系統(tǒng)應(yīng)是電磁波的封閉系統(tǒng)，不應(yīng)有電磁波向空間輻射，也不應(yīng)受外界電磁波的影響。

② 對(duì)電波傳輸損耗小，效率高。

③ 饋線系統(tǒng)應(yīng)能承受一定的功率容量。在傳送大功率時(shí)不應(yīng)有擊穿現(xiàn)象。

④ 饋線系統(tǒng)的反射要小。

⑤ 結(jié)構(gòu)要求簡單，便于安裝維護(hù)。

當(dāng)微波頻率在3GHz以下時(shí)，常用同軸電纜作饋線。這種饋線的特點(diǎn)是可以彎曲，架設(shè)容易。當(dāng)頻率高過3GHz時(shí)，由于電纜衰耗加大，一般采用矩形波導(dǎo)或圓波導(dǎo)作饋線。由于這些波導(dǎo)是剛性結(jié)構(gòu)，其制造長度一般為2~5m，必須通過法蘭盤逐段連接起來，并須另外增加一些波導(dǎo)器件，因而安裝調(diào)整困難，機(jī)動(dòng)性差。另外由于接頭多，易造成反射、泄漏等。

目前微波頻率高于3GHz時(shí)，常用橢圓軟波導(dǎo)，在彎曲盤繞、扭轉(zhuǎn)等情況下，都保持良好的電氣特性。它的反射特性和衰耗特性均等于或優(yōu)于相應(yīng)頻率的矩形硬波導(dǎo)，而硬波導(dǎo)的優(yōu)點(diǎn)是不易損壞。

在微波接力通信中，要傳送的信號(hào)是調(diào)制在微波上的基帶信號(hào)的無線電波，通過自由空間傳播來實(shí)現(xiàn)的，天線與饋線系統(tǒng)在完成這一任務(wù)中起著重要的作用，是微波接力通信設(shè)備中必不可少的組成部分。

天線是接力通信設(shè)備的出入口，它的作用是把發(fā)信機(jī)輸出的微波信號(hào)，有效地轉(zhuǎn)變?yōu)闊o線電波并沿著給定的方向輻射出去(在接收端實(shí)現(xiàn)反向過程)。饋線則是連接天線和收發(fā)信設(shè)備的紐帶，它的作用是完成微波信號(hào)在微波機(jī)與天線之間的傳輸。

在微波通信系統(tǒng)中，對(duì)天線饋線系統(tǒng)最基本的要求有：足夠的天線增益，良好的方向性，低損耗的饋線系統(tǒng)，極小的電壓駐波比，較高的極化去耦度，足夠的機(jī)械強(qiáng)度。

在多波道共用天饋線系統(tǒng)的微波中繼通信電路中，天饋線系統(tǒng)的技術(shù)性能，質(zhì)量指標(biāo)直接影響到共用天饋線系統(tǒng)的各微波波道的通信質(zhì)量，加強(qiáng)日常維護(hù)，對(duì)于穩(wěn)定提高微波通信質(zhì)量具有重要意義。

（1）拋物面天線

它由一個(gè)金屬拋物反射面(類似于手電筒的集光反射鏡)與位于其焦點(diǎn)上的饋源(照射器，類似于手電筒的小燈泡)組成(如圖4所示)。饋源實(shí)際上是一個(gè)弱方向性天線，它把高頻電流或被導(dǎo)波(束縛波)能量轉(zhuǎn)變?yōu)樽杂煽臻g電磁波輻射出去并投射向拋物面軸向反射出去，從而獲得很強(qiáng)的方向性。這種天線在分米波、厘米波和毫米波段都得到了廣泛的應(yīng)用。

拋物面天線主要的特性參數(shù)有：

① 增益系數(shù)

