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平板天线
作者:管理员    发布于:2015-07-19 13:29:10    文字:【】【】【
摘要:一种仅在一个特定的方向传播的天线。平板天线一般用在点对点的情形下。你可能也看到它们被叫作“贴片天线”。
平板天线

缝隙天线工作原理

在谈缝隙式平板天线工作原理之前,让我们了解一下有关波导的情况。波导是用金属材料制成的不同形状,内空外封闭传输信号的腔形导体,它有园波导、椭圆波导、方波导、矩形波导等,见题图。目前常用的高频头前端腔体就是一种圆波导,单极化高频头的馈源部分有的就是矩形波导。波导实际上就是一种传输超高频信号一微波信号的导线(体),当传输的信号频率低时,可以用普通电线传输。传输信号频率高时,普通电线衰减会很大,就得用电缆传输,电缆的传输衰减要小些。当传输频率再高时,如微波,同时又希望传输的衰减很小,此时就必须用波导来传输了,它的传输衰减非常小,要比电缆衰减小很多。所以在高端产品里,比如通信系统,常用波导传输。同时波导的驻波比好,反射小,可以保证传输的信号绝大部分由入口端传输到出口端。另外,波导又是一个封闭的传输线,可以完全保证波导内传输的信号不受外界各种干扰,而且也可保证波导内传输的信号不会辐射出波导,从而保证了传输信号的质量和数量。需要强调的是,波导内传输的微波信号是以场的形式存在的。
由此我们知道了波导有如此之多的优越性,它的高质量也要求波导的生产工艺水平很高、生产成本也很高,标准的波导制作工艺严格,内壁加工的光洁度很高,波导很贵,1m波导的价格要数千元,甚至有的高达万元。如可变椭圆波导,价格就相当昂贵。我们现在使用的低价位高频头中的波导是很难把它称作波导的,把它称之为粗制滥造的波导决不为过。
当知道了什么是波导后,我们再看看波导传输信号的情况。由于波导内传输的是电磁波,自然在波导的内壁上会激励出表面电流,在正常情况下,这个表面电流是沿着波导的同一方向流动。若是在波导上出现了一个小裂缝的话,电流传输受到裂缝的切断,改变了表面电流的流线,如图11。裂缝受到激励便在裂缝两端产生出电磁场,电磁场沿裂缝的分布呈正弦规律。
这就是说,我们在一些波导上以人为方式开凿出一些有规则的裂缝,波导内电波便可以从缝隙处向外辐射。或者空中的电波从裂缝的缝隙处被有效的吸收到波导里。这个裂缝的大小和规则是有规律的,相当于前面讲到的振子式平板天线的基本的辐射单元。

