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。探測器用厘米波發(fā)回的照片和數(shù)據(jù)，其信號單程就經(jīng)歷了五個多小時，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。它的表面平滑如鏡，利用拋物面的完美曲線，將接收到的信號像聚光燈一樣集中到焦點處的饋源上，讓信號強(qiáng)度瞬間倍增。因為饋源所接收的衛(wèi)星信號的功率可以認(rèn)為是所有平行照射到曲面上的衛(wèi)星信號功率之和。

　　拋物面天線安裝在伺服轉(zhuǎn)臺上，轉(zhuǎn)臺能夠在電機(jī)驅(qū)動下在方位、俯仰、極化三個自由度上轉(zhuǎn)動。通過轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動，可以使得拋物面天線的軸線對準(zhǔn)衛(wèi)星，保證全部入射信號匯集到焦點。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)星信號就越多，匯集到曲面焦點的信號功率就越強(qiáng)，天線對衛(wèi)星信號的放大倍數(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。

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

　　首先，我們先來理解，什么是“陣”：廣義上，陣由很多個單陣子組成。單陣子就是我們理解的單個天線，每個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(或延時補(bǔ)償)基陣，是利用電子元器件控制陣列天線上的信號相位分布，實現(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。

　　相控陣天線由多個天線單元組成，每個單元具有獨立且完整的功能，按一定的規(guī)則排列在一起，形成大的陣面后可實現(xiàn)更大的天線增益，從而實現(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，即可改變輻射信號的方向和形狀。其基本原理是兩個或多個輻射信號出現(xiàn)依賴相位的加。當(dāng)信號同相時，它們會結(jié)合在一起，形成一個幅度相加的信號。當(dāng)信號反相時，它們會相互抵消。

　　相控陣天線包括多個發(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)量可以從幾個到幾千個不等。使用相控陣天線的目的是利用兩個或多個輻射信號之間的建設(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)送到陣列中每個發(fā)射器的驅(qū)動信號的相位差來實現(xiàn)波束成形。因此，不需要天線進(jìn)行任何物理移動，就可以控制輻射方向，使其指向一個目標(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、實時切換、無慣性跟蹤等特點。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，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。

　　從字面上看，全向天線是一種向所有方向均勻輻射的天線。但實際上，全向一詞需要結(jié)合通信應(yīng)用場景來理解。例如，對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)的天線測量系統(tǒng)、近遠(yuǎn)場變換技術(shù)也是必不可少的。天線測量技術(shù)可通過實際測量評估及時修正優(yōu)化實驗仿真的數(shù)據(jù)，一定程度上彌補(bǔ)仿真技術(shù)的局限性。

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

　　在天線測量系統(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，能夠測量天線的反射系數(shù)、駐波比、增益等關(guān)鍵參數(shù)，同時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測試，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，讓每一個細(xì)微的變化都無所遁形。正是有了天線測量系統(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。

　　矢量信號分析儀不僅能和矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀、矢量信號源強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)動，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)測衛(wèi)星接收機(jī)中的干擾信號，比如利用實時頻譜分析（RTSA）測量能力，捕獲持續(xù)時間非常短的間歇信號。矢量信號分析儀適用于衛(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)過程的測試。包括多載波群時延測量、噪聲功率比測量、矢量信號數(shù)字解調(diào)EVM測量、衛(wèi)星地面站載波監(jiān)測等。

　　天線測試中，信號發(fā)生器負(fù)責(zé)生成和仿真出各種標(biāo)準(zhǔn)、精確、穩(wěn)定的信號來測試電路或系統(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試項目中，利用微波信號發(fā)生器生成多載波連續(xù)波信號（MCCW）來模擬帶寬信號，亦或是自定義波形生成ARB、OFDM、AWGN等。

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

　　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)測試指標(biāo)和場景的不同，天線測試由包含遠(yuǎn)場、近場、緊縮場等等不同類型的測試方案。

　　“怎么提升在九游娛樂的游戲體驗？”

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

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