环焦天线参数设计及效率估
5.4米卫星接收天线方案
5.4米卫星接收天线方案1 天线子系统1.1 概述天线子系统按其功能划分为四个模块：天馈模块、座架模块、伺服控制模块、天线控制模块。
系统组成框图见图所示。
（1）天馈模块采用5.4米口径标准抛物反射面天线(包括反射面、背架、馈源支撑、中心体和背架等)以及L频段水平和垂直双极化组合馈源；（2）座架模块全动方位-俯仰回转体。
方位驱动在天线的颈部，使天线总体结构简捷、可靠，安装方便，配备工作平台，外形协调、美观、实用。
可拆除挂梯，避免无关人员进入，有利于保护射频、控制和回转机构等安全。
由于回转体的上移，立柱形式可以灵活、多变、由用户根据站址的具体安装架设条件而另行确定。
主要形式为圆柱形立柱。
（3）伺服控制模块天线控制器采用分布式设计以达到最少传输线缆和最大传输距离；（4）天线跟踪方式采用程序跟踪与自动相结合方式，并利用极大值法实时对轨道预报轨迹进行实时修正；（5）跟踪精度通过设计、工艺及调试保证天线跟精度达到0.050；（6）天线控制时间校准采用GPS时间校准；（7）天线控制器与站管计算机通过网口或串口，接收站管的调度管理；（8）安全保护装置采用了三级限位：一级为软限位，二级为电气限位，第三级为机械缓冲；天线具备任意位置锁定能力。
图6.3-3天线子系统组成框图卫星接收天线需持续、稳定、可靠、高效地控制天线接收和处理卫星信号，在正常运转情况下无天线跟踪失锁、数据包丢失、丢线、噪点过多等影响卫星遥感监测业务开展的现象，天线过顶时无丢包、丢线现象。
其主要功能如下：（1）根据卫星实际飞行轨道对静止卫星进行跟踪； （2）天线具有程控跟踪、手动跟踪、收藏等功能；（3）天线监控计算机具有与站运行管理分系统通讯的能力等； （4）能满足接收FY-4卫星下传的L 频段垂直、水平信号的功能； （5）具备垂直/水平双极化同时工作的能力； （6）具备数据解码、网口进机的功能；（7）设备具备自检、测试功能、GPS 或北斗校时功能； （8）可通过监控机进行设备配置、参数设置、工作状态监视等操作；（9）对后续地球静止同步轨道航天器信号具备可扩充性，便于系统升级。
天线原理与设计—第一章天线参数
1.2 天线主要的特性参数
圆极化和椭圆极化
对于两个相互垂直的线极化波，当他们幅度相同 相位相差 90°是形成圆极化波，当他们幅度不同 的时候，则形成椭圆极化波。他们根据旋转方向 不同，又分为左旋和右旋。
1.2 天线主要的特性参数
天线的极化
• 当来波的极化方向与接收天线的极化方向不一致 时，接收到的信号都会变小，也就是说，发生极 化损失。 • 当接收天线的极化方向与来波的极化方向完全正 交时，例如用水平极化的接收天线接收垂直极化 的来波，或用右旋圆极化的接收天线接收左旋圆 极化的来波时，天线就完全接收不到来波的能量， 这种情况下极化损失为最大，称极化完全隔离。
辐射近场区的场以辐射场为主，但场随空间角度的分 布会随 R 的变化而变化，场的径向分量也有可能较大。 这一区域的范围一般定义为 （D > ）。 当天线的尺寸与波长相比很小时，这一区域可能不存 在。对于聚焦于无穷处的天线，这一区域也称为菲涅 耳(Fresnel)区。 远场区则是我们最关心的区域，我们的测量几乎都必 须在这个区域内进行。
1.1 空间源产生的场
L=lambda/2
L=3*lambda/2
1.1 空间源产生的场
一般根据R的变化可以将空间分为感应近场区、辐射近 场 区 （ 菲 涅 耳 区 Fresnel ） 和 远 场 区 （ 夫 琅 和 费 Fraunhofer）三个区，如图所示。
1.1 空间源产生的场
感应近场区的场主要是感应场，其外边界一般定义 为 ，其中，D为天线的最大尺寸，为 工作波长。如果天线是非常短的偶极天线，其外边界 定义为 。。
1.2 天线主要的特性参数
主瓣宽度
场强从主瓣最大值下降到最大值的0.707倍或功率从 主瓣的功率最大值下降到主瓣功率最大值一半时两 点之间的角度 主瓣宽度通常指方向 图某个截面内的主瓣 宽度。如果天线方向 图不是旋转对称的 ， 则各个截面内的主瓣 宽度不等。一般情况 下主要考虑 E 面和 H 面 内的主瓣宽度。