缝隙式平板天线

前面我们谈到了缝隙式平板天线,尺寸很小,却效率很高,这么一小块平板天线竞有如此之高的效率,它究竟是什么结构、什么样子呢?
缝隙式平板天线也是一种如前面所讲振子式平板天线一样的阵列式天线。
缝隙式平板天线又可分为谐振式和非谐振式两种。通常我们常用的是谐振式的,因为它的辐射方向是垂直于平板天线的,便于使用,目前的产品大多属于这一类。非谐振式缝隙平板天线,尚未见到有产品,它最大的好处是可通过改变馈电相位,从而改变平板天线的辐射方向。这实际上是我们进行天线辐射方向自动化调节一个好办法,但制造这种天线很难很难,这是后话。
一般缝隙式平板天线除去塑料外壳之后,内部由三层金属板构成。最上一层称为缝隙辐射层,它是在金属板上面整整齐齐开凿了许许多多的排列有序的裂缝。这许许多多大小一致的裂缝,相当于前面谈到的振子式平板天线的半波振子辐射单元,或者说这每一个小裂缝就是一个缝隙天线单元。而由这众多裂缝组成的缝隙天线阵就构成了这种平板天线。所以,缝隙平板天线也是一种阵列式平板天线。
如果我们再仔细的探讨一下,这个有规则的裂缝的大小尺寸是多少时,你会发现这裂缝辐射元的长度恰好等于Ku波段平均波长的二分之一。因此我们说缝隙式平板天线的工作原理仍然符合半波振子天线的理论。
我们还看到, 两个相邻的裂缝辐射元的中心之间距离,恰好是半个波长,所以判断这款平板天线是谐振式缝隙平板天线。它的辐射是由众多的裂缝辐射单元累加的,而且垂直于平板天线。此时平板天线口径上电场的分布是同相的,故又称为匹配的缝隙天线。
缝隙式平板天线的第二层,也就是中间层,我们把它叫做传导层,它是起着将第一层缝隙辐射层的各个裂缝辐射元吸收来的电波信号通过传导层的各个对应“窗口”耦合到第三层波导馈电层或称之为波导传输层上去。
缝隙式平板天线的第三层实际上是与第二层传导层共同构成了波导的传输馈电电路,从而真正成为波导传输层。我们仔细的看看这些波导,基本上是矩形波导,波导的尺寸也严格的符合Ku波段信号波长规律。同时我们可以看到这些波导的加工工艺要好多了,这样光滑明亮的波导内璧,才能保证电波在波导中传输无反射,驻波比好。
同时我们还会看到,由于裂隙辐射元是并联形式联接的,那么每并联一次便会改变一次传输阻抗,为了匹配联接,只有改变波导的阻抗来解决,所以我们看到每一段的波导的尺寸是不完全一样的,包括波导的宽窄、高低和长短。这就是通过改变波导尺寸来改变波导阻抗来达到匹配的目的。正是由于信号传输中处处匹配,所以衰减才小。
正是由于缝隙式平板天线采用了良好波导来传输信号,使得它衰减小,驻波比好,完全的同相馈电,所以才效率高。
缝隙式平板天线与高频头一体化
平板天线与高频头一体化是大势所趋,无论是振子式的平板天线还是缝隙式的平板天线,现在的产品大部分都将高频头做在平板天线里面,这样的处理,会出现一些新情况:
1、高频头和平板天线做在一起,使调节因素全部落到了天线上,无需调节高频头。
2、由于极化调节转为调天线,因此高频头只需单一极化。
3、原来的高频头大部分使用在反射式抛物面天线上,所以高频头和馈源一体化的多。目前用在平板天线上,因接收方式改变,一体化高频头便没有使用的必要,所以在平板天线中的高频头是没有馈源的。
缝隙式平板天线最大的特点是通过波导来馈电或传输信号,也就是平板天线的输出是通过波导传送到高频头上去,那么高频头与波导如何联接呢?其实很简单,只要二者之间加一变形波导就可以了。因为现代技术早就实现了方变矩、圆变矩等等变形波导的生产。不过尽管这样,仍要注意阻抗是否达到真正的匹配。

