地面站衛星天線極化調整方法

孫晨光

摘要：地面站天線極化調整通常指的是線極化地面站天線極化調整。對于圓極化地面站調整，只要將地面站天線極化與衛星極化想匹配即可。當地面站天線極化與衛星極化匹配時，不存在極化角的問題。而對于地面線極化地面站天線來說，當天線接收極化與衛星入射波極化不一致或者地面站天線發射波極化與衛星接收極化不一致時，都存在極化損失，本文通過對地面站天線極化的調整原理分析，討論了三種常見地面站天線極化調整的程序，最后得出了用頻譜復用法調整待測站天線極化是最簡單且最準確的方法。

關鍵詞：地面站衛星；天線極化；調整

天線的極化特性是以天線輻射的電磁波在最大輻射方向上電場強度矢量的空間取向來定義的，是描述天線輻射電磁波矢量空間指向的參數。由于電場與磁場有恒定的關系，故一般都以電場矢量的空間指向作為天線輻射電磁波的極化方向。用衛星源法測量地面天線之前，必須對天線的極化進行調整，以使得待測天線極化與衛星極化想匹配。地面站天線極化調整常用兩種方法，即最大值法和最小值法。但在頻譜復用的衛星通信系統中，地面站天線系統也是頻譜復用的，這樣一來，利用極化端口接收同極化信標信號的大小直接調整天線極化，或者衛星是頻譜復用的，具有正反極化信標信號，用地面站天線接收反極化信標信號，微調饋源網絡，使此信號最小。這種方法就是頻譜復用法。

1 地面站天線極化調整用到的儀器

線極化地面站天線極化調整測試所用的主要儀器主要有：用于提供射頻小信號的射頻信號源；用于放大射頻信號的HPA高功率放大器；功率計用于測量HPA的輸出功率。由輔助站發射的單載波信號，經衛星轉發器轉發，由待測站接受。LNA為低噪音放大器，用于放大待測站接收的衛星微弱信號；微博頻譜儀用于測量RF信號。

2 三種典型方法的調整程序

天線極化調整常常采用最大值法、最小值法、頻譜復用法三種常見方法，下面分別討論這三種方法大致步驟：

最大值法：由輔助站發射單載波，待測站接收該載波信號，天線對準衛星，調整待測天線雙工器或饋源網絡，使頻譜儀接收的信號電平最大，即直接調整天線極化與衛星極化一致。由于線極化饋源的近峰值角度范圍比谷值寬，因此確定峰值點的最好方法就是找出比峰值下降3dB點的位置，然后利用插入法找出峰值點，進行確定峰值位置。

最小值法（又稱谷點法）出發點是調整待測天線極化與衛星極化正交，即待測天線接收的信號電平最小，然后將待測天線極化旋轉90°，使地面站天線極化方向與衛星來波極化方向一致，從而達到極化匹配的目的。

頻譜復用法：在頻譜復用的衛星通信系統中，由輔助站發射單載波，待測站用主極化端口接收該載波信號，使之與衛星對準。然后，待測站用交叉極化端口接收該載波信號，調整待測天線的雙工器或饋源網絡，使接收的信號電平最小，固定雙工器或饋源網絡，再把接收端口換到主極化端口。此時，衛星極化與地面站天線極化一致，從而達到極化匹配的目的。

1）最大值法。

最大值調整地面站天線極化的方法程序如下，分六步：

第一，連接好整個測試系統，加電使系統儀器設備工作正常；

第二，調整待測天線，使天線對準衛星，此時頻譜儀接收的衛星信標信號電平最大；

第三，輔助站按照測試計劃中給定的頻率、極化和EIRP發射一個未經調制的測試單載波；

第四，待測站在輔助站的配合下，通過開關此載波，以確定待測站頻譜儀接收的信號為測試單載波；

第五，旋轉待測天線雙工器或饋源網絡，使微波頻譜儀接收的信號電平最大，并測定頻譜儀接收的信號電平比峰值下降3dB的位置；

第六，計算比峰值信號電平下降3dB時雙工器或饋源網絡兩邊的位置值，然后將雙工器或饋源網絡旋轉至中間位置即可，鎖定雙工器或饋源網絡，要求輔助站關閉測試載波。

2）最小值法。

最小值調整地面站天線極化的方法程序如下，分七步：

第一，連接好整個測試系統，加電預熱使系統儀器設備工作正常；

第二，調整待測天線，使天線對準衛星，此時頻譜儀接收的衛星信標信號電平最大；

第三，輔助站按照測試計劃中給定的頻率、極化和EIRP發射一個未經調制的測試載波；

第四，待測站在輔助站的配合下，通過開關此載波，以確定待測站頻譜儀接收的信號為測試載波；

第五，旋轉待測天線雙工器或饋源網絡，用頻譜儀觀察測試載波信號電平的大小，慢慢旋轉待測天線雙工器或饋源網絡，直到頻譜儀觀察到的信號電平最小，在饋源極化器的法蘭盤上做位置標記；

第六，將待測天線饋源雙工器或饋源網絡旋轉180°。重復第五步，確定頻譜儀接收信號最小時，在饋源極化器的法蘭盤上做位置標記；

第七，將待測天線饋源雙工器或饋源網絡旋轉90°，并鎖定雙工器或饋源網絡，請求輔助站關閉測試載波。

3）頻譜復用法。

僅適用于頻譜復用的衛星通信系統，也就是說，衛星和地面站均是頻譜復用的。其調整程序如下，分六步：

第一，連接好整個測試系統，加電預熱，使系統儀器設備工作正常；

第二，調整待測天線，使天線對準衛星，此時頻譜儀接收的衛星信標信號電平最大；

第三，輔助站按照測試計劃中給定的頻率、極化和EIRP發射一個未經調試的測試載波；

第四，待測站在輔助站的配合下，通過開關此載波，以確定待測站頻譜儀接收的信號為測試載波；

第五，待測站用同極化口（與衛星極化匹配）接收該測試載波，并記錄測試信號電平的大小。然后，待測站用交叉極化端口同樣接收該載波信號，微調雙工器或饋源網絡，使頻譜儀接收的載波信號電平最小，鎖定雙工器或饋源網絡；

第六，將測試口換為同極化口，觀察頻譜儀接收載波信號電平，然后要求輔助站關閉測試載波。

為了便于理解頻譜復用法調整極化的原理，現舉例說明如下。衛星是頻譜復用的，即通過極化隔離來實現頻譜復用，從而擴大衛星通信容量。假設輔助站發射一個垂直極化波，若待測站天線極化與衛星極化不匹配，不僅待測站同極化端口接收到此信號，而且垂直極化端口也接收到此信號。通過旋轉待測站饋源網絡，使垂直化端口 接收的信號最小，此時待測站天線極化與衛星極化匹配。

3 結語

總之，在極化調整的三種方法中，常用的方法是最小值法。但是，若系統是頻譜復用的，用頻譜復用法調整待測站天線極化是最簡單而且最準確的方法。

參考文獻：

[1]秦順友，許德森.衛星通信地面站天線工程測量技術.人民郵電出版社.