一种KaKu双频段便携天线的设计
互联网+技术nternet Technology一种Ka/K u双频段便携天线的设计□张义坡中国电子科技集团公司第五十四研究所周辉某部驻石家庄地区军代室【摘要】便携天线是一种可快速展开使用及收藏的卫星通信地球站天线。
文中设计了一种环焦形式的Ka/Ku双频段便携天线，它与传统的偏馈形式便携天线相比，Ka/Ku双频段共用形式使用更加方便快捷，并且馈源比较小巧，满足便携天线小型化的要求。
在进 行天线电气设计时将馈源模型与天线模型装配完成后，使用C ST软件对整天线方向图进行联合仿真计算，并进行优化处理。
仿真和 实测结果表明，设计的天线电气性能优良，具有良好的实用性。
【关键词】双频段便携环焦Design of a Ka/Ku Dual-Band Portable AntennaZhang Yi-po，Zhou H ui(The54th Research Institute of CETC,Shijiazhuang Hebei050081The Military Representative Office In Shijiazhuang,Shijiazhuang Hebei050081) ABSTRACT The portable antenna is a kind of earth station antenna used for satellite communication which can be deployed and collected quickly.In this paper,a Ka/Ku dual-band portable antenna in the form of ring focus is designed,Compared with the traditional partial feed form of portable antenna,the dual-band antenna is more convenient and quick to use,and its feed source is relatively small,which m eets the requirement of miniaturization of the portable antenna.In the process of electrical design,the pattern of the antenna is simulated by using the CST software after assembling the feed model and antenna model.The simulation and test results show that the antenna has excellent electrical performance and is very practical.Key words Dual-Band,Portable,Ring focus引言：目前，随着卫星通信技术的快速发展，对卫星通信地球站天线的小型化、轻量化设计需求越来越强烈，当前Ka/Ku双频段的便携天线普遍使用K a频段和K u频段两套馈源拆装实现，且天线形式多以双偏置天线为主，不利于目前便携天线小型化、一体化、集成化的特点。
天线的效率仿真方法
天线的效率仿真方法
天线是无线通信系统中重要的组成部分。
而天线的效率是衡量天线性能的重要指标之一。
因此，对于天线效率的仿真方法研究具有重要意义。
一种常用的天线效率仿真方法是使用电磁场仿真软件，如CST、HFSS等。
这些软件可以对天线的电磁场进行三维仿真，从而得到天线的辐射功率和输入功率，进而计算出天线的效率。
这种方法精确而直观，可以考虑到天线的各种细节特性，如电磁波的散射和衍射等，对天线效率的预测结果较为准确。