技术指标

与反射式抛物面天线一样,以海域牌这面小平板天线为例,我们也来看看缝隙式平板天线的技术指标。
1、适用的频率范围。也就是这面天线可以接收的卫星信号的频率范围,有两种:一种是内置单本振高频头的本振频率为10.75GHz的,适用接收的卫星信号频率范围是11.7~12.75GHz,带宽为1.05GHz。
还有一种是内置为双本振高频头的本振频率为9.75GHz和10.6GHz的,适用接收的卫星信号频率范围是10.75~12.75GHz,带宽达2.05GHz。
虽然看起来后者的带宽比前者宽一倍,适合接收的频带宽得多,很多10和11GHz的信号能接收。但是,正是由于后者的频带做的很宽,因此它的幅频特性就难以做好,它的带内不平坦度有可能大于前者,结果是有些频点不一定好用。因此建议,没有特殊要求,最好选购前者。
2、天线的增益。经过实测,这款海域牌360mm×196mm×85mm的小缝隙平板天线的平均增益是30dBi。
平板天线的内部结构平板天线的内部结构
3、驻波比。大家对驻波比可能比较生疏,它表述的是电信号在传输中是否全部传输到达终点的一个指标。我们知道,电波在传输中,希望将入射电波全部传输到输出口。但实际上,传输中处处都可能有阻挡,有阻挡就会有反射,因为传输中,任何地方阻抗不匹配或传输导体的粗糙和不光滑,都会造成电波的反射。因此驻波比是反映电波反射情况的一个物理量。驻波比用表征,P为反射系数=,其中E-为反射波电场值,E+为入射波电场值。
当反射波E-越小,意味着反射系数P越小,驻波比便趋向于1。因为我们可以看出,驻波比越小越好,因此它表示没有反射,表示接收的信号更多的传输到终端。虽然驻波比越小,越趋向于1越好,但不会等于1,这说明这个天线好,能将天线所接收到的信号全部或接近全部传输到下一级上去。
这款海域牌缝隙式平板天线的驻波比为1.5。
4、噪声。天线的噪声是一个很复杂的问题,通常在无源天线中我们只讨论天线固有的热噪声和引入的天电噪声(仰角噪声),而这里这二种噪声均因这款天线的面积很小可忽略不计。但是由于目前的平板天线又多为天线+高频头而构成一体化平板天线,所以高频头的噪声在此时就成为一体化天线的噪声了。目前这款海域牌平板天线的噪声是0.7~0.8dB。
5、方向性。为了提高天线使用的有效性,将有限的功率集中辐射到有用的地方,通常天线都设计有较强的方向性。一般用天线的方向性系数和方向性图来表征天线的方向性。方向性系数D≈3.2n,n为缝隙数。天线的方向性图有两类:一是直角坐标系的方向性图,一是圆坐标系方向性图。从中我们看出,它有较强的辐射方向性。
天线的方向性强弱可用半功率角来表示,它是天线方向性图中主瓣上功率下降一半时所对应的角度。或者从座标幅度为1处下降至0.707幅度值时,所对应的角度值。从实测情况来看,这款平板天线的半功率角为2.5°左右,从这个数值来看,天线的方向性是很强的。因此它的效率会是很高的。
从这款小平板天线的半功率角看出,发烧友的“一锅多星”也可以实现,不过要求双星的轨位最多只能相差2.5°,超过2.5°的两颗卫星无法兼收的。由此也可以推断,反射式抛物面天线凡是能实现一锅多星的,其半功率角都很大,说明这种天线的增益和方向性与效率以及聚焦都不是很好。
6、效率。这是平板天线的一个很重要的技术指标,鉴于天线厂家没有提供具体数据,我们也只能估计和分析了。反射式抛物面天线中,一次反射式抛物面天线最高质量的天线效率也只有0.7左右,而一般符合国标的天线的效率也只有0.6左右,而通常低价格非正规厂家的天线恐怕只有0.4~0.5,如此的低效,只能从价格上找原因了。
平板天线的效率具体是多少,厂家没有提供。但从我们分析上看,有个非常重要的因素决定了它的效率,那就是平板天线的辐射元的馈电。在振子式平板天线上,它们的馈电采用微带传输线。在缝隙式平板天线上,它们的馈电是波导。无论是振子式平板天线,还是缝隙式平板天线,它们的馈电如果达到完全的同相馈电(做到这一点,从技术上和工艺上来讲是相当不容易的),它们的效率就会很高,通常要超过反射式抛物面天线。
7、前后向比。我们在天线的方向性图中可以看到,一付天线的主辐射方向是平板天线垂直的前方,而在它的背面后方有没有辐射?严格的讲也是有一些辐射的,这正是我们要采取措施加以防范的。比如,在平板天线的最底层应是一层金属板,起着反射和防后面辐射的作用。另外,也可以从平板天线的振子或缝隙的长短上,间隔距离和数量上加以考虑,使天线的方向性更强,或设法使天线副辐射瓣减小或数量减少,也可以提高前后向比。前后方比既反映了平板天线的辐射能力,也反映了平板天线的抗干扰能力。此值越大越好。
8、幅频特性。即幅度(或增益)一频率特性,或简称频率特性。这是一个非常重要的技术指标,专业人员在分析问题时经常用到这个特性,而在卫视发烧友中,大部分人不清楚,就更谈不到它的用处了。其实好多发烧友遇到的困惑,用幅频特性来解释马上就明白了。
幅频特性,实际上是一个电路或一个器件自身具有的特性,我们用一条幅度的大小与工作频率的关系曲线来进行描述。因此常称为幅频特性曲线或频率特性曲线。这在电子电路中,特别是高频率的电子电路中是必须考虑的。因为低频工作时,频率高点低点所产的效果———信号的大小是没有多大变化的。然而工作在高频时,特别是在信号在MHz以上时,频率的变化引发的信号幅度大小的变化就比较明显了。
一个理想电路的幅频特性曲线,应该如图14中的实线所示,它是一条较平坦的曲线,在工作范围f1~f2内,它的幅度是没有变化的。
但是一个实际的电路或器件是很难做到这一步的,因为频率越高损耗越大,放大越困难。所以在有源电路中常加以辅助器件把曲线补直。
平板天线是个无源器件,因此很难加补偿,它实际上曲线可能是图14虚线状。为了改善高频衰减过大现象,在天线设计时,可将辐射单元,这可以是振子,也可以是缝隙的大小进行调整,使其大小更适用于高端频率工作。因此我们说,选用窄些带宽的平板天线,其幅频特性相对好一些。或者选用平板天线的最佳工作频点作为我们实际接收频率会更好。
我们常用不平坦度来表示幅频特性曲线好坏。海域牌平板天线的不平坦度为2dB,还不错。

