1.3 微波与卫星通信的天线馈线系统解析
微波与卫星通信概述
第一章微波与卫星通信概述主要讲述的内容：①微波与卫星通信的基本概念与特点；②微波通信系统的组成、移动通信系统的组成、卫星通信系统的组成；1.1微波与卫星通信的基本概念与特点1.2长途微波通信系统的组成1.3移动通信系统的组成1.4卫星通信系统的组成1.1 微波与卫星通信的基本概念与特点1.1.1 微波与卫星通信1．微波与卫星通信共同点：微波与卫星通信的工作频率都是属于微波频率，微波是指频率为300MHz至300GHz的电磁波。
不同点：微波通信，是指用微波频率作载波携带信息，通过无线电波空间进行中继（接力）通信的方式。
常见的典型地面微波通信系统包括长途微波通信系统和移动通信系统。
卫星通信，是指利用人造地球卫星作为中继站，转发或反射无线电波，在两个或多个地球站之间进行的通信。
实际上，卫星通信可以看作是利用微波频率、把通信卫星作为中继站而进行的一种特殊的微波中继通信。
2．长途微波通信的特点①微波：②多路③接力数字通信的缺点：数字微波要求传输信道带宽较宽，因而产生了频率选择性衰落。
3、移动无线通信的特点移动通信是指通信双方或至少一方在运动状态中进行信息传递的通信方式。
(1) 电波传播环境极恶劣由于移动台处于运动状态之中，无线电的多径传输会造成接收信号瑞利衰落，使所接收场强的幅度和相位呈现快速变化的现象。
另外移动台的通信质量还会受到地理环境的影响。
(2)移动台受到多种干扰影响和噪声影响(3)应采用动态范围大的移动接收设备(4)频谱资源非常珍贵(5)组网技术复杂4、卫星通信的特点(1) 静止卫星通信的优点①通信距离远，且费用与通信距离无关②覆盖面积大，可进行多址通信③通信频带宽，传输容量大④信号传输质量高、通信线路稳定可靠⑤建立通信电路灵活、机动性好(2) 静止卫星通信的缺点①静止卫星的发射与控制技术比较复杂②地球的两极地区为通信盲区，而且地球的高纬度地区通信效果不好③存在星蚀和日凌中断现象：注意各自的特点④有较大的信号传输时延和回波干扰假定地球站与卫星间的通信距离为40000km，发端地球站信号经卫星转发到收端地球站（信号一上、一下），单程传输时间约为0.27s，当进行双方通信（一问一答）时，就是0.54s。
中波天馈线系统原理及补偿网络应用
中波天馈线系统原理及补偿网络应用作者：***来源：《卫星电视与宽带多媒体》2024年第15期【摘要】中波天饋线系统是中波广播发射系统中至关重要的一个环节，在天馈线系统中，发射天线的高度、匹配网络的匹配情况等因素将直接影响到节目的播出和覆盖效果。
本文分析了解天馈线系统原理，掌握不同条件下的网络匹配形式，调试并使网络达到良好匹配，这对于发射台的技术维护人员来说尤为重要。
【关键词】中波天馈线系统；匹配网络；带宽；双频共塔；补偿网络中图分类号：TN92 文献标识码：A DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2024.15.010中波天馈线系统的作用，就是将发射机给馈线的高频电能最大程度地转换为向空间辐射的电磁能。
为实现这一目的，就需要用到天线匹配网络对发射机输出阻抗和天线阻抗之间进行调配，以实现最大功率传输。
在实现网络调配的过程中，天线自阻抗的影响非常大，良好的天线能够使网络结构简单、调试方便，并且运行稳定。
但是往往由于多种原因，天线自阻抗会不够理想，那么就需要采用一些特定结构的网络对上述问题进行解决，从而拓展网络带宽，提升技术指标。
本文对中波天馈线系统的原理，常见的匹配网络形式及天线高度对匹配网络的影响等方面进行了简要介绍。
同时，通过实际案例对补偿网络的应用进行了深入分析，为改善天馈线系统的运行状况提供了一种有效的解决方法。
