卫星通信天线、馈源、跟踪系统PDF电子书下载

第一章 概述 1

1.1 天线的功能 1

1.2 卫星通信地球站的发展趋势 1

目录 1

1.3 地球站天线的技术指标 2

第二章 地球站天线主要电参数及其基本分析 4

2.1 电波的极化方式 4

2.1.1 当b＝0时的讨论 5

2.1.2 当b＝1时的讨论 5

2.1.3 当0＜b＜1时的讨论 6

2.1.4 双线极化和双圆极化 6

2.2 交叉极化隔离度（XPI）和交叉极化鉴别率（XPD） 7

2.2.1 交叉极化分量 7

2.2.2 交叉极化隔离度（XPI） 8

2.2.3 交叉极化鉴别率（XPD） 8

2.3.1 地球站天线轴比，卫星天线轴比与合成轴比的关系 9

2.2.4 交叉极化隔离度（XPI）和交叉极化鉴别率（XPD） 9

2.3 电压轴比（VAR） 9

2.3.2 在轴轴比和离轴轴比 11

2.4 天线辐射场型 11

2.5 旁瓣特性 12

2.5.1 测量值的计算方法 13

2.5.2 旁瓣电平指标的评估方法 14

2.5.3 国际上对地球站天线旁瓣电平指标的若干规定 14

2.6　天线增益（G） 15

2.7　有效面积（Ae） 16

2.8　天线效率（η） 17

2.9　天线噪声温度（Tα）和系统噪声温度（Tsys） 18

2.10　地球站品质因素（G/Tsys） 20

2.10.1 各参考点处Tsys的计算 20

2.10.4　G/TsysG、Tsys计算结果讨论 23

2.10.2　各参考点处G值的计算 23

2.10.3　各参考点处的〔G/Tsys〕dB值的计算 23

第三章　地球站天线 25

3.1　地球站分类及其天线的性能指标 25

3.2　地球站天线制式 26

3.2.1 前馈抛物面天线 27

3.2.2　双镜天线 28

3.2.3　成型双镜天线 28

3.2.4　偏置反射面天线 29

3.3　地球站天线制式和口径尺寸的选定 31

3.4　地球站天线的发展趋势 32

3.4.1　低旁瓣技术 33

3.4.2　平面型微带天线 40

3.4.3　多波束天线和多波段天线 41

4.1　前馈型抛物面天线 45

4.1.1 费马原理与射线束管原理 45

第四章　反射面天线的工作原理及设计方法 45

参考资料 45

4.1.2　抛物面天线的几何关系 46

4.1.3　抛物面天线的分析 48

4.1.4 天线的品质因素G/T 50

4.1.5 抛物面天线的空间衰减（S.A.） 51

4.1.6 前馈抛物面天线的最佳馈源照射 53

4.2　经典卡塞格伦天线 54

4.2.1 双曲面 54

4.2.2 卡塞格伦天线的参数 55

4.2.3 卡塞格伦天线的等效原理 56

4.2.4 卡塞格伦天线的空间衰减（S.A.） 57

4.3　成型双镜天线的设计计算 58

4.4　格里高利天线 60

4.5　偏置反射面天线 61

4.5.1 前馈偏置抛物面天线 62

4.5.2　偏置卡塞格伦天线 66

4.5.3　偏置格里高利天线 67

4.6　重负载区使用的天线消冰装置 69

4.6.1 馈源加热系统 69

4.6.2 主反射面消冰系统 70

参考资料 73

第五章　空间段天线系统简述 73

5.1　卫星天线分类 73

5.1.1 全球波束 73

5.1.2 半球波束 74

5.1.3 区域波束 75

5.1.4 点波束 75

5.1.5 通信频段与天线形式的关系 75

5.2.1 指向特性 76

5.2　对卫星天线的特殊要求 76

5.2.2 星上天线交换系统 77

5.2.3　频率复用技术和多波束技术 78

5.2.4 消旋措施 78

5.2.5 重量限制 79

5.2.6　极限尺寸 79

5.2.7　高、低温要求 80

5.3　卫星天线的现状和发展 80

参考资料 84

第六章　馈源喇叭及馈线系统 84

6.1　概述 84

6.2　馈源喇叭 85

6.2.1　馈源喇叭分类 85