平板天线技术关键

由于在生产平板天线时,采用了不同于反射式抛物面天线的技术,使得生产技术和生产工艺均不相同,平板天线要达到预期的电气性能也并非易事,关键在于损耗和匹配问题。
1、馈线的传输损耗。前面我们已经知道了,在振子式平板天线中采用的是微带传输线,而在缝隙式平板天线中采用的是传输波导。尽管这两种传输媒介都能较好的在平板天线中起到传输作用,但是工作在Ku波段的12GHz频率状况下,设计上和制造时稍有不当,便会有较大的损耗。
被撕开的保护层被撕开的保护层
2、联接损耗。无论是振子式平板天线,还是缝隙式平板天线,在天线面上都有许许多多的振子或缝隙组成的辐射单元天线阵,这些辐射单元要与传输线(微带或波导)联接,它们往往是两两并联再与传输线联接。我们知道,电路每并联一次,阻抗就会改变一次,就有可能增加损耗、联接越多,损耗就越大。辐射单元越多,就越不好联接。因此我们说,在平板天线中,至少有一百多或数百个辐射单元,把它们一一联接起来,并且都达到匹配,这是件非常不容易做到的事。辐射单元越多,越难匹配。不匹配联接,势必增加损耗。
3、在振子式平板天线里,微带传输线是印刷在电路板上的,在传输中不仅有损耗,而且还会产生辐射,这种辐射不仅产生损耗,而且干扰了平板天线原来设计的整体方向性。
4、在缝隙式平板天线里,波导的尺寸设计要很精确,波导腔体的加工工艺要求很高,否则都会增加损耗。
所以,在平板天线中减少损耗和处处匹配联接是技术关键。

