在無垠的宇宙中，衛(wèi)星作為穿越星空的信使，承載著地球與太空之間的信息橋梁。載有天線陣的探測(cè)器在地面系統(tǒng)的指揮下，已經(jīng)訪問了太陽系的行星背后。探測(cè)器用厘米波發(fā)回的照片和數(shù)據(jù)，其信號(hào)單程就經(jīng)歷了五個(gè)多小時(shí)，而這一切通信的基石，正是

　　從本期開始，我們將正式探索守衛(wèi)太空的聽診器-衛(wèi)星天線及天線測(cè)量系統(tǒng)。在射頻工程領(lǐng)域，絕大多數(shù)參數(shù)都與頻率有關(guān)，每個(gè)設(shè)備都有隨頻率變化的特性，衛(wèi)星天線是用于發(fā)送和接收衛(wèi)星信號(hào)的關(guān)鍵設(shè)備。

　　常見的衛(wèi)星天線類型有：相控陣天線、拋物面天線、全向天線、口徑陣列天線、波導(dǎo)槽天線、微帶天線等。

　　拋物面天線是由拋物面反射器和位于其焦點(diǎn)上的照射器(饋源)組成的面天線。通常采用金屬的旋轉(zhuǎn)拋物面、切制旋轉(zhuǎn)拋物面或柱形拋物面作為反射器，采用喇叭或帶反射器的對(duì)稱振子作饋源。

　　拋物面天線主要由基座、支撐件、天線緊固框架結(jié)構(gòu)以及天線反射面板組成，就像是一口巨大的銀色“鍋”，優(yōu)雅地捕捉著來自遙遠(yuǎn)衛(wèi)星的微弱信號(hào)。它的表面平滑如鏡，利用拋物面的完美曲線，將接收到的信號(hào)像聚光燈一樣集中到焦點(diǎn)處的饋源上，讓信號(hào)強(qiáng)度瞬間倍增。因?yàn)轲佋此邮盏男l(wèi)星信號(hào)的功率可以認(rèn)為是所有平行照射到曲面上的衛(wèi)星信號(hào)功率之和。

　　拋物面天線安裝在伺服轉(zhuǎn)臺(tái)上，轉(zhuǎn)臺(tái)能夠在電機(jī)驅(qū)動(dòng)下在方位、俯仰、極化三個(gè)自由度上轉(zhuǎn)動(dòng)。通過轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)，可以使得拋物面天線的軸線對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星，保證全部入射信號(hào)匯集到焦點(diǎn)。天線的增益跟曲面的面積相關(guān)。曲面的面積越大，入射到曲面上的衛(wèi)星信號(hào)就越多，匯集到曲面焦點(diǎn)的信號(hào)功率就越強(qiáng)，天線對(duì)衛(wèi)星信號(hào)的放大倍數(shù)（增益）也就越大。這種天線不僅是衛(wèi)星通信和衛(wèi)星電視接收的得力助手，還是天文觀測(cè)不可或缺的工具，讓人類能窺探宇宙深處的秘密。

　　拋物面天線對(duì)星：如果拋物面天線沒有對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星，即使有衛(wèi)星信號(hào)照射到面上，信號(hào)路徑就不和軸線平行，就不能保證全部入射信號(hào)匯集到焦點(diǎn)上。為了達(dá)到拋物面天線放大衛(wèi)星信號(hào)功率的目的，拋物面天線的軸線必須對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星。

　　首先，我們先來理解，什么是“陣”：廣義上，陣由很多個(gè)單陣子組成。單陣子就是我們理解的單個(gè)天線，每個(gè)天線都有自己的方向圖（描述天線在不同方向輻射能力）。

　　相控陣：即相位補(bǔ)償(或延時(shí)補(bǔ)償)基陣，是利用電子元器件控制陣列天線上的信號(hào)相位分布，實(shí)現(xiàn)波束指向電掃描的雷達(dá)系統(tǒng)。

　　相控陣：相位+控制+天線陣列。相控陣?yán)走_(dá)無需機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)天線，即可在指定空間范圍內(nèi)靈活指向波束。

　　相控陣天線由多個(gè)天線單元組成，每個(gè)單元具有獨(dú)立且完整的功能，按一定的規(guī)則排列在一起，形成大的陣面后可實(shí)現(xiàn)更大的天線增益，從而實(shí)現(xiàn)快速入網(wǎng)和高速數(shù)據(jù)通信。