另一种天线效率仿真方法是基于传输线理论的建模分析。
传输线理论将天线看作是一组传输线的组合，通过考虑传输线的参数，如电阻、电感和电容等，可以模拟和分析天线的效率性能。
这种方法计算量较小，适用于简单的天线结构和低频段的天线设计。
除了仿真方法，天线效率的实验测量也是一种重要手段。
在实验中，可以利用功率计、频谱仪和天线特性测试仪等设备对天线的输入功率和辐射功率进行测量，通过功率的比值计算出天线的效率。
这种方法具有较高的准确性，可以验证仿真结果并对天线的实际性能进行评估。
天线的效率仿真方法主要包括电磁场仿真、传输线理论建模和实验测量三种方法。
不同的方法可以根据具体的天线设计需求和仿真目的选择使用，以获得准确有效的天线效率评估结果。
hfss天线口径效率计算公式
hfss天线口径效率计算公式1.引言在天线设计和优化中，天线口径效率是一个重要的性能参数，它描述了天线将多少功率辐射到空间当中。
本文将介绍如何使用H FSS软件计算天线口径效率的公式。
2.口径效率的定义天线口径效率是指天线辐射出的功率占与输入到天线馈线中的功率之比。
通常用η表示，其计算公式如下：$$\e ta=\fr ac{P_{rad}}{P_{i n}}$$其中，$P_{r ad}$为天线的辐射功率，$P_{i n}$为输入到天线馈线中的功率。
3.使用HFS S计算天线口径效率的步骤下面将详细介绍如何使用HF SS软件计算天线口径效率的步骤。
3.1建立天线模型首先，我们需要在HF S S中建立天线的模型。
可以通过创建几何模型或导入外部C AD文件来实现，具体的建模方法不在本文范围内。
3.2设置辐射口和辐射功率在建立好天线模型之后，需要定义辐射口和辐射功率。
辐射口是指天线的辐射结构，可以是天线的金属表面或其他定义的边界。
辐射功率是指输入到辐射口的功率。
3.3添加表面积、边界和端口积分为了计算辐射功率和输入功率，需要在HF S S中添加表面积、边界和端口积分。
表面积用于计算天线的辐射功率，边界用于定义辐射口，端口积分用于计算输入到天线馈线中的功率。
这些设置可以通过HF S S的菜单栏和工具栏进行添加和定义。
3.4运行模拟和计算设置好表面积、边界和端口积分之后，可以运行H FS S模拟并进行计算。
HF SS会根据设置的辐射口和辐射功率自动计算天线的辐射功率和输入功率。
3.5计算口径效率最后，根据上述步骤计算得到的辐射功率和输入功率，可以使用口径效率的公式计算得到天线口径效率。
将辐射功率和输入功率代入公式中，即可得到口径效率的数值。
4.结论本文介绍了使用H FSS软件计算天线口径效率的公式和步骤。
通过建立天线模型、添加辐射口和辐射功率、设置表面积、边界和端口积分，并运行计算，可以得到天线的辐射功率和输入功率，从而计算天线口径效率。
一种动中通环焦反射面天线
一种动中通环焦反射面天线作者：金秀梅来源：《科技视界》2020年第19期摘要针对卫星通讯的需求，设计了一种应用在动中通领域的环焦反射面天线。
其包括主反射、副反射面、馈源和支架。
设计的环焦反射面天线的主反射面为抛物面，副反射面为椭球面，通过支架固定在馈源上，馈源的尾部是带有法兰盘的波导管，并通过法兰盘与主反射面连接，馈源为波纹喇叭。
通过仿真设计分析和实际测试，结果表明实测结果与设计吻合度良好。
关键词动中通;反射面;波纹喇叭中图分类号： V423.45 ; ; ; ; ; ; ; ; ;文献标识码： ADOI：10.19694/ki.issn2095-2457.2020.19.0670 引言双反射面天线主要有卡塞格伦天线、格里高利天线和环焦反射面天线。
卡塞格伦天线和格里高利天线都存在馈源的球面遮挡（初级遮挡）与副反射面的平面遮挡（次级遮挡）的矛盾问题。
對于用于卫星通信领域这种中小口径天线而言，如设计稍有不慎就会出现初级遮挡大于次级遮挡的问题，照成方向图近轴旁瓣上升和副面反射增大，带来的问题是线极化工作时，输入驻波变大，圆极化工作时，同频端隔离度下降。