如何选择平板天线

目前我国尚没有有关平板天线的技术标准,市场上平板天线也不太多,如何挑选
平板天线很难说得准确,我们也只能从实用角度上谈几个看法。
1、 挑选平板天线的适用频段。由于平板天线是为卫星电视而使用的天线,而平
板天线又有工作频段,因此挑选的平板天线要能接收你所准备接收的卫星电视的频段。平板天线的工作频段虽然有全频段的,如10.7~12.75GHz的,但它不如单一频段如12.2~12.75GHz或11.7~12.75GHz的各项指标好。平板天线具有明显的谐振特性,超过工作频段,就会失谐、增益下降,效果不好。就像人们买衣服,中号衣服虽然大个子和小个子都能将就穿,但效果不如量体裁衣的好。
2、 挑选平板天线的幅度一频率特性。通过平板天线的工作原理,我们知道了辐射单元的尺寸是由工作频率所决定的。因此我们自然会想到当频率或波长改变时,那个固定尺寸的辐射单元还能是半波振子吗?如果不再是半波振子,就不再是谐振状态,就会损耗加大,辐射减小,这意味着增益变小。由此我们感到,工作频率范围越宽,不谐振的可能性也就越大,损耗就会加大,增益减小的范围也就越大,增益一频率特性就越差。
经过分析,我们应该明白平板天线的增益(dB)数据是在什么工作频率下给出的,在其它频率范围内,增益还会是这个数值吗?所以我们挑选平板天线的增益应在整个工作频率范围内变化不大或基本不变的平板天线。可以肯定地讲,工作频率范围越大,增益越难保持不变。
3、 挑选平板天线的极化。在常用的抛物面天线上,不存在极化问题,因为那是挑选高频头时应注意的问题。但在平板天线上,就存在是接收什么极化电波的问题了,是线极化还是圆极化。
4、 挑选平板天线的工作温度范围。在使用抛物面天线时,不存在工作温度范围,不论南方的酷暑还是北方的严寒,都对天线无所谓。然而在振子式平板天线里,它的辐射单元和馈线都使用微带技术,印刷电路板是由金属薄板构成,在酷暑和严寒时都有冷缩热胀问题,结果就会使辐射单元和微带馈线的尺寸发生变化,从而影响了特性。因此北方和南方的使用者,在挑选振子式平板天线时应从实际情况来考虑这一问题。
5、 挑选平板天线的噪声。首先要说明目前的平板天线是与高频头做在一起的一体化天线,因此选择平板天线的噪声就是选择内置高频头的噪声。由于工作在Ku波段,因此要选择噪声系数小一些的。
6、选择平板天线安装、调节方便的为好。在调节平板天线时,不仅需要像反射
式抛物面天线那样调节方位角和仰角,还要增加一项:调节极化角。因此在选择平板天线时,要注意三者的调节互不影响,要能够调节到位,调节后应能方便固定。
首先要把平板天线指向正南,如果你的正南方向有卫星电视信号的话,就可以先接收正南方向那颗卫星的信号。
其次要明确,你准备接收的卫星电视信号是水平极化的,还是垂直极化的。如果接收的是垂直极化的信号,那么就请你将平板天线面设置到位。反之若接收的是水平极化信号。
然后开始调节天线的方位角,可通过调节平板天线面与支撑杆之间的第三个调节环调节到位。如果接收的卫星轨位高于你所对应的正南方向卫星的轨位的话,那么就将平板天线向东转,反之如果接收的卫星轨位低于你的正南方向的卫星轨位的话,那就将平板天线向西转。
方位角大体调节后,即开始调节仰角,调节平板天线面与支撑杆之间的中间调节环图(17B)便可完成仰角调节。
大体调节方位角、仰角后,再返回调节极化角。在反射式抛物面天线中是调节高频头的极化角,而现在调节的是平板天线的面的极化角,虽然两者的调节部位不一样,但两者调节的方法是相似的。你只要把平板天线的面看成高频头内的天线振子(俗称探针)调节就行了。
反复调节三个角,要慢慢调,最终总会把卫星信号调出来的。
海域平板天线最适用于线极化的卫星信号。如果要接收圆极化卫星信号,只要卫星信号足够强,这款平板天线仍能接收得到,只是增加了3dB的衰减。
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,
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。

振子式天线结构

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。
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。

