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[图文]平板卫星天线原理         ★★★ 【字体:
平板卫星天线原理
作者:imefan    文章来源:网络    点击数:    更新时间:2008-3-26    

  上个世纪末期,平板天线曾出现在国内的相关展览会和市场上,当时能见到的多为日本和韩国生产制造的,如图1所示的两款平板天线。但是,由于当时这些平板天线价格昂贵,有些技术指标也不太适合我国使用,所以没有多久因为打不进中国市场,很快便消声匿迹了。其实,平板天线在国外,也没有流行起来,原因多种多样,而其中主要原因是价格问题,平板天线比反射面天线要贵很多,再加之制造工艺要复杂的多,所以在一定程度上是竞争不过目前流行的反射式抛物面天线的。

  但是,由于今年我国要发射首颗电视直播卫星,这将带动卫星电视产业有一个较大的发展,因此在国内,近来再次出现了平板天线。这些平反天线多数是国内厂家自己生产的,本刊也刊有相应的平板天线的广告。正因为这些平板天线是国内厂家生产的,因此它考虑到国内所需产品的特点,使国产平板天线既可以接收自己的直播星,也可以出口海外。因此目前国内生产的平板天线一改往曰纯进口平板天线的特点,适用性提高了。同时由于工艺上的改善,平板天线的技术指标也大大改观,再加之由于是国内生产,其生产成本也降低了不少。因此可以说,平板天线在我国已进入了实用性阶段。

  


  应该说,平板天线与我们现在已大量使用的反射式抛物面天线有很大的不同。反射式抛物面天线是采用一次或二次反射式的接收天线,而平板天线是直接接收式天线,前者的天线面是起反射作用的,后者的天线面就是直接接收的天线,因此二者有本质的不同。

目前,平板天线有振子式、缝隙式等几种,它们集中的特点是体积小、重量轻、风阻小、安装使用方便;内置高频头使天线与高频头一体化,调节便利;平板天线的效率较高,特别适用于直播星电视的接收。

  

  振子式平板天线结构的揭秘

如果我们将过去进口的一款振子式平板天线的天线面纵向切开的话,我们就会见到这个天线面是由五层材料组成。如图2。

第一层和第五层为天线保护层,又称天线罩,是用耐腐蚀介质做成。它起到防止氧化、衰减紫外线对印刷板电路的影响、防雨、雪侵蚀的作用。图2的结构图中没有画这二层。

第二层为接收天线层。是一层印刷电路板金属层,它的上面印刷着许许多多排列整齐的单元振子形成的天线阵,故可称天线基板层。这一层决定着平板天线的技术质量。单元振子的形状是多样的。

第三层为印刷电路板的介质层,它支撑着第二层。

第四层为接地导体层,它是一层金属箔板,既起到对天线阵的反射作用,又是馈线的一部分,组成微带传输线。天线阵的输出,与装在平板天线板后的高频头联接。

由此我们可以看出,平板天线有一个较为复杂的结构,采用着微波技术中的微带电路技术,对其工艺要求的又很高,特别是天线阵中馈电相位的同相性要求极其严格。它和反射式抛物面天线的结构相差很大,因此设计与制造都有较大的难度。平板天线理论的提出已有二十余年的历史,至今才见到质优价廉的平板天线的出现于国内市场,其原因恐怕就在如此。

  

  振子式平板天线及其工作原理

卫星直播电视的出现,使卫星下行信号的频率提高到12GHz,波长变短达到2.5cm,这为平板天线的出现提供了可能。因为平板天线不可能做的很大,只有波长较短时,平板天线才可能做的较小些。

实际上平板天线是从雷达和无线电通信中常用的阵列式天线移植到Ku波段卫星电视接收天线上来的。

所谓阵列式天线,就是将许许多多半波振子单元天线进行有规律地排成行和列而形成。如图3。通常每个相邻半波振子单元之间,包括行距与列距,相隔半个波长的整数倍,从而构成一个天线阵。半波振子的单元的数量取决于平板天线的增益要求,增益要求愈高,其采用的半波振子单元也就愈多。例如,平板天线增益要求达到34dB,那么平板天线的半波振子单元,就得有480个之多。因此振子单元愈多,增益愈高,平板天线的面积也就愈大。

  

何谓半波振子单元天线呢?如图4(1),这是一付对称天线,其每一端臂长1/4波长,是用金属导体制作而成,两端全长为1/2波长,这种天线称半波振子天线。如果一付天线长度恰好为半个波长,此时的天线呈现为谐振状态,其特性阻抗最小且为纯阻,无电抗,损耗最小故辐射最大。其辐射的方向性图如图4(2),即以半波天线为轴,向垂直于轴线的四周辐射,从剖面看形成8字形辐射。如果再在半波振子天线平行—侧口一反射板,其辐射方向就成为图4(3)所示,辐射成了单方向性的。除主瓣辐射之外,增加了二个副瓣辐射,即有了其它方向辐射,尽管较小。

当我们明白了单一的半波振子天线的辐射特性后,就可以分析由若干个半波振子天线单元形成的天线阵,即阵列式天线的特性了。由垂直于天线阵的方向来看,由于入射电波距各个振子的行程相同,电波的相位都相等,天线阵的辐射能量为各个半波振子辐射能量相加,因此天线阵辐射能量为单个振子辐射能量的倍数。

  

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