环焦反射面天线由于结构特点，其焦环是一个与副面直径大小相等且与副面边缘很近的一个圆环，只要馈源口径小于副面直径，则馈源遮挡永远小于副面遮挡，解决了中小型天线设计难题[1，2]。
基于卫星通信的应用需求，本文设计了应用在动中通领域的环焦反射面天线，应用于Ku 频段。
详细描述了反射面天线组成和设计过程。
首先选择合适的馈源，找准馈源相位中心;其次确定反射面的焦径比，反射面口径等参数，设计反射面;再次将馈源按照相位中心和反射面焦点重合，进行整体模型的三维电磁仿真;最后是实验验证。
1 天线设计1.1 反射面天线参数设计环焦反射面天线是双反射面天线，它的焦点轨迹是一个圆环。
主要分为两大类，一类副反射面为椭球面，另一类副反射面为双曲面。
如图1所示，母抛物面的顶点为O，焦距为F，即母抛物面是以O为焦点，F为焦距，z 轴为对称轴旋转对称抛物面。
小型地球站环焦天线结构分析和维护技巧
声屏世界2014/12天线作为地球站射频信号的输出通道的重要设备,是影响地球站通信性能的重要设备。
在小型地球站中,特别是采用3.5米~5.5米天线的地球站,一般C 波段G/T 值在22.7左右。
为了保证天线在标准C 波段的500MHz 的带宽范围内具有较低的旁瓣,较高的口面效率,小电压驻波比等特性,通常采用的天线是环焦天线。
例如笔者现在维护的小型地球站就采用了4.5米环焦天线,其天线结构如图1所示。
环焦天线的工作原理环焦天线又称为抛物线焦轴轴对称双镜天线,采用主备两个反射面,由于主反射面的焦点轨迹是一个圆环,因此被称为环焦天线。
也正是因为这个原因,这种天线有效克服了其他多发射面天线具有的波纹喇叭造成的遮挡大于副反射面造成的次级遮挡的缺点。
因此简单有效的实现了低的旁瓣,较高的口面效率,小电压驻波比和较宽的工作频带等特性。
环焦天线根据副反射面的不同又分为椭球形和双曲面型,而前者由于众多的优点得到广泛的使用,因此本文只讨论该类型的环焦天线。
椭球形环焦天线主反射面采用部分抛物面。
而副反射面是由一段椭圆弧围绕天线馈源中心点与天线主发射面的几何中心点确定的直线旋转产生的旋转曲面,其工作原理和几何示意图如图2所示。
环焦天线的对称轴是AA,O 是馈源喇叭的相位中心,同时O 也是副反射面椭圆的其中一个焦点。
BP 是主反射抛物面的母线,而其焦点就是O’,同时O’又是副反射面的另外一个焦点。
K1是馈源喇叭口的中心,D 是环焦天线的直径。
T 是副反射面在AA 主轴上的顶点,Ds 是副反射面的直径。
因此有馈源喇叭O 点处辐射的电波,波束的峰值入射在副反射面的顶点T,经反射过O’点射向P,在经主反射面反射后平行射入空间。
而另一个波束峰值入射在副反射面的外延顶点M,经反射过O’射向B,也经主反射面反射后平行射入空间。
由图2的环焦原理图可以得出环焦天线的主反射面是由BP 绕AA 轴旋转而得到的,形成一个正好为副反射面直径Ds 的焦环,环焦天线因此而得名。
环焦天线S频段馈源喇叭的设计
１引言
馈 源设 计
主模 圆锥 喇叭
随着卫星通信的发展 ，对卫星通信地球站天线的性能要求越来越高，中小型卡塞格
伦 和格里 高利天线 由于馈 源 喇叭会 产 生很 大 的遮挡 ，因而 造成 天线 电压驻 波 比大 ，天 线 方 向 图旁 瓣 电平 高 。而 高性能 的环焦 天 线则可 克服 以 ＿缺 点 ，因为 ＩＪ 卜 ｌ：
本文介绍一种环焦天线 ｓ 频段馈源喇叭的详细设计方法，给出并比较了实际测试结 果 和理 论计 算结果 。该 环焦大 线 的工作频 率 为 ＿ ，其主 要几 何结构 参数 为 ：主 面直径
为 ６ ， 副面直径 为 ６５ 焦 点与 副面 顶点 的距离 为 ６８ 焦 点与主 面底 部距离 为 １． ， ３３ ， ． ， ， ， ２ 九 ９ 焦 点对 副 面边 缘的 半张角也 即照射 角 为 ２ ． ，其 中 对应 中心频率 的波 长 。 ３１ 。 ２馈 源喇 叭 的设 计 ２１喇 叭型式 的选 取 ． 馈 源 喇叭对 副面边 缘应 具有合 适 的照射 电平 和照射 相位 ，并 具有相对 稳 定的相 位 巾 心 。综 合考 虑加工成 本和技 术指标 要 求 ，我们选 用主模 光壁 圆锥 喇叭 。从环焦 天线 结构 尺 寸可 以看 出 ，副面 外径仅 约 ６５ ． ，因此 需要优 选喇 叭尺 寸参 数 以获得合 适 的照射 电平