6.2.2　馈源喇叭的选用 99

6.3.1 喇叭天线的相位中心 100

6.3　馈源喇叭与天线的配合以及失配造成的不良影响 100

6.3.2 喇叭相位中心纵向偏移对天线方向图的影响 101

6.3.3 喇叭相位中心横向偏移对天线方向图的影响 102

6.4　线极化馈线系统 103

6.4.1　单线极化馈线系统 104

6.4.2　双线极化馈线系统 106

6.5　圆极化馈线系统 110

6.5.1　90°移相器 110

6.5.2　单圆极化馈线系统 112

6.5.3　双圆极化馈线系统 112

6.6　去极化效应与极化校正系统 113

6.6.1 电波传播的极化效应 113

6.6.2　极化校正系统 114

6.6.3　极化校正系统的应用 118

7.1　地球站品质因数G/T值的测量 120

第七章　天线和馈源、馈线系统的测量 120

7.1.1 射电里测量所需的天文知识 121

7.1.1.1 射电星坐标位置的计算 121

7.1.1.2 射电星通量密度的计算 131

7.1.2　G/T值表达式 138

7.1.3 G/T值的射电星测量方法 141

7.1.3.1 测量原理 141

7.1.3.2　G/T值测量方框图及测量仪器 141

7.1.3.3　测量步骤 142

7.1.3.4 注意事项 144

7.2　系统噪声温度（Tsys）的测量 145

7.2.1 低噪声放大器（LM）噪声温度（TLNA）的测量方法 145

7.2.1.1 测量原理 145

7.2.1.2　TLNA测量方框图及测量仪器 146

7.2.1.3　测量步骤 146

7.2.2.1 利用Y因子测量Tsys原理 147

7.2.2 系统噪声温度（Tsys）的测量方法 147

7.2.2.2　Tsys测试方框图及测量仪器 148

7.2.3 天线噪声温度（Tαf）和（Tα）的换算 149

7.3　天线功率增益（G）的测量 149

7.3.1 测量天线增益（G）的射电星方法 149

7.3.2 测量天线增益（G）的信标塔方法 150

7.3.2.1 测量原理 150

7.3.2.2 测量方框图及测量仪器 151

7.3.2.3　注意事项 152

7.3.3 测量天线增益（G）的卫星法 153

7.3.3.1 天线接收增益测量原理 153

7.3.3.2　天线接收增益测量方框图及测量仪器 154

7.3.3.3　测量步骤 154

7.3.3.4　天线发射增益测量原理 155

7.3.3.6　测量步骤 156

7.3.3.5 天线发射增益测量方框图及测量仪器 156

7.3.4 天线增益（G）测量的标准增益比较法 157

7.4　天线方向图的测量 157

7.4.1 信标塔法测量天线方向图 158

7.4.1.1 测试条件和原理 158

7.4.1.2　测量框图及测量仪器 159

7.4.1.3　测量步骤 160

7.4.2 接收卫星信标法测量天线方向图〔10〕〔11〕 161

7.4.2.1　测试原理 161

7.4.2.2　测量框图及测量仪器 162

7.4.2.3　测量步骤 162

7.4.3 协作地球站法测量天线方向图 163

7.4.3.1 测量原理 163

7.4.3.2　发射方向图测量方框图及测量仪器 166

7.4.3.3　发射方向图测量步骤 166

7.4.3.4　接收方向图测量框图及测量仪器 168

7.4.3.5　接收方向图测试步骤 169

7.4.3.6　使用协作地球站测量天线方向图时的数 169

据处理 169

7.5　回波损耗和电压驻波比的测量〔12〕 171

7.5.1 回波损耗法 172

7.5.1.1 测量原理 172

7.5.1.2　测试框图及测量仪器 175

7.5.1.3　测量步骤 175

7.5.2 微波测量线法 176

7.5.2.1 测试原理 176

7.5.2.2 测量框图及测量仪器 179

7.5.2.3　测量步骤 179