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?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,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。
而从天线阵的行与列平面的方向即从平行于平板天线方向来看,入射波到每个半波振子的行程不等,相差半个波长,因此每个半波振子电波相位都差半个波长,即相差180°,故半波振子间相位相反,辐射相互抵消,总的辐射为零。这就意味着,天线阵的平面方向无辐射,如图5。
对于既不是垂直于平板天线也不是平行于平板天线的其它方向电波而言,如图6,各振子间在该方向电波行程差为L。不难看出,由于不同方向电波,目口不同入射角9的电波,所形成的行程差L也不相同,天线在该方向形成的辐射强度也不相同,因此天线会出现一些不同于主辐射的辐射方向,即出现旁瓣辐射。旁瓣辐射的数量和强度与半波振子的数量相关,振子越多,旁瓣越多,其强度越弱。
由以上分析我们得知,阵列式天线在接收垂直于天线面方向上电波能量最强,而来自天线面平行方向上的电波是最弱的,是接收不到的。至于接收其它方向的电波能力,也有一点,而这是我们所不欢迎的,可以通过加大天线阵中半波振子的数量,来加以消除。因此我们可以说,平板天线主接收方向是垂直于天线的法线方向。如图7。同时我们也由此感觉到,平板天线与反射式抛物面天线一样,天线口径越大,方向性越强,天线口径越小,方向性越差。这也说明只有小口径天线,
才可能实现一锅多星的道理。
平板天线中半波振子单元的几种等效辐射单元
在平板天线中,采用阵列式天线,而它的基本单元是半波振子单元。而这种基本单元,我们又可以称其为天线的辐射单元。在Ku波段,频率范围如果是恫.7—12.75GHz,那么对应的波长在2.353-2.564cm之间。1/2波长为7.177-1.282cm,取其平均值,半个波长为1.23cm在实际使用中,由于还要考虑天线有个缩短因素,因此半波振子单元的实际长度还要乘以缩短系数0.85-0.9,所以实际半波振子单元长度为1.0455—1.107cm之间,取其平均值便是1.076cm,目口11mm左右,这个长度范围便是平板天线中单元(半波)振子的长度,只有在这个长度范围内的生产制造的平板天线,才适合接收11—12 GHz的Ku波段卫星信号。
上面我们分析了平板天线中的基本单元或称辐射单元是半波振子天线,但由于它仅能接收线极化的电波,形式单一,尺寸也不能缩小。所以在实际使用中,人们常用其它各种等效形式的辐射元来替代它。这样生产出来的平板天线不仅面积、尺寸减少些,而且有的可以接收圆极化波。现在就让我们认识一下这些等效辐射元。
1、片状形等效辐射元:依靠上、下电极组成的极片作为辐射单元。片状图形种类较多.
2、同平面电极形等效辐射元:依靠电极与周围的接地线构成。同平面电极在其相邻的缝隙处产生电场,来辐射电波。此例为圆极化辐射单元。
3、槽缝形等效辐射元:由上下两块金属板形成封闭波导,而上板开有许多槽缝,将空间电波导入并在内部汇集由波导引出。这方面技术将在后述内容中介绍。
4、线状形等效辐射元:没有单元振子,而依靠传输线上各不同位置的电流分布产生同相辐射。因此将线做成曲折矩形,变折部分为传输线,平直部分为辐射振子。
振子式辐射单元间的馈电
平板天线中的辐射单元的馈电是一个难度较高的技术性问题,必须保证各辐射单元完全是同相馈电,才能使平板天线有较高的增益和较强的方向性。振子式平板天线各辐射单元依靠微带馈线来馈电,馈电线路不仅要保证各个辐射单元要同相馈电,而且要保证各个辐射单元之间联接与微带馈线间的阻抗匹配问题,这样才能达到衰耗小、效率高。
由于各辐射单元振子是多个连接使用,因此电路是不断地并联。每二个辐射单元并联一次,阻抗便降低一半,所以馈线的特性阻抗会发生改变,国此要特别注意它们之间的匹配。微带传输线是做在同一基板上,不可能用改变带间距离的方法来改变阻抗,所以只有改变微带宽度来控制阻抗变化。为了使不同线段间匹配,馈线上还装有许多入/4阻抗变换器。
为了保证处于不同部位的单元振子都能得到同相位的馈电,因此在设计振子式平板天线布线时,通过调整微带馈线的长短来达到这一目的。
振子式平板天线与高频头的联接
由于平板天线各辐射单元是靠微带馈线联接的,电波在振子处已变为感应电流,各微带馈线集中汇总后可以直接以电流形式传输给高频头中下变频器。既不需要馈源,也减少了由电波的电场形式转换为电流形式的损失,有利于信号的接收。
此时的高频头,可以是集中参数式,也可以是分布参数微带式。而且还可以把高频头直接装在平板天线后面,或者通过微带式高频头直接做在平板天线里面,使其成为天线-高频头一体化的新型结构,既美观也改善了可靠性,真是一举双得。目前,市场上平板天线已绝大部分是平板天线+高频头一体化的平板天线了。
平板天线技术参数
电气参数 Electric Specifications
频率范围 Frequency rang-MHz 1920-2170
带宽 Bandwidth -MHz 250
增益 Gain -dBi 14
爱美讯天线爱美讯天线
波瓣宽度beam width -° H:30 V:30
驻波比VSWR ≤1.5
输入阻抗Input Impedance-Ω 50
极化方式Polarization 垂直Vertical
最大功率Max power -W 50
雷电保护Lightning protection 直流接地 DC ground
接头型号Connector model SMA Male 或用户指定 SMA Male or others
机械参数 Mechanical Specifications
天线尺寸Size -mm 225*195*47
天线重量 Antenna weight-kg 0.45
工作温度Working Temperature -°c -40~60
极限风速Rated Wind Velocity-m/s 60
天线颜色Radome color 白色white
安装方式Mounting way 抱杆式hold in the pole
抱杆直径 Pole diameter(mm) ¢35-50
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