Ｐ ） ｅ ）２ｌＲＲ） （ ＝ （－０ （ ０ ａ ｏ ／ ｇ
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可 以选取曲面 Ｐ Ｐ 。 正好是以Ｏ 为球心的球面。如果在此球面 Ｐ Ｐ上辐射的相位图 ’ 。
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环焦天线参数设计及效率估算
赵润 2010-7-16
罗嗦两句：前不久做了个数据表文件（ADE-5.xls），可以设计环焦天线的几何参数，并可以
对天线效率进行估计。本想写篇有些条理的文章，后来放弃了，感觉意义不大，不过还是想
把做这个文件所用到的基本原理和计算技巧胡乱总结一下，留下一段文字，不然过不久自己
也忘记了。
1、 环焦天线的介绍
环焦天线是一种有多个反射面的天线，（说来丢人，我没见过实物），我在网上看过图片，
感觉很神秘，而它的性能被有意无意地夸大了，好象在烧友心目中，3米的环焦天线性能会
相当于普通主焦锅5米的。
而我第一次了解环焦天线的工作原理和几何结构是读了Paul Wade写的Multiple
Reflector Dish Antennas，我翻译成了《多反射锅形天线》，或《多反射面天线》，并且翻译了
全文。这篇文章介绍了各种多反射面天线，而环焦天线在该文中被称为ADE天线，这里我
也就把ADE作为环焦天线的代名词了。很可惜的是《多反射面天线》一文虽然画出了ADE
天线的工作原理，但没有讲如何对ADE进性参数设计，也只是说效率很高而没有给出具体
计算数值。
2、 环焦天线的主反射面设计
主反射面在《多反射面天线》一文中已有清晰的描述，这里概述一下。
“要在三维形式理解这个天线，需要一点想象力，将草图轴向旋转即可。半边抛物线并
不是绕着通过顶点的轴线（即原始抛物线的对称轴，译者）旋转，而是绕着与次反射面同样
直径的圆柱旋转。”也就是说环焦天线的主反射面也是由抛物线旋转而成的，与普通天线面
不同的是：它的旋转轴不再是抛物线的对称轴，而是将旋转轴从对称轴平移了一段距离，这
段距离就是次反射面的半径。而因为旋转轴的平移，主反射面中间留下一个与次反射面直径
一样大的洞。因为这个洞不在抛物面上，所以不产生次反射面的遮挡，不产生遮挡损耗，但
因为我们计算辐照损耗时天线的物理口径是按天线整体的口径计算的，所以这个洞会产生一
点辐照损耗。（关于如何计算效率后面会讲）
至于如何设计上面所说的抛物线，见我写的文章《丝网反射面卫星天线龙骨设计》，文
章中介绍了焦径比（F/D）与会聚信号波的馈角的关系。如果主反射面也是金属网的，那么
单根龙骨设计与文中介绍是一样的，只是龙骨组装略有不同了（同心圆直径都扩大了一圈）。
主反射面的直径大些当然会好，但大了成本高，对支撑结构的要求也变得苛刻，所以要
考虑实用，又要量力而行。
3、 环焦天线的馈源选择
选择什么样的馈源，其实是和什么样的次反射面联系在一起的。如果能自己加工次反射
面，那么原则上选择什么样的馈源没有特别的要求。虽这么说，笔者认为专业的波纹喇叭口
馈源当然是最好的选择，这样的馈源波束窄，易于降低溢出损耗，也易于调节馈源位置，就
是安装时馈源位置要求不是很苛刻。当然业余条件下，也可以采用其他馈源，如一体化的普
通偏馈Ku头或其他能找到的馈源。
4、 环焦天线的次反射面设计
选定的主反射面的焦径比（这里的直径应该是天线口径去掉中间的洞的净直径）和馈源，
那么就可以设计次反射面了。
次反射面的形状由三个参数来确定：次反射面直径Ds，馈源对次反射面的辐照角Φs，
和次反射面反射波束聚焦（环焦）后对主反射面的辐照角度Φp，这三个参数见下图示意：
上图是次反射面剖面图，其中标出了三个设计参数，还标出了几个关键点：馈源相位中