7.6　天线端口隔离度的测量〔12〕 181

7.6.1.1 测量原理 182

7.6.1 收、发端口（Tx-Rx）隔离度的测量方法 182

7.6.1.2　测量框图及测量仪器 185

7.6.1.3　Tx-Rx隔离度测量步骤 185

7.6.2 Tx-Rx、Rx-Rx端口隔离度测试方法 185

7.6.2.1 测试原理 185

7.6.2.2　Rx-Rx和Tx-Tx端口隔离度测量方框图及 186

测量仪器 186

7.6.2.3　测量步骤 186

7.7　双极化地球站交叉极化隔离度（XPI）和电压轴比（VAR）的测量〔13〕〔14〕〔15〕 189

7.7.1 在轴轴比的测量方法 192

7.7.1.1 测量原理 192

7.7.1.2 测量框图及测量仪器 193

7.7.1.3　测量步骤 193

7.7.1.4　XPI的测量举例 197

7.7.2 离轴轴比测量方法 198

7.7.3 不用协作地球站时，测试地球站交叉极化隔离度（轴比）的方法 200

7.8　天线指向精度、跟踪精度和指示精度的测量 203

7.8.1 指向精度的测量方法 204

7.8.1.1 测量框图与测量仪器 204

7.8.1.2　测量步骤 204

7.8.2 光学经纬仪法测量跟踪精度 205

7.8.2.1　测量方框图及测量仪器 205

7.8.2.2　测量步骤 205

7.8.3 电平跌落法测量跟踪精度 207

7.8.3.1 测量框图及测量仪器 207

7.8.3.2　测量步骤 207

7.8.4 指示精度的测量 208

7.8.4.1 测量框图及测量仪器 209

7.8.4.2　测量步骤 209

7.8.5　天线定位精度简析 210

7.9　组合馈源散射方向图测试 210

7.9.1　测试原理 211

7.9.2　测试框图及测量仪器 212

7.9.3 测量步骤 213

7.9.4　举例说明 215

参考文献 217

第八章　跟踪、伺服系统 217

8.1　地球站的跟踪系统 217

8.2　单脉冲自动跟踪系统 219

8.2.1 经典单脉冲跟踪 219

8.2.2　高次跟踪模 224

8.2.3 跟踪模耦合器 229

8.2.3.1　方波导跟踪模耦合器 229

8.2.3.2 圆波导跟踪模耦合器 232

8.2.4　单脉冲跟踪接收机 233

8.3　步进式跟踪系统 237

8.3.1 记忆极值式跟踪系统 238

8.3.2 同一步式步进跟踪 242

8.3.3　双向搜索等调整步式步进跟踪 243

8.3.4 双向搜索变调整步式步进跟踪 246

8.3.5　微型电脑控制的步进跟踪 249

8.4　天线伺服系统 249

8.4.1 伺服系统原理 250

8.4.2　伺服元件的分类 252

8.4.3 伺服系统要考虑的几个问题 254

8.4.4　地球站伺服系统的指标 255

8.5　用微电脑控制的伺服系统 255

8.5.1 伺服系统的数字化 255

8.5.2　旋转变压器和多极旋转变压器 257

8.5.3 轴角编码器 262

8.5.5 微电脑控制的伺服系统 265

8.5.4 步进电机 265

8.6　12米天线站的步进式跟踪伺服系统 266

参考资料 271

第九章　天馈与跟踪伺服系统的维护及故障分析 271

9.1　天馈、跟踪伺服系统的维护 271

9.1.1 定期维护内容 271

9.1.2 自然灾害后的检查 272

9.2　故障的分析和判断 272

附录 274

附录一　蒲福风级表 274

附录二　指定卫星和指定地球站间的空间位置方位角（Az）和俯仰角（E1）的计算公式及其实用计算图表 276

附录三　地球站指向月亮的方位角和俯仰角的计算方法 279

附录四　国外对地球站天线的技术指标要求摘录 280

附录五　国内卫星通信地球站总技术要求（国家标准） 287

附录六　电磁场的安全标准 289

附录七　地球站6GHz发射频段最大允许偏轴EIRP值 292