1. 常用的匹配网络形式中波天馈线系统常用的匹配网络有Г型匹配网络、T型匹配网络和π型匹配网络这三种，它们的特点及适用情况如下：（1）Г型匹配网络。
分为正Г型匹配网络和倒Г型匹配网络，是最基本的匹配网络之一，具有结构简单、成本低、容易实现调配等优点。
但因Г型匹配网络不能同时满足对Q值的要求，所以适合用于单频单塔的匹配网络。
在具体使用中，若Ra＜ZC（馈线特性阻抗）时，采用正Г型；当Ra＞ZC时，采用倒Г型。
（2）T、π型匹配网络。
当多频共塔时，需要增加阻塞网络和泄露网络，此时这些网络对载频和上下边频呈现出的阻抗不同，多个阻塞网络串接时，上、下边带频率和载频的电抗差会累计叠加，产生边带反射。
微波天线
（5）天线防卫度
天线防卫度是指天线在最大辐射方向
上对从其他方向来的干扰电波的衰耗能力。
在微波线路中，由于采用二频制，因此在
同一微波站中，两个方向的接收机工作在
同一频率，如图1-24所示。
图1-24 天线防卫度图解
3.卡塞格林天线
卡塞格林天线是一种具有双反射器的抛物面 天线，其外形简图如图1-25所示。图1-25（a）所 示为一般式，较常见。近年来出现了不少加圆柱 屏蔽罩式的抛物面天线，见图1-25（b），它可 以降低向后方辐射的功率（降低后瓣）。又因为 它可以减小初级辐射器（激励器）的直接辐射， 所以对减弱旁瓣也有好处。
图1-25 卡塞格林天线外形简图
图1-26所示的是说明这种天线工作原理的简图。
图1-26卡塞格林天线工作原理简图
卡塞格林天线是由初级喇叭 辐射器、双曲面副反射器和抛物 面主反射面三部分组成。
常用微波天线的基本形式有：喇叭天线、抛物 面天线、喇叭抛物面天线及潜望镜天线等。 微波天线的主要技术指标有如下几个方面。
（1）天线增益
微波通信中使用的面式天线，其增益可用下 式表示：
式中，A为天线的口面面积， λ为波长， ηA为口面利用系数。
(2)对主瓣宽度的要求
在视距微波通信线路中，天线增益过 高将使主瓣张角过小。
（3）天线与馈线应匹配良好
在整个工作频段内，要求天线与馈线 应匹配连接，否则将造成反射，进而造成 线路噪声。
（4）交叉极化去耦
在采用双极化的微波天线中，由于天
线本身结构的不均匀性及不对称，不同极 化波（即垂直极化波和水平极化波）可在 天线中互相耦合，互为干扰，分别成为与 之 正 交 的 主 极 化 波 的 寄 生 波 。
微波通信的天线馈线系统
中波广播发射机天馈线系统及其简单工作原理
中波广播发射机天馈线系统及其简单工作原理中波广播发射机天馈线系统及其简单工作原理新疆广电局2071台王庆玲要将广播信号发送到千家万户，仅仅只有发射机还是不够的，我们还需要天馈线系统将发射机送出的高频调幅信号发送出去，下面简单给大家介绍一下天馈线系统的基本组成和工作原理。
一、天馈线系统的基本组成及其简单工作原理天馈线系统一般由馈线、匹配网络和天线组成。
其示意图如下所示：天馈线系统示意图1.馈线：其作用是用来传输高频能量的。
我们日常使用的馈线主要有各类馈管和笼形馈线。
馈线的最主要的参数是特性阻抗，在允许的频率范围内，馈线上任何一点的电压和电流的比值为一常数，即特性阻抗。
我们在实际使用中，如馈线系统和天线的阻抗不能很好的匹配，那么将在馈线上出现反射波，也就是说发射机发射出去的能量不能完全地发射出去，将有一部分被反射回来。
2.匹配网络：其作用是使馈线系统和天线的阻抗达到匹配。
一般情况下，馈线的特性阻抗和发射天线的阻抗总是不一样的，天线阻抗一般为复阻抗，为了将发射机的高频能量最有效地传送到天线上去，就需要匹配网络使天线与馈线达到阻抗匹配。
其原理示意图如下：实际应用中，电容C是由许多电容串并联组合而成的。
3.天线：天线的作用就是将发射机送出的高频调幅信号，传送到四面八方。
