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細(xì)說(shuō)高頻頭
細(xì)說(shuō)高頻頭(一) -說(shuō)起高頻頭來(lái)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(duì)于從事衛(wèi)星電視、衛(wèi)星通信專業(yè)人員以及衛(wèi)視愛(ài)好者來(lái)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(gè)器件。在電視接收機(jī)中，也有一個(gè)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(wú)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(shuō)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(shuō)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(guò)這個(gè)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(hào)，經(jīng)饋源射通過(guò)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(gè)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(gè)小小的天線稱為天線振子或者耦合振子簡(jiǎn)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(gè)稱為振子的天線將天線反射面（器）反射過(guò)來(lái)的電波吸收并耦合到高頻頭的高放中去，經(jīng)過(guò)后面的一系列處理，從而獲得完整的圖像信號(hào)和伴音信號(hào)。 這個(gè)小小的振子天線的長(zhǎng)短是與接收的電波的波長(zhǎng)有關(guān)的。因?yàn)樗鼘儆诰€性的單諧振天線的非對(duì)稱型的半波天線，因此它的長(zhǎng)度應(yīng)該是它所接收的電波波長(zhǎng)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(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)λ＝7.143～8.108cm。那么C波段高頻頭內(nèi)天線振子是1/4波長(zhǎng)，對(duì)應(yīng)的尺寸長(zhǎng)度在1.786～2.027cm范圍。考慮到天線在使用中有個(gè)末端效應(yīng)，即實(shí)際天線振子在諧振工作時(shí)總要比λ/4的整數(shù)倍略短，因此這個(gè)振子的實(shí)際長(zhǎng)度還要考慮有一個(gè)縮短系數(shù)α，則振子天線的長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)度是否在這個(gè)范圍內(nèi)。 單極化高頻頭中只有一個(gè)振子天線，在雙極化高頻頭中就應(yīng)該有二個(gè)相同的振子天線，這二個(gè)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(hào)。以此類推，在Ku波段，如頻率f=11.7～12.75GHz，對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)λ＝2.353～2.564cm，天線振子長(zhǎng)度實(shí)際為L(zhǎng)＝5～5.77mm左右。 細(xì)說(shuō)高頻頭(二) -前面說(shuō)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?qǐng)A極化電波時(shí)，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(lái)接收?qǐng)A極化波，實(shí)質(zhì)上是用線性天線來(lái)接收?qǐng)A極化電波。讀者會(huì)有過(guò)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(shí)，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(hào)，但是相對(duì)效果要差些，信號(hào)要損失一部分。這是因?yàn)橛镁€性高頻頭上的振子天線來(lái)接收?qǐng)A極化波信號(hào)，振子天線所收到的信號(hào)是圓極化信號(hào)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(hào)的水平分量時(shí)，就會(huì)把它的垂直分量丟失掉；反之，收到圓極化的垂直分量時(shí)，就會(huì)把它的水平分量丟失。因此用線性天線的高頻頭收?qǐng)A極化衛(wèi)星信號(hào)的效果不是最好的原因就在這里。解決這一問(wèn)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?lái)改變饋源波導(dǎo)中電磁場(chǎng)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(hào)時(shí)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(guò)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(guò)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(lái)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(guò)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(gè)盤，所以又稱饋源盤或稱饋源環(huán)。這個(gè)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(shí)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(shuō)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(shí)，可能有此體會(huì)。目前市場(chǎng)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(lái)接收C波段信號(hào)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(hào)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(hào)。由此看來(lái)，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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