　　相控陣天線是一種具有電子轉(zhuǎn)向功能的天線陣列，不需要天線進(jìn)行任何物理移動(dòng)，即可改變輻射信號(hào)的方向和形狀。其基本原理是兩個(gè)或多個(gè)輻射信號(hào)出現(xiàn)依賴相位的加。當(dāng)信號(hào)同相時(shí)，它們會(huì)結(jié)合在一起，形成一個(gè)幅度相加的信號(hào)。當(dāng)信號(hào)反相時(shí)，它們會(huì)相互抵消。

　　相控陣天線包括多個(gè)發(fā)射器，用于高頻射頻應(yīng)用中的波束成形。相控陣天線中的發(fā)射器數(shù)量可以從幾個(gè)到幾千個(gè)不等。使用相控陣天線的目的是利用兩個(gè)或多個(gè)輻射信號(hào)之間的建設(shè)性干擾來控制發(fā)射波束的方向，這在天線界稱為“波束成形”。相控陣天線通過調(diào)整發(fā)送到陣列中每個(gè)發(fā)射器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的相位差來實(shí)現(xiàn)波束成形。因此，不需要天線進(jìn)行任何物理移動(dòng)，就可以控制輻射方向，使其指向一個(gè)目標(biāo)。

　　相控陣天線系統(tǒng)的主要組成部分包括:天線單元及陣面、T/R 組件、波束形成（饋電）網(wǎng)絡(luò)、電源、波控以及結(jié)構(gòu)與熱控組件。它具有多波束、實(shí)時(shí)切換、無慣性跟蹤等特點(diǎn)。相控陣天線是衛(wèi)星通信系統(tǒng)的核心部件，衛(wèi)星配置相控陣天線在覆蓋能力、波束切換、通信容量、通信延遲、頻段支持、靈活性、抗干擾能力、能效提升以及成本優(yōu)化等方面均表現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)，在衛(wèi)星通信系統(tǒng)空間段和用戶終端都有應(yīng)用，包括星間數(shù)據(jù)鏈通信、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、地面“動(dòng)中通”通信系統(tǒng)、無人機(jī)通信控制系統(tǒng)、地面導(dǎo)航等平臺(tái)。

　　從字面上看，全向天線是一種向所有方向均勻輻射的天線。但實(shí)際上，全向一詞需要結(jié)合通信應(yīng)用場(chǎng)景來理解。例如，對(duì)于自由空間中的天線(如低地球軌道衛(wèi)星上的天線)，可能希望它在三維空間中向所有方向均勻輻射，而對(duì)于地面高頻站，人們則希望它在方位角(水平面)周圍的所有方向(360°)均勻輻射。

　　無論是哪種天線，它們總是在一定頻率范圍內(nèi)有效工作的。天線在中心頻率附近通常具有最佳的輻射模式、增益和方向性，能夠更有效地輻射或接收電磁波。

　　天線的輻射方向性是指天線向一定方向輻射電磁波的能力，其特性曲線通常用方向圖進(jìn)行表示。方向圖中通常有兩個(gè)瓣或多瓣，最大的瓣稱為主瓣，其余的稱為副瓣。主瓣越窄，則表示天線方向性越好，抗干擾能力越強(qiáng)。

　　天線是無線電設(shè)備的重要組成部分。天線性能的好壞直接影響無線電設(shè)備的性能。測(cè)試天線性能的重要參數(shù)如下：

　　其中，增益是天線最重要的參數(shù)之一，是天線在指定方向上的輻射強(qiáng)度與同樣的輸入功率各向同性輻射時(shí)的輻射強(qiáng)度之比，增益的衡量單位是分貝，通常用dBi表示，其中“i”代表“各向同性”。增益體現(xiàn)在方向圖上，主瓣越窄，后瓣、副瓣越小，增益越高。此外，還有一些最重要的天線和VSWR（電壓駐波比）等。

　　隨著衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，天線作為衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵組件，也在不斷創(chuàng)新和進(jìn)步先進(jìn)的天線測(cè)量系統(tǒng)、近遠(yuǎn)場(chǎng)變換技術(shù)也是必不可少的。天線測(cè)量技術(shù)可通過實(shí)際測(cè)量評(píng)估及時(shí)修正優(yōu)化實(shí)驗(yàn)仿真的數(shù)據(jù)，一定程度上彌補(bǔ)仿真技術(shù)的局限性。