中波段的电磁波在沿地面传播时损耗比较小，传播距离比较远，因此中波天线多采用垂直天线，俗称铁塔。
二、双频共塔是指利用同一座铁塔，同时播出不同频率的节目，此项措施可以有效节约天线场地，少架铁塔，具有显著的经济效益。
双频共塔一般适合于中波小功率发射台，其示意图如下所示：其中C1 、L1和C2、L2组成并联谐振网络，谐振于对方频率，起到阻塞对方频率的作用，防止另一频率对本方频率的干扰。
1.3-微波与卫星通信的天线馈线系统解析
天线馈线系统的形式
天线馈线系统一般是指天线口面至下密封节包括的天线和波导部件。
型式
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2．对微波天线的技术要求
(1)
天线增益
(2)
对主瓣宽度的要求
(3)
天线与馈线应匹配良好
(4)
交叉极化去耦
(5)Biblioteka 天线防卫度对微波天线部分的要求是：天线增益高、与馈线匹配良好、波道间寄生耦合小。
(1) 天线增益
1.4.6 地球站的天线馈线系统
1．概述 目前大多数地球站均采用修正型卡塞格林天线。 地球站天线的基本特点是： ◎ 收发共用一副天线，所以要求天线具有宽频带工作特性；
◎ 高增益、低旁瓣和低的天线接收噪声温度，通过对天线抛物面几何形状的修正及采用高效率馈 源，可使天线总效率达到0.75～0.8； ◎ 为了使地球站天线始终对准卫星，要求天线应具有机械驱动和自动跟踪控制系统。
2. 波瓣宽度越窄，方向性越好，作用距离越远，抗干扰能力越强。
波瓣宽度：在主瓣最大辐射方向两侧，辐射强度降低3dB（功率密度降低一半）的两点间的夹角被定义为波瓣 宽度（又称为波束宽度或主瓣宽度或半功率角）。
但是主瓣张角过小，当气象条件变化时，传播方向就要改变，大风又能引起天线摆动，这都会降低天线在 通信方向的实际增益。
所谓天线防卫度是指天线在最大辐射方向上对从其它方向来的干扰电波的衰耗能力。 天线防卫度主要包括下面几个指标： ① 反向防卫度 ② 边对边去耦 ③ 背对背去耦
天线防卫度图解
① 反向防卫度
前者称为接收天线的前对背耦合，后者称为发射天线的前对背耦合。 天线在最大辐射方向的增益系数G0大大超过反方向的增益系数G反。它们的比值称为反 向防卫度（或称为反向衰减）。
无线通信系统与技术第5章微波与卫星通信系统PPT课件
•基带转接方式：将接收到的微波信号首先 通过混频器下变频至中频，经过解凋、采 样判决后，得到基带数字信号，然后将恢 复的基带码流重新调制，经混频器上变频 至微波发射频率，将信号放大后再通过天 线发射出去。
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图5-4 再生转接式中继站框图
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5.1.2 微波传播特性
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2．卫星通信的特点
① 通信距离远，建站成本与通信距离无关。 ② 以广播方式工作，便于实现多址联接。 ③ 通信容量大，能传送的业务类型多。 ④ 可以自发自收进行监测。
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• 卫星通信具有以上的特点，在具体实施中 也给技术上带来了一些难点。 ① 需要先进的空间技术和电子技术。 ② 要解决信号传播时延带来的影响。
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③ 沿线附近卫星地面站的位置、同步卫星 轨道指向和工作频率，有关飞机场、雷达站 等设施的位置、工作频率和通讯设施，它们 涉及与线路相互干扰的问题； ④ 沿线的地形、地物、气候等情况，它们 对电波传播和接收信号的衰落特性均有影响。
