天線,伺服系統(tǒng)

大型反射面天線系統(tǒng)在國防和民用領(lǐng)域用途廣泛，其伺服系統(tǒng)的設(shè)計直接關(guān)系到整個天線的性能。本項目以超大型全可動天線QTT(Qitai Radio Telescope)為對象，為了實現(xiàn)高指向精度要求，對其伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與精密控制進行研究。首先研究機械結(jié)構(gòu)因素對伺服系統(tǒng)性能的影響，設(shè)計適用于超大口徑、高頻段、慢速的天線伺服系統(tǒng)的精密控制策略，然后建立伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和控制的耦合分析模型。在此基礎(chǔ)上對天線伺服系統(tǒng)進行優(yōu)化設(shè)計，使伺服系統(tǒng)整體性能達到最優(yōu)?；诒卷椖康难芯?，伺服設(shè)計人員能夠深入、定量地認識超大型全可動天線伺服系統(tǒng)中機械結(jié)構(gòu)因素與控制之間的影響關(guān)系，制定合理的控制設(shè)計方案，并在保證滿足控制性能指標的前提下，大大降低對伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的要求。這對降低伺服系統(tǒng)設(shè)計難度與縮短研制周期意義重大。

在交流伺服系統(tǒng)中，一般采用兩相交流電動機作為執(zhí)行部件。它的一個繞組是作為固定激磁用的,另一個繞組為控制繞組,兩個繞組上電壓的相位相差90°。兩相交流電機工作可靠，交流放大器結(jié)構(gòu)簡單且沒有零點漂移，加上測量元件又都采用交流電（例如旋轉(zhuǎn)變壓器），所以交流伺服系統(tǒng)簡單可靠。但是交流電動機的效率較低,因此交流伺服系統(tǒng)一般僅用于100瓦以下的小功率場合。交流伺服系統(tǒng)的設(shè)計比直流伺服系統(tǒng)復雜得多，用于改善系統(tǒng)性能的校正裝置（見控制系統(tǒng)校正方法）在結(jié)構(gòu)上也比較復雜。2100433B

移動通信常用的基站天線、直放站天線與室內(nèi)天線。

天線15.1 板狀天線

無論是GSM 還是CDMA， 板狀天線是用得最為普遍的一類極為重要的基站天線。這種天線的優(yōu)點是：增益高、扇形區(qū)方向圖好、后瓣小、垂直面方向圖俯角控制方便、密封性能 可靠以及使用壽命長。

板狀天線也常常被用作為直放站的用戶天線，根據(jù)作用扇形區(qū)的范圍大小，應(yīng)選擇相應(yīng)的天線型號。

天線15.2 天線指標

頻率范圍： 824-960 MHz

頻帶寬度： 70MHz

增益： 14 ~ 17 dBi

極化： 垂直

標稱阻抗： 50 Ohm

電壓駐波比≤ 1.4

前后比 >25dB

天線15.3 板狀天線

1. 采用多個半波振子排成一個垂直放置的直線陣

2. 在直線陣的一側(cè)加一塊反射板 （以帶反射板的二半波振子垂直陣為例）

增益為 G = 11 ~ 14 dBi

1. 為提高板狀天線的增益，還可以進一步采用八個半波振子排陣

前面已指出，四個半波振子排成一個垂直放置的直線陣的增益約為 8 dBi；一側(cè)加有一個反射板的四元式直線陣，即常規(guī)板狀天線，其增益約為 14 ~ 17 dBi。

一側(cè)加有一個反射板的八元式直線陣，即加長型板狀天線，其增益約為 16 ~ 19 dBi。 不言而喻，加長型板狀天線的長度，為常規(guī)板狀天線的一倍，達 2.4 m 左右。

天線15.4 高增益柵狀

從性能價格比出發(fā)，人們常常選用柵狀拋物面天線作為直放站施主天線。由于拋物面具有良好的聚焦作用，所以拋物面天線集射能力強，直徑為 1.5 m 的柵狀拋物面天線，在900兆頻段，其增益即可達 G = 20dBi。它特別適用于點對點的通信，例如它常常被選用為直放站的施主天線。

