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細(xì)說高頻頭
細(xì)說高頻頭(一) -說起高頻頭來都不陌生，知道高頻頭這是俗稱，它的正式名稱為高頻調(diào)諧器。這對于從事衛(wèi)星電視、衛(wèi)星通信專業(yè)人員以及衛(wèi)視愛好者來講并不陌生。高頻頭是衛(wèi)星電視、衛(wèi)星通信設(shè)備系統(tǒng)中甚為重要且不可缺少的一個器件。在電視接收機(jī)中，也有一個高頻頭器件。兩者的名子一樣，作用也相似，只是它們工作的頻段不一樣而已。 現(xiàn)在的高頻頭（LNB及LNBF）一般由兩部分組成，一部分是無源部分又稱天饋部分，一部分是有源部分即高放。本振、混頻部分。如圖一和圖二所示。 天饋即天線與饋源，這一部分是由天線（振子）和放置天線的諧振波導(dǎo)而構(gòu)成的輻射器組成。說到這里，有些讀者可能感到困惑，怎么天線竟然在高頻頭里？天線不是幾米大的龐然大物嗎，就是小型偏饋天線也要有0.6m、0.75m……這么大的天線怎么一下子跑到小小的高頻頭里？實(shí)際上我們常說的幾米幾米的大天線，那不是真正意義上的天線，而是天線的反射面或反射器。電波通過這個幾米大的反射面（器）反射并聚焦到饋源天線上去（即接收）?；蛘咛炀€上的電信號，經(jīng)饋源射通過反射面（器）傳播到空中去（即發(fā)射）。因此真正意義上的天線是存在于高頻頭饋源里面的那個像探針一樣的小小的振子，如圖三其幾何尺寸是遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于天線反射面的尺寸的。我們把這個小小的天線稱為天線振子或者耦合振子簡稱振子，就是因?yàn)樗蔷€性天線中最基本的諧振天線單元。在衛(wèi)星接收中，就是這個稱為振子的天線將天線反射面（器）反射過來的電波吸收并耦合到高頻頭的高放中去，經(jīng)過后面的一系列處理，從而獲得完整的圖像信號和伴音信號。 這個小小的振子天線的長短是與接收的電波的波長有關(guān)的。因?yàn)樗鼘儆诰€性的單諧振天線的非對稱型的半波天線，因此它的長度應(yīng)該是它所接收的電波波長的1/4左右。比如C 波段，頻率范圍在f=3.7～4.2GHz之間，它所對應(yīng)的波長λ＝7.143～8.108cm。那么C波段高頻頭內(nèi)天線振子是1/4波長，對應(yīng)的尺寸長度在1.786～2.027cm范圍。考慮到天線在使用中有個末端效應(yīng)，即實(shí)際天線振子在諧振工作時總要比λ/4的整數(shù)倍略短，因此這個振子的實(shí)際長度還要考慮有一個縮短系數(shù)α，則振子天線的長度L＝λ/4·α?？s短系數(shù)α一般取0.85～0.9之間，因此C波段高頻頭中天線長度應(yīng)在L＝1.518～1.824之間。我們不妨實(shí)際看看C波段高頻頭中的振子長度是否在這個范圍內(nèi)。 單極化高頻頭中只有一個振子天線，在雙極化高頻頭中就應(yīng)該有二個相同的振子天線，這二個振子相隔一定距離且相互垂直如圖四，它們分別承擔(dān)著接收水平和垂直的線性極化信號。以此類推，在Ku波段，如頻率f=11.7～12.75GHz，對應(yīng)的波長λ＝2.353～2.564cm，天線振子長度實(shí)際為L＝5～5.77mm左右。 細(xì)說高頻頭(二) -前面說的高頻頭是線性極化的，它的天線自然也是線性的。而如果接收圓極化電波時，首先應(yīng)考慮使用圓極化的高頻頭，其次也可以使用線性高頻頭。使用線性高頻頭來接收圓極化波，實(shí)質(zhì)上是用線性天線來接收圓極化電波。讀者會有過這樣的經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)極軸天線轉(zhuǎn)至接收80°E或90°E的俄羅斯衛(wèi)星電視時，極軸天線上的線性高頻頭仍然可以接收到俄羅斯衛(wèi)星信號，但是相對效果要差些，信號要損失一部分。