拋物面天線的增益為：

式中：S表示口徑面積(pD/4)；l表示工作波長；g稱為增益因子，用于說明天線設(shè)計(jì)和加工安裝等質(zhì)量。它的數(shù)值愈大，愈近于1，則表明天線的質(zhì)量愈高。通常拋物面天線的g約為0.5左右。

② 半功率波瓣寬度

拋物面天線的半功率波瓣寬度可以近似表為：

從式中可以看到，波瓣寬度與天線口徑成反比，與工作波長成正比。D/l可以看成是天線口徑的電尺寸。波瓣寬度與天線的電尺寸成反比，不僅對(duì)拋物面天線而且對(duì)其他天線都適用。不同的僅僅是其間的比例系數(shù)大小不同。口徑D愈大，工作頻率愈高，波瓣愈窄。

（2）卡塞格倫天線

這是一種雙反射面天線，主面是一個(gè)旋轉(zhuǎn)拋物面，副面是一個(gè)旋轉(zhuǎn)雙曲面，饋源置于雙曲面的一個(gè)焦點(diǎn)上。由饋源輻射的球面電磁波經(jīng)雙曲面反射，再經(jīng)拋物面反射后沿著軸線成為平行波束輻射出去。這種天線的最大優(yōu)點(diǎn)是饋源靠近主面，因此饋電波導(dǎo)短(拋物面天線饋電波導(dǎo)長，饋源支架笨重)，參看圖5?？s短了饋電波導(dǎo)，從而減小了損耗和降低了噪聲溫度，同時(shí)給維修也帶來方便。這種天線的主要缺點(diǎn)是由于副面繞射和對(duì)主面的遮擋效應(yīng)較大，所以副瓣電平較高。

卡塞格倫天線的增益系數(shù)和半功率波瓣寬度等參數(shù)也可按各式計(jì)算。國產(chǎn)的3.2m卡氏天線的典型參數(shù)為：

工作頻段：3400～4200MHz；

增益：39～39.5dB；

半功率波瓣寬度：約1.6°；

電壓駐波比≤1.05(反射系數(shù)≤0.02)；

極化方式為正交極化。

近年來出現(xiàn)了不少加圓柱屏蔽罩式的拋物面天線，見圖6。它可以降低向后方輻射的功率(降低后瓣)，又因?yàn)樗梢詼p小初級(jí)輻射器的(激勵(lì)器)直接輻射，所以對(duì)減弱旁瓣也有好處。

對(duì)微波天線總的要求是：天線增益高，與饋線匹配良好、波道間寄生耦合小，由于微波天線都采用面式天線，所以還應(yīng)使天線具有一定的抗風(fēng)強(qiáng)度并有防冰雪的措施。微波天線的主要電氣指標(biāo)有如下幾個(gè)方面：

① 天線增益

微波通信中使用的面式天線，增益可用下式計(jì)算：

式中：A為天線的口面面積；l為波長；η_A為口面利用系數(shù)。

當(dāng)口面場同相等幅時(shí)，η_A =1；一般情況下，η_A在0.4～0.6之間。對(duì)于工作頻率為4GHz，站距為50km的微波中繼通信線路，常用直徑為3.2m至4m天線，其增益G_db =40左右，口面越大，增益越高。

② 對(duì)主瓣寬度的要求

在視距微波通信線路中，天線增益過高將使主瓣張角過小，當(dāng)氣象條件變化時(shí)，傳播方向就要改變，大風(fēng)又能引起天線擺動(dòng)，這都會(huì)降低天線在通信方向的實(shí)際增益。因此，不能認(rèn)為主瓣張角越小越好，一般應(yīng)要求1°～2°左右。

③ 天線與饋線應(yīng)匹配良好

在整個(gè)工作頻段內(nèi)，要求天線與饋線應(yīng)匹配連接，否則將造成反射，進(jìn)而造成線路噪聲。

④ 交叉極化去耦

在采用雙極化的微波天線中，由于天線本身結(jié)構(gòu)的不均勻性及不對(duì)稱，不同極化波(即垂直極化波和水平極化波)可在天線中互相耦合，互為干擾，分別成為與之正交的主極化波的寄生波，設(shè)此寄生波功率為P_X則天線的交叉極化去耦度為：