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5.2 卫星通信系统
• 卫星通信是地球站之间利用通信卫星转发 信号的无线电通信，是现代通信的重要手段。
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• 用11/14GHz与4/6GHz相比，其具有以下 优点。 ① 由于不同于地面中继线路所用频段，因 此不存在与地面网干扰问题。
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② 若地球站及卫星的天线尺寸一定， 11/14GHz波束宽度比4/6GHz的一半还窄。 ③ 相同尺寸的卫星天线的增益，接收时是 4/6GHz的5.33倍，发射时是9.15倍，总的 改善为16.9dB。
1．地形地物对微波传播的影响
• 微波中继通信系统中的微波主要在靠近地 表的大气空间传播，因而地形地物对微波会 产生反射、折射、散射、绕射和吸收现象。
中波发射机天馈线系统简析
视听 • SHI TING 2019年 第 5 期193技术维护一、引言中波广播是中波发射机通过天馈线系统向外发射信号的，如图1所示。
通过中波天馈线系统，发射机输出的射频电能才能转换为向空间辐射的电磁波，为远离电台的听众提供节目信号。
由此可见，天馈线系统是广播电台的重要组成部分。
但因为天馈线的位置处在整个中波发射系统的末端，离机房较远，容易被值班人员忽视。
天馈线系统又架设在环境条件较差的室外或高空上，人员施工和维护都比较困难，部件出现损坏也不容易及时发现，易成为安全播出的一大隐患。
在实际工作中由于没有备份，一旦天馈线系统出现问题，就极有可能造成较长时间的停播。
为此，日常维护中应对天馈线系统足够重视，机房值班员对天馈线也应有所了解。
二、中波发射天馈线系统组成部分中波发射天馈线系统主要包括馈线、匹配网络、天线和地网等几大部分。
我们日常使用的馈线主要有同轴射频电缆或笼形馈线。
馈线的作用是用于高频能量传输，是发射机与天线之间连接的重要硬件设施。
而馈线的最主要参数是特性阻抗，即在一定的频率范围内，馈线的特性阻抗是常数。
一般来说，馈线的特性阻抗和发射天线的阻抗是不相同的，因此需要借助匹配网络来确保馈线和天线阻抗具有良好的匹配，以便获得最大的功率输出。
加在馈线和天线之间的匹配网络，其作用就是阻抗匹配和能量传输。
由于中波频率较低，匹配网络均采用集中参数元件，即线圈和瓷介电容组成。
天线的作用是将发射机产生的已调高频电流能量以电磁波的形式辐射出去，从而实现电波信号的传播。
由于中波频率特性的原因，中波天线是天线体垂直于地面架设，其中单塔天线是使用的最为广泛的中波天线，也称为单极底馈天线。
假设地为理想导体，地的影响可用镜像取代，单极天线等效为直立的对称振子天线。
辐射电阻大、损耗电阻小的天线，其效率就高。
由于天线高度的限制，其辐射电阻不可能很大，因此为提高发射效率，需要在中波天线铁塔底部敷设地网，即能够取得更好的镜像效果，还能够减少电流在大地回路的功率损耗。
天馈线系统
微波天线技术要求
对微波天线总的要求是：天线增益高，与馈线匹配良好、波道间寄生耦合小，由于微波天线都采用面式天线， 所以还应使天线具有一定的抗风强度并有防冰雪的措施。微波天线的主要电气指标有如下几个方面：
①天线增益
微波通信中使用的面式天线，增益可用下式计算：
式中：A为天线的口面面积；l为波长；ηA为口面利用系数。
分路系统