　　衛(wèi)星天線的測(cè)試就像是為天線進(jìn)行一次全面的“體檢”與驗(yàn)證，確保衛(wèi)星天線在軌期間能準(zhǔn)確無誤地傳輸信號(hào)。天線測(cè)試方案通常在微波暗室進(jìn)行，涉及到近場(chǎng)測(cè)試、緊縮場(chǎng)測(cè)試和遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)試等不同的測(cè)量方法。

　　在天線測(cè)量系統(tǒng)中，最核心的是矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，它扮演著“聽診器”的角色，能夠測(cè)量天線的反射系數(shù)、駐波比、增益等關(guān)鍵參數(shù)，同時(shí)分析天線在不同頻率下的響應(yīng)，完成幅度相位方向圖的多頻點(diǎn)測(cè)試，為天線的性能繪制一幅精細(xì)的“肖像”，給工程師提供詳盡的數(shù)據(jù)支持，讓每一個(gè)細(xì)微的變化都無所遁形。正是有了天線測(cè)量系統(tǒng)的守護(hù)，衛(wèi)星天線才能在浩瀚的宇宙中，成為連接地球與未知世界的可靠信使。

　　矢量信號(hào)分析儀不僅能和矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀、矢量信號(hào)源強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)動(dòng)，深入“體檢”衛(wèi)星載荷的元件、組件及子系統(tǒng)，還能在更高頻率和更寬帶寬下監(jiān)測(cè)衛(wèi)星接收機(jī)中的干擾信號(hào)，比如利用實(shí)時(shí)頻譜分析（RTSA）測(cè)量能力，捕獲持續(xù)時(shí)間非常短的間歇信號(hào)。矢量信號(hào)分析儀適用于衛(wèi)星有效載荷、系統(tǒng)、轉(zhuǎn)發(fā)器與功放等組件研發(fā)、生產(chǎn)過程的測(cè)試。包括多載波群時(shí)延測(cè)量、噪聲功率比測(cè)量、矢量信號(hào)數(shù)字解調(diào)EVM測(cè)量、衛(wèi)星地面站載波監(jiān)測(cè)等。

　　天線測(cè)試中，信號(hào)發(fā)生器負(fù)責(zé)生成和仿真出各種標(biāo)準(zhǔn)、精確、穩(wěn)定的信號(hào)來測(cè)試電路或系統(tǒng)的響應(yīng)能力，就像藥劑師確保藥物成分、劑量都符合標(biāo)準(zhǔn)那樣。比如在衛(wèi)星元件/組件和有效載荷的重要測(cè)試項(xiàng)目中，利用微波信號(hào)發(fā)生器生成多載波連續(xù)波信號(hào)（MCCW）來模擬帶寬信號(hào)，亦或是自定義波形生成ARB、OFDM、AWGN等。

　　高速數(shù)字信號(hào)與總線測(cè)試：衛(wèi)星通信需要高效、快速地傳輸大量數(shù)據(jù)，高速信號(hào)的質(zhì)量至關(guān)重要，要想捕捉并分析載荷高速信號(hào)的每一個(gè)細(xì)微變化，做出深度的信號(hào)“診斷”，滿足Ku波段及以上信號(hào)分析的核心測(cè)試設(shè)備-數(shù)字示波器必不可少，高速數(shù)字實(shí)時(shí)示波器是衛(wèi)星高速信號(hào)測(cè)試的利器！

　　此外，一站式的天線微波暗室交鑰匙工程，具備方案解耦能力。根據(jù)測(cè)試指標(biāo)和場(chǎng)景的不同，天線測(cè)試由包含遠(yuǎn)場(chǎng)、近場(chǎng)、緊縮場(chǎng)等等不同類型的測(cè)試方案。

　　“怎么提升在九游娛樂的游戲體驗(yàn)？”

　　在這里也做個(gè)預(yù)告，我們后續(xù)的3-4期內(nèi)容，將為大家逐一介紹近場(chǎng)、遠(yuǎn)場(chǎng)、緊縮場(chǎng)等不同場(chǎng)景下的衛(wèi)星天線測(cè)試方案，歡迎大家關(guān)注。

　　特別聲明：以上內(nèi)容(如有圖片或視頻亦包括在內(nèi))為自媒體平臺(tái)“網(wǎng)易號(hào)”用戶上傳并發(fā)布，本平臺(tái)僅提供信息存儲(chǔ)服務(wù)。

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