式中：P₀為主極化波功率；P_X為與主極化波正交的寄生極化波功率，通常要求微波天線在主瓣寬度內(nèi)的X值不小于30dB。

⑤ 天線防衛(wèi)度

所謂天線防衛(wèi)度是指天線在最大輻射方向上對(duì)從其他方向來的干擾電波的衰耗能力。在微波線路中，由于采用二頻制，所以在同一微波站中，兩個(gè)方向的接收機(jī)采用同一頻率，如圖3所示。

天線防衛(wèi)度主要包括下面幾個(gè)指標(biāo)：

① 反向防衛(wèi)度

在圖3中，第1號(hào)天線能從背后收到由第5號(hào)天線發(fā)來的信號(hào)f₁；而第6號(hào)天線也能收到由第2號(hào)天線向背后發(fā)來的信號(hào)f₂。前者稱為接收天線的前對(duì)背耦合，后者稱為發(fā)射天線的前對(duì)背耦合。因此，要求天線在最大輻射方向的增益系數(shù)G₀大大超過反方向的增益系數(shù)G_反。它們的比值稱為反向防衛(wèi)度(或稱為反向衰減)。通常要求偏離主輻射方向180°±45°之間，反向防衛(wèi)度大于65dB。

② 邊對(duì)邊去耦

從第2號(hào)天線發(fā)射的一部分能量泄漏到與它并排安裝并且指向相同的第1號(hào)接收天線，如圖15.8虛線箭頭所示，這種耦合叫做邊對(duì)邊耦合。要求天線應(yīng)對(duì)這種耦合具有足夠的去耦度，通常應(yīng)在80dB以上。

③ 背對(duì)背去耦

第2號(hào)天線發(fā)射的一部分能量泄漏到第3號(hào)天線；或者第4號(hào)天線的一部分能量泄漏到第1號(hào)天線。在圖3中由虛線箭頭示出，這種耦合叫做背對(duì)背耦合，天線對(duì)這種耦合也應(yīng)具有足夠的去耦度。

一般情況微波通信都是幾個(gè)波導(dǎo)公用一套天饋線系統(tǒng)。公用系統(tǒng)即為實(shí)施這一功能的傳輸系統(tǒng)。分路系統(tǒng)主要由環(huán)形器、分路濾波器、終端負(fù)荷和硬波導(dǎo)等器件組成。分路濾波器一般安裝在機(jī)架內(nèi)。圖7(a)是收信分路系統(tǒng)示意圖。天線收到頻率為f₁、f₂、f₃、f₄的信號(hào)，送入分路系統(tǒng)輸入端，信號(hào)經(jīng)第一個(gè)環(huán)形器時(shí)，分路濾波器讓本機(jī)架的接收信號(hào)頻率f₁通過，進(jìn)入接收機(jī)。其余三個(gè)波導(dǎo)的信號(hào)被反射回去，經(jīng)過第二個(gè)環(huán)形器后，第二個(gè)波導(dǎo)分路濾波器允許它的本機(jī)架的接收頻率f₂通過，其他兩個(gè)頻率又被反射回去。這樣四個(gè)信號(hào)分別進(jìn)入各自的機(jī)架中去。圖7(b)為發(fā)信分路系統(tǒng)示意圖。其工作原理與收信分路系統(tǒng)相同。

微波通信系統(tǒng)中的饋線有同軸電纜型和波導(dǎo)型兩種形式。一般在分米波波段(2GHz)，采用同軸電纜饋線，在厘米波波段(4GHz以上頻段)因同軸電纜損耗較大，故采用波導(dǎo)饋線，數(shù)字微波或模擬微波的天饋線系統(tǒng)形式及對(duì)它們的技術(shù)要求基本相同。圖2是天饋線系統(tǒng)示意圖。