一般情况微波通信都是几个波导公用一套天馈线系统。公用系统即为实施这一功能的传输系统。分路系统主 要由环形器、分路滤波器、终端负荷和硬波导等器件组成。分路滤波器一般安装在机架内。图7(a)是收信分路系 统示意图。天线收到频率为f1、f2、f3、f4的信号，送入分路系统输入端，信号经第一个环形器时，分路滤波器 让本机架的接收信号频率f1通过，进入接收机。其余三个波导的信号被反射回去，经过第二个环形器后，第二个 波导分路滤波器允许它的本机架的接收频率f2通过，其他两个频率又被反射回去。这样四个信号分别进入各自的 机架中去。图7(b)为发信分路系统示意图。其工作原理与收信分路系统相同。
3．交叉极化去耦度（XPD）：这一指标对于同频异极化复用降低交叉极化干扰具有重要作用。测试中若指标 不合格可调整收发两站天线馈源的极化方向。
4.馈线衰耗：每根馈线衰耗值不能高于设计值。若不合格应检查馈线有无碰撞受力变形，接头是否匹配良好。 若施工时环境湿度过大，要检查馈线内是否严重受潮凝水。
5．充气气压：充气气压值为1300Kpa，经24小时后不低于1100 Kpa。否则要检查天馈线密封是否良好，充 气机工作是否正常。
图7收信、发信分路系统
指标
天馈线调试时，以下指标要严格控制在设计值内。
1．天线方位调整：在发信端送标准电平，反复调整收发天线，使收信电平达到设计要求。
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1.1 微波与卫星通信的基本概念与特点
1.2
长途微波通信系统的组成
1.3
微波与卫星通信的天线馈线系统 卫星通信系统的组成
1.4
1.3 微波与卫星通信的天线馈线系统
1.3.1 微波通信的天线馈线系统 1.3.2 通信卫星的天线系统 1.3.3 地球站的天线馈线系统
1.3.1微波通信的天线馈线系统
3．卡塞格林天线
卡塞格林天线是一种具有双反射器的抛物 面天线。
工作原理：卡塞格林天线是由初级喇叭辐射器，双曲面 副反射器和抛物面主反射面三部分组成。
在结构上，双曲面的一个焦点与抛 物面的焦点重合，双曲面焦轴与抛物面 的焦轴重合，而辐射源位于双曲面的另 一焦点上。从而可以获得水平方向的平 面波波束，以实现定向发射。
1.主瓣越强越好，副瓣越弱越好。因为主瓣是能量 的主要辐射方向，主瓣越大信号传递的距离越远。 旁瓣如果大，会影响其它天线的通信。
2. 波瓣宽度越窄，方向性越好，作用距离越远，抗干扰 能力越强。 波瓣宽度：在主瓣最大辐射方向两侧，辐射强度降低 3dB（功率密度降低一半）的两点间的夹角被定义为波 瓣宽度（又称为波束宽度或主瓣宽度或半功率角）。 但是主瓣张角过小，当气象条件变化时，传播方向 就要改变，大风又能引起天线摆动，这都会降低天线在 通信方向的实际增益。 因此不能认为主瓣张角越小越好，一般应要求 1°～2°左右。综上：主瓣越强越窄越好。
1.3.2（1.4.5） 通信卫星的天线系统 P40
图1-37 通信卫星的组成框图
通信卫星天线系统
通信卫星的天线系统
◎一种是遥控、遥测和信标信号用的全向 天线，用以接收地面的指令及向地面发送 遥测数据。这种天线常用鞭状、螺旋形、 绕杆式或套筒偶极子天线，属于高频或甚 高频天线。 ◎另一种是用于通信的微波定向天线，根 据波束宽度不同，分为三类：
微波通信中使用的面式天线，其增益 可用下式表示： 4A G= （1-4） A
2
式中：A为天线的口面面积 λ为波长 ηA为口面利用系数 结论：口面越大，增益越高； 波长越短，增益越高。
(2) 对主瓣宽度的要求
辐射方向通常都有两个或多个瓣，其中辐射 强度最大的瓣称为主瓣，其余的瓣称为副瓣或旁 瓣。
② 边对边去耦 从第2号天线发射的一部分能量泄漏到 与它并排安装并且指向相同的第1号接收天 线，如图1-8虚线箭头所示，这种耦合叫做 边对边耦合。要求天线应对这种耦合具有 足够的去耦。
