天线的基本概念

天线的主要特性参量

    工程上常用一些参量来表征天线用作发射或接收的特性，它们是方向图，主瓣电平，增益，极化，频带宽度，驻波比，噪声温度等。这里仅对其中几个主要参量作简单介绍。

    方向图、主瓣宽度与副瓣电平

    天线功率辐射击是否集中，可以用主瓣宽度这一参量来表示；主瓣中辐射功率为最大值一半时两个矢径间的夹角称为主瓣宽度。主瓣宽度越小，方向图越尖锐，表示天线辐射越集中。

    副瓣的最大值相对主瓣最大值的比，称为副瓣电平，一般用分贝来表示，其定义为：

    101g副瓣最大值功率/主瓣最大值功率

    如副瓣最大值与主瓣最大值相应功率之比为0.01,则副瓣电平为-20dB。

    如果反天线在各方向辐射击的强度用从原点出发的矢量长短来表示，则连接全部矢量端点所形成的包络就是天线的方向图。它显示出天线的在不同方向辐射的相对大小，这种方向图称为立体方向图。矢径的方向代表辐射的方向，矢径的长短代表辐射击的强度。方向图包含有许多波瓣，其中包含最大辐射方向的波瓣称为主瓣。其它依次称为第一副瓣，第二副瓣等。

    天线增益G

    我们也可用增益来表示天线集中辐射的程度。天线在某一方向的增益定义为：在相同的输入功率下，天线在某一方向某一位置产生的电场强度的平方（E²）与无耗理想点源天线在同一方向同一位置产生的电场强度的平方（E₀²）的比值，通常以G表示。
    G=E²/E₀²（同一输入功率）
    同样，增益也可以这样来确定：在某一方向向某一位置产生相同电场强度的条件下，无耗理想点源天线的输入功率（P_ino）与天线的输入功率（P_in）的比值，即称为该天线在该点方向的增益。
    G=P_ino/P_in（同一电场强度）
    通常是以天线在最大辐射方向的增益作为这一天线的增益。增益通常用分贝表示。即：G=101gP_ino/P_in天线增益的计算：G=η4πS/λ²=η（π/λ）²D²式中，S-天线口径面积（平方米）；λ-工作波长（米）；D-抛物面口径（即面口直径）（米）；η-天线 效率。

    天线的噪声温度：

    进入天线的噪声主要来银河系的宇宙噪声和来自大地、大气的热噪声。不同口径的天线、不同频段、不同仰角和不同环境，天线的噪声都不相同。在C波段，宇宙噪声很小，主要是大地和大气的热噪声。在Ku波段，这些噪声也随着频率而增加。 同一仰角时，天线尺寸越大波束越窄，因此天线的噪声温度TA（K）越小，不 过随着仰角加大，这种差别变小。而同一天线尺寸时，天线仰角Φ越大，天线的噪声温度TA（K）越低，反之Φ越小，TA越高。这是因为仰角Φ越小，信号穿过大气层厚度越大，从而气象噪声、大气噪声越强。

    电磁波的极化：

      电磁波的极化形式可分为线极化波和圆极化波，线极化波又可分为水平极化和垂直极化波，圆极化波根据电场旋转方向不同又可分为左旋和右旋圆极化波。我国目前卫星信号方要采用线极化波。

       接收天线的极化方式只有同被接收的电磁波极化形式相一致时，才能有效地接收到信号，否则将使接收信号质量变坏，甚至完全收不到信号，这种现象称为极化失配。当馈源采用矩形波导时，其极化方向由波导口的方向确定。波导口窄边与地平面平行为水平极化，宽边与地平面平行为垂直极化。当采用圆波导馈源时，则应以波导中的探针方向为准。值得注意的是：卫星转发器发射的线极化波是以卫星的轴系为基准定义的，因此只有当地面站天线与卫星所处的经度一致时，地面上波的极化方向才与卫星相同，其它地区应略有偏差。因此在安装时应稍微左右转动一下馈源，使接收机的电平指示最大，以达到极化匹配。

    天线极化的调整

    1、线极化与圆极化共存时，极化器的调整

    对租用的国际通信卫星发射来的是右旋圆极化波，我国卫星发射的是水平极化波。从收租星改收我国卫星时，就得转动天线馈源中移相介质片，使之与水平面垂直，并调整矩形位置，使其波导输出口的窄边与水平面平行，这时就可以接收水平极化波。

    2、只收线极化波时，极化器的调整

    当我国不再租用国际通信卫星而使用我国自己发射的卫星时，应把移相器去掉。移相器是接收圆极化的部件，当接收线极化波时，即使使极化片与波导垂直（或水平），不移相也会产生损失，使天线噪声增加。所以在只收线极化波时可把移相极化介质去掉，并使矩形波导窄边平行水平面，以便使电场矢量平行于水平面的水平极化波进入波导。

    由于星上发射下来的电波极化方式受地面站地理位置，卫星姿态等影响，有时可能稍微偏离水平极化，因此调整、安装时要微微左右转动一下馈源，直至接收机的电平指示最大，这时就达到了极化匹配的目的。