第1章 緒論

1．1 復(fù)合左右手傳輸線的特性分析

1．2 復(fù)合左右手傳輸線在天饋線系統(tǒng)中的應(yīng)用研究現(xiàn)狀

1．2．1 復(fù)合左右手傳輸線在天線單元中的應(yīng)用現(xiàn)狀

1．2．2 復(fù)合左右手傳輸線在饋線系統(tǒng)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

1．2．3 復(fù)合左右手傳輸線在天線陣列中的應(yīng)用現(xiàn)狀

第2章 基于平衡復(fù)合左右手傳輸線的雙頻微帶天線陣列

2．1 雙頻天線的研究現(xiàn)狀

2．1．1 雙／多頻天線單元的研究現(xiàn)狀

2．1．2 雙頻天線陣列的研究現(xiàn)狀

2．2 新型復(fù)合左右手傳輸線

2．2．1 結(jié)構(gòu)模型

2．2．2 色散曲線

2．2．3 等效電路模型

2．3 復(fù)合左右手傳輸線傳輸特性分析

2．4 復(fù)合左右手雙工器設(shè)計(jì)

2．4．1 復(fù)合左右手帶通濾波器

2．4．2 復(fù)合左右手雙工器

2．5 雙頻微帶天線陣列設(shè)計(jì)

2．5．1 天線單元及子陣

2．5．2 雙頻天線陣列

2．6 小結(jié)

第3章 基于單一復(fù)合左右手傳輸線的寬帶圓極化天線陣列

3．1 順序旋轉(zhuǎn)陣列的特性分析

3．1．1 順序旋轉(zhuǎn)陣列理論

3．1．2 圓極化特性分析

3．1．3 增益特性分析

3．2 單一復(fù)合左右手傳輸線寬帶移相器設(shè)計(jì)方法

3．2．1 寬帶移相器的研究現(xiàn)狀

3．2．2 單一復(fù)合左右手傳輸線分析

3．2．3 超寬帶移相器設(shè)計(jì)

3．3 寬帶相移順序旋轉(zhuǎn)饋電網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

3．3．1 寬帶90°移相器

3．3．2 寬帶180°移相器

3．3．3 寬帶相移順序旋轉(zhuǎn)饋電網(wǎng)絡(luò)

3．4 寬帶圓極化天線陣列設(shè)計(jì)

3．4．1 寬帶圓極化天線單元設(shè)計(jì)

3．4．2 天線陣列仿真結(jié)果及分析

3．4．3 天線陣列實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

3．5 小結(jié)

第4章 基于復(fù)合左右手移相器的雙圓極化和差波束形成網(wǎng)絡(luò)

4．1 和差網(wǎng)絡(luò)饋電相位分析

4．1．1 和網(wǎng)絡(luò)相位分析

4．1．2 差網(wǎng)絡(luò)相位分析

4．2 和差網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分析

4．2．1 和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

4．2．2 差網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

4．3 和差網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵器件設(shè)計(jì)

4．3．1 耦合器和功分器設(shè)計(jì)

4．3．2 45°移相器設(shè)計(jì)

4．3．3 90°移相器設(shè)計(jì)

4．3．4 180°移相器設(shè)計(jì)

4．4 和差網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

4．4．1 和網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

4．4．2 差網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

4．5 小結(jié)

第5章 基于單負(fù)零階諧振器的小型全向圓極化天線

5．1 全向圓極化天線的研究現(xiàn)狀

5．2 蘑菇陣列單負(fù)零階諧振全向天線

5．2．1 單負(fù)零階諧振特性分析

5．2．2 蘑菇陣列單負(fù)零階諧振天線

5．3 基于單負(fù)零階諧振器的小型全向圓極化天線

5．3．1 仿真結(jié)果

5．3．2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

5．4 小結(jié)

第6章 結(jié)束語

參考文獻(xiàn)