③ 背对背去耦 第2号天线发射的一部分能量泄漏到 第3号天线；或者第3号天线的一部分能 量泄漏到第2号天线。在图1-8中由虚线 箭头示出，这种耦合叫做背对背耦合。 天线 天线防卫度
所谓天线防卫度是指天线在最大辐射 方向上对从其它方向来的干扰电波的衰耗 能力。 天线防卫度主要包括下面几个指标： ① 反向防卫度 ② 边对边去耦 ③ 背对背去耦
天线防卫度图解
① 反向防卫度
前者称为接收天线的前对背耦合， 后者称为发射天线的前对背耦合。 天线在最大辐射方向的增益系数G0 大大超过反方向的增益系数G反。它们的 比值称为反向防卫度（或称为反向衰 减）。
1．天线馈线系统的型式 2．对微波天线的技术要求 3．卡塞格林天线
1.天线馈线系统的型式
天线：把高频电能变为电磁波能量。 馈线：连接天线和收发信机的部件。
由于在一根圆波导馈线系统中可以传输相互正交 的两种极化波，因此在与双极化天线连接时，只要一 根圆波导馈线系统即可。故室外的馈线系统用圆波导 馈线较多。
(3) 天线与馈线应匹配良好
在整个工作频段内，要求天线与馈线 应匹配连接，否则将在馈线上造成反射波， 进而造成线路噪声。
(4) 交叉极化去耦
在采用双极化的微波天线中，由于天线本身 结构的不均匀性及不对称，不同极化波（即垂 直极化波和水平极化波）可在天线中互相耦合， 互为干扰，分别成为与之正交的主极化波的寄 生波。 设此寄生波功率为Px，则天线的交叉极化 去耦度为： P0 x=10lg (dB) （1-5） Px 式中： P0为主极化波功率。 Px为与主极化波正交的寄生波功率。 x越大，天线对交叉极化的抗干扰能力越强。
1.4.6 地球站的天线馈线系统
1．概述
目前大多数地球站均采用修正型卡塞 格林天线。 地球站天线的基本特点是： ◎ 收发共用一副天线，所以要求天线 具有宽频带工作特性；
◎ 高增益、低旁瓣和低的天线接收噪声温 度，通过对天线抛物面几何形状的修正及 采用高效率馈源，可使天线总效率达到 0.75～0.8； ◎ 为了使地球站天线始终对准卫星，要求 天线应具有机械驱动和自动跟踪控制系统。 目前大多数地球站均采用 修正型卡塞格林天线
天线馈线系统的形式
天线馈线系统一般是指天线口面至下 密封节包括的天线和波导部件。
型式
返回
2．对微波天线的技术要求
(1)
(2) (3) (4)
天线增益 对主瓣宽度的要求 天线与馈线应匹配良好 交叉极化去耦
(5)
天线防卫度
对微波天线部分的要求是：天线增益高、 与馈线匹配良好、波道间寄生耦合小。
(1) 天线增益
天馈线
微波通信总是几个波道共用一套天线馈 线系统。这就会遇到一个问题，即如何把它 们分开？ 答：不同波道采用不同频率，同一波道的收 发信号采用不同极化方向。
波道1 （即一个收发信机） 波道2 分路系统
（机房内）
室外馈线 （双工器）天线
极化方向
极化方向：电磁场的振动方向定义为极化方向。 无线电波的振动方向可以有多种方式，目前所 使用的有： 水平极化（H）：是指无线电波的振动方向是 水平方向。例如：我们拿一条绳子左右抖动， 产生的波是左右波动。 垂直极化（V）：是指无线电波的振动方向是 垂直方向。例如：我们拿一条绳子上下抖动， 产生的波是上下波动。
(1) 全球波束天线：
波束宽度约为17°～18°。
(2) 点波束天线：
其波束比全球波束窄得多，故增益较高， 但其辐射的区域比全球波束小得多。
(3) 区域波束天线
如果地面要求覆盖的区域形状不规则，就 要用区域波束天线，也称赋形波束天线。其覆 盖区域可通过修改天线反射器的形状或使用多 个馈源从不同方向照射天线反射器，由反射器 产生多个波束的组合来实现。