拋物面采用柵狀結(jié)構(gòu)，一是為了減輕天線的重量，二是為了減少風的阻力。

拋物面天線一般都能給出 不低于 30 dB 的前后比 ，這也正是直放站系統(tǒng)防自激而對接收天線所提出的必須滿足的技術(shù)指標。

天線15.5 八木定向天線

八木定向天線，具有增益較高、結(jié)構(gòu)輕巧、架設(shè)方便、價格便宜等優(yōu)點。因此，它特別適用于點對點的通信，例如它是室內(nèi)分布系統(tǒng)的室外接收天線的首選天線類型。

八木定向天線的單元數(shù)越多，其增益越高，通常采用 6 - 12 單元的八木定向天線，其增益可達 10-15dBi。

天線15.6 室內(nèi)吸頂天線

室內(nèi)吸頂天線必須具有結(jié)構(gòu)輕巧、外型美觀、安裝方便等優(yōu)點?，F(xiàn)今市場上見到的室內(nèi)吸頂天線，外形花色很多，但其內(nèi)芯的構(gòu)造幾乎都是一樣的。這種吸頂天線的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，雖然尺寸很小，但由于是在天線寬帶理論的基礎(chǔ)上，借助計算機的輔助設(shè)計，以及使用網(wǎng)絡(luò)分析儀進行調(diào)試，所以能很好地滿足在非常寬的工作頻帶內(nèi)的駐波比要求，按照國家標準，在很寬的頻帶內(nèi)工作的天線其駐波比指標為VSWR ≤ 2 。當然，能達到VSWR ≤ 1.5 更好。順便指出，室內(nèi)吸頂天線屬于低增益天線, 一般為G = 2 dBi。

天線15.7 環(huán)形天線

環(huán)形天線和人體非常相似， 有普通的單極或多級 天線功能。再加上小型環(huán)形天線的體積小、高可靠性

和低成本，使其成為微小型通信產(chǎn)品的理想天線。典型的環(huán)形天線由電路板上的銅走線組成的電回路構(gòu)成，也可能是一段制作成環(huán)形的導線。其等效電路相當于兩個串連電阻與一個電感的串連( 如圖1 所示) 。Rrad 是環(huán)形天線實際發(fā)射能量的電阻模型，它消耗的功率就是電路的發(fā)射功率。

假設(shè)流過天線回路的電流為I，那么Rrad 的消耗功率，即RF 功率為Pradiate=I2·Rrad。電阻Rloss 是環(huán)形天線因發(fā)熱而消耗能量的電阻模型，它消耗的功率是一種不可避免的能量損耗，其大小為Ploss=I2·Rloss。如果Rloss>Rrad，那么損耗的功率比實際發(fā)射的功率大，因此這個天線是低效的。天線消耗的功率就是發(fā)射功率和損耗功率之和。實際上，環(huán)形天線的設(shè)計幾乎無法控制Ploss 和Prad，因為Ploss 是由制作天線的導體的導電能力和導線的大小決定的，而Prad 是由天線所圍成的面積大小決定的。

天線15.8 室內(nèi)壁掛天線

室內(nèi)壁掛天線同樣必須具有結(jié)構(gòu)輕巧、外型美觀、安裝方便等優(yōu)點。

現(xiàn)今市場上見到的室內(nèi)壁掛天線，外形花色很多，但其內(nèi)芯的購造幾乎也都是一樣的。這種壁掛天線的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，屬于空氣介質(zhì)型微帶天線。由于采用了展寬天線頻寬的輔助結(jié)構(gòu)，借助計算機的輔助設(shè)計，以及使用網(wǎng)絡(luò)分析儀進行調(diào)試，所以能較好地滿足了工作寬頻帶的要求。順便指出，室內(nèi)壁掛天線具有一定的增益，約為G = 7 dBi。