心O、次反射面中心T、次反射面边缘点E和次反射面环焦点C. 其中C点在空间中代表一
个聚焦环，这个聚焦环是与主反射面的聚焦环重合的。
比如以O点为原点，建立坐标系，通过三个参数Ds、Φs和Φp，利用椭圆的基本性质（O,C
为椭圆的两个焦点，T,E为椭圆周上的两点）和角度关系可以方便地解出各点的坐标（只用
到了二次方程而已），进而求出椭圆方程。该椭圆方程当然可以描述T点到E点的椭圆弧了。
这样我们就得到了次反射面形状，因为它不过是这段椭圆弧轴向旋转得到的。
5、 如何计算效率——从主焦锅谈起
我们常用的主焦锅的效率损失理论上包括：溢出损耗、馈源遮挡损耗和辐照损耗。实际
中存在的衍射损耗、馈源支杆遮挡损耗、馈源模式的相位不一致或锅面精度超差引起的相位
损耗等等本来是不可忽略的，但作为业余条件下估算效率只考虑前三项就可以了，实际效率
差不多要在这基础上减去15%，甚至更多。
这里要说明一点，馈源的辐射模式是馈源的基本特性，专业的方法是采用数值模拟来设
计馈源，并采用实际测量得到馈源的辐射模式。实际的馈源模式是很复杂的，不能通过一个
简单的函数描述，这里我所有的计算都把馈源模式看成cosnθ的形式，忽略掉了相位问题、
E平面和H平面不对称性问题、背向辐射问题等等。
再说明一点，本来我们关心的是接收天线的效率问题，但把接收逆过来考虑，即看成发
射在数学上更容易处理，物理上也是成立的。即接收和发射效率是等同的。
下面我们就具体讨论一下，首先看一下Paul Wade文章（《微波天线在线电子书》，我已
经翻译了前几章）中的一个图：
这个图看起来很直观：图中红色部分为溢出损耗，容
易理解，就是馈源模式中没有照到天线面的部分，即溢出
天线面。这一点是没有问题的。但强度都用dB表示和实
际空间是三维的这两个原因造成：实际溢出损耗并不简单
地等同于红色部分占整体的面积比，而要进行积分计算。
而辐照损耗直观地表示出了不匹配程度与辐照损耗的大
小相关，但并没有明确的物理意义，同样不能把辐照损耗
简单的当成蓝色区域的面积（比）。
我们假设馈源模式是圆对称的，表示为F(θ)，天线面
对应的辐照角为Φ，而中间馈源遮挡部分的遮挡角为Φd，
于是：
溢出损耗（比率形式）表示为：
遮挡损耗（比率形式）表示为：
而辐照损耗应该按发射口径内的场强分布来处理。从宋铮的书《天线与电波传播》里摘
录个公式： ,这里的D表示指向系数，就是天线增益的比率形式。如果
场强分布是均匀的，积分项的比值等于面积S，而不均匀的情况下是小于面积S的，这样就
可以求得等效面积或者这里关心的天线的辐照效率。
因为馈源对锅的辐照为中心对称的，所以可以用极坐标形式并只对天线的径向积分。于
是这里的辐照效率可表示为： （公式分母中多了个2，不改了）,这里
R为天线半径，Rb为馈源遮挡的半径，为场强，=P(r)为功率密度。而P(r)很容易
通过馈源的辐射模式和天线的几何关系求出。而上面的积分为一元积分，很容易使用excel
数据表计算。
6、 环焦天线的效率估算
前面讲了，环焦天线中间的洞并不是抛物面的一部分，所以馈源和次反射面都不产生遮
挡损耗。但溢出损耗是有的，只不过是馈源模式溢出次反射面的部分，而不是象主焦天线那
样溢出主反射面。而辐照效率的计算类似于上面讲的主反射面的辐照效率计算，这里就不展
开讲了。
7、 ADE-5.xls的使用说明
1） 用处：该数据可以设计环焦天线的几何尺寸，也可以对确定参数的环焦天线进行效
率估算，所以可以用于环焦天线优化设计的手段。
2） 输入参数：表中的输入参数的位置都是红色背景的，所以不用也不要改其他数据。
而输入参数只有4个：Ds、Φs和Φp，及n. 这些参数的含义上面也讲了。
8、结论：我们可以利用ADE-5.xls设计或者去优化环焦天线参数，所得的结果当然是在一系
列理想近似的基础上得到的，可以帮助爱好者设计自己的环焦天线，也可以帮助爱好者去理
解环焦天线。要是专业的天线设计者看到我做的这点工作会得到些许启发，那最好了，只是
可能性不大。