這是因?yàn)橛镁€性高頻頭上的振子天線來接收圓極化波信號，振子天線所收到的信號是圓極化信號的水平分量或者垂直分量，而不是圓極化的全部能量。當(dāng)收到圓極化信號的水平分量時，就會把它的垂直分量丟失掉；反之，收到圓極化的垂直分量時，就會把它的水平分量丟失。因此用線性天線的高頻頭收圓極化衛(wèi)星信號的效果不是最好的原因就在這里。解決這一問題最好的辦法，是在線極化高頻頭的饋源波導(dǎo)中插入恰當(dāng)?shù)乃芰掀源藖砀淖凁佋床▽?dǎo)中電磁場存在方式，從而改善接收效果。比如接收110°E的日本百合花衛(wèi)星和116°E的韓星1、2號時所使用的高頻頭就是這樣處理的。 高頻頭的饋源部分是由內(nèi)置有天線振子的微波波導(dǎo)管和饋源環(huán)組成。微波波導(dǎo)管為一終端封閉的微波傳輸波導(dǎo)，另一端是開口的，電波通過開口處向外輻射，因此波導(dǎo)管又稱輻射器。因其內(nèi)有天線振子，故實(shí)為天線輻射器。此輻射器（微波波導(dǎo)管）全段可以是圓形的（饋源一體化的高頻頭大多如此），也可以是一端是矩形波導(dǎo)（內(nèi)置天線的一段），一端是圓形，中間采用變形波導(dǎo)予以過渡（分體高頻頭多是如此）。作為輻射器的波導(dǎo)管內(nèi)的天線在工作（接收或發(fā)射）波段內(nèi)應(yīng)處于諧振狀態(tài)。這樣才能使傳來的電波盡量的被輻射器所吸收并全部耦合給天線振子（接收）；或者天線振子本身能量通過輻射器全部輻射（發(fā)射）出去。 為了改善波導(dǎo)管或稱輻射器的效率及輻射方向，在波導(dǎo)管的開口端加以可變可調(diào)或者固定的波導(dǎo)環(huán)或稱扼流環(huán)（如圖五）。它的作用是保證工作電波的正常傳輸，抑制非工作電波的入侵和干擾。在C波段由于采取的中心饋電式即正饋式，其所加的波導(dǎo)環(huán)好似一個盤，所以又稱饋源盤或稱饋源環(huán)。這個饋源環(huán)可以是雙環(huán)的也可以是三環(huán)的，由于環(huán)間間距不同和環(huán)糟的深度不同，又有高效饋源和普通饋源的區(qū)別。由此我們看出饋源環(huán)是相當(dāng)重要的，饋源的效率高低，主要取決于饋源環(huán)。同時調(diào)節(jié)饋源環(huán)與波導(dǎo)管的卡合位置，即調(diào)節(jié)饋源環(huán)卡在波導(dǎo)管的深淺程度，便可調(diào)節(jié)天線的主瓣輻射的半功率角的大小，這里所說的半功率角俗稱為張角，從而調(diào)節(jié)天線的接收或發(fā)射指向和范圍。大家在實(shí)際調(diào)天線時，可能有此體會。目前市場上出售的C波段饋源一體化高頻頭，由于饋源是固定的，饋源盤是不可調(diào)的，因此它的輻射主瓣半功率角是固定的，因此不便使用在偏饋天線上。 但是最近，中衛(wèi)公司新生產(chǎn)出一種專為用偏饋天線來接收C波段信號的專用饋源如圖六，它是將平面的饋源盤變成梯形饋源環(huán)，為用小型Ku天線接收C波段信號提供了方便。最近，筆者在北京使用這種新饋源與中衛(wèi)0.75m偏饋天線配合，接收到亞洲3S的C波段信號。由此看來，接收C波段的天線尺寸又可以大大降低了。 Ku波段高頻頭大部分是一體化的，如圖二。它的饋源環(huán)是梯形多環(huán)式，并緊緊固定在波導(dǎo)管周圍。如圖七。除此之外，也有少量Ku波段非一體化高頻頭。其波導(dǎo)管一般是矩形，其饋源一般為矩形-喇叭型的變形饋源。由于其使用不便、效率不高，已逐步被一體化饋源所替代。 |
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