天饋線系統:簡介,天饋線系統的形成,微波天線技術要求,微波接力通信中常用天線,饋線

天饋線系統（antenna feeder system），指的是天線與饋線系統，是微波接力通信設備中必不可少的組成部分。

基本介紹

中文名：天饋線系統
外文名：antennafeeder system
套用學科：通信

簡介,天饋線系統的形成,微波天線技術要求,微波接力通信中常用天線,饋線系統,分路系統,指標,

簡介

在微波接力通信中，要傳送的信號是調製在微波上的基帶信號的無線電波，通過自由空間傳播來實現的，天線與饋線系統在完成這一任務中起著重要的作用，是微波接力通信設備中必不可少的組成部分。

天線是接力通信設備的出入口，它的作用是把發信機輸出的微波信號，有效地轉變為無線電波並沿著給定的方向輻射出去(在接收端實現反向過程)。饋線則是連線天線和收發信設備的紐帶，它的作用是完成微波信號在微波機與天線之間的傳輸。

在微波通信系統中，對天線饋線系統最基本的要求有：足夠的天線增益，良好的方向性，低損耗的饋線系統，極小的電壓駐波比，較高的極化去耦度，足夠的機械強度。

在多波道共用天饋線系統的微波中繼通信電路中，天饋線系統的技術性能，質量指標直接影響到共用天饋線系統的各微波波道的通信質量，加強日常維護，對於穩定提高微波通信質量具有重要意義。

天饋線系統的形成

微波通信系統中的饋線有同軸電纜型和波導型兩種形式。一般在分米波波段(2GHz)，採用同軸電纜饋線，在厘米波波段(4GHz以上頻段)因同軸電纜損耗較大，故採用波導饋線，數字微波或模擬微波的天饋線系統形式及對它們的技術要求基本相同。圖2是天饋線系統示意圖。

微波天線技術要求

對微波天線總的要求是：天線增益高，與饋線匹配良好、波道間寄生耦合小，由於微波天線都採用面式天線，所以還應使天線具有一定的抗風強度並有防冰雪的措施。微波天線的主要電氣指標有如下幾個方面：

① 天線增益

微波通信中使用的面式天線，增益可用下式計算：

式中：A為天線的口面面積；l為波長；η_A為口面利用係數。

當口面場同相等幅時，η_A=1；一般情況下，η_A在0.4～0.6之間。對於工作頻率為4GHz，站距為50km的微波中繼通信線路，常用直徑為3.2m至4m天線，其增益G_db =40左右，口面越大，增益越高。

② 對主瓣寬度的要求

在視距微波通信線路中，天線增益過高將使主瓣張角過小，當氣象條件變化時，傳播方向就要改變，大風又能引起天線擺動，這都會降低天線在通信方向的實際增益。因此，不能認為主瓣張角越小越好，一般應要求1°～2°左右。

③ 天線與饋線應匹配良好

在整個工作頻段內，要求天線與饋線應匹配連線，否則將造成反射，進而造成線路噪聲。

④ 交叉極化去耦

在採用雙極化的微波天線中，由於天線本身結構的不均勻性及不對稱，不同極化波(即垂直極化波和水平極化波)可在天線中互相耦合，互為干擾，分別成為與之正交的主極化波的寄生波，設此寄生波功率為P_X則天線的交叉極化去耦度為：

式中：P₀為主極化波功率；P_X為與主極化波正交的寄生極化波功率，通常要求微波天線在主瓣寬度內的X值不小於30dB。

⑤ 天線防衛度

所謂天線防衛度是指天線在最大輻射方向上對從其他方向來的干擾電波的衰耗能力。在微波線路中，由於採用二頻制，所以在同一微波站中，兩個方向的接收機採用同一頻率，如圖3所示。

天線防衛度主要包括下面幾個指標：

① 反向防衛度

在圖3中，第1號天線能從背後收到由第5號天線發來的信號f₁；而第6號天線也能收到由第2號天線向背後發來的信號f₂。前者稱為接收天線的前對背耦合，後者稱為發射天線的前對背耦合。因此，要求天線在最大輻射方向的增益係數G₀大大超過反方向的增益係數G_反。它們的比值稱為反向防衛度(或稱為反向衰減)。通常要求偏離主輻射方向180°±45°之間，反向防衛度大於65dB。

② 邊對邊去耦

從第2號天線發射的一部分能量泄漏到與它並排安裝並且指向相同的第1號接收天線，如圖15.8虛線箭頭所示，這種耦合叫做邊對邊耦合。要求天線應對這種耦合具有足夠的去耦度，通常應在80dB以上。

③ 背對背去耦

第2號天線發射的一部分能量泄漏到第3號天線；或者第4號天線的一部分能量泄漏到第1號天線。在圖3中由虛線箭頭示出，這種耦合叫做背對背耦合，天線對這種耦合也應具有足夠的去耦度。

微波接力通信中常用天線

（1）拋物面天線

它由一個金屬拋物反射面(類似於手電筒的集光反射鏡)與位於其焦點上的饋源(照射器，類似於手電筒的小燈泡)組成(如圖4所示)。饋源實際上是一個弱方向性天線，它把高頻電流或被導波(束縛波)能量轉變為自由空間電磁波輻射出去並投射向拋物面軸向反射出去，從而獲得很強的方向性。這種天線在分米波、厘米波和毫米波段都得到了廣泛的套用。

拋物面天線主要的特性參數有：

① 增益係數

拋物面天線的增益為：

式中：S表示口徑面積(pD/4)；l表示工作波長；g稱為增益因子，用於說明天線設計和加工安裝等質量。它的數值愈大，愈近於1，則表明天線的質量愈高。通常拋物面天線的g約為0.5左右。

② 半功率波瓣寬度

拋物面天線的半功率波瓣寬度可以近似表為：

從式中可以看到，波瓣寬度與天線口徑成反比，與工作波長成正比。D/l可以看成是天線口徑的電尺寸。波瓣寬度與天線的電尺寸成反比，不僅對拋物面天線而且對其他天線都適用。不同的僅僅是其間的比例係數大小不同。口徑D愈大，工作頻率愈高，波瓣愈窄。

（2）卡塞格倫天線

這是一種雙反射面天線，主面是一個旋轉拋物面，副面是一個旋轉雙曲面，饋源置於雙曲面的一個焦點上。由饋源輻射的球面電磁波經雙曲面反射，再經拋物面反射後沿著軸線成為平行波束輻射出去。這種天線的最大優點是饋源靠近主面，因此饋電波導短(拋物面天線饋電波導長，饋源支架笨重)，參看圖5。縮短了饋電波導，從而減小了損耗和降低了噪聲溫度，同時給維修也帶來方便。這種天線的主要缺點是由於副面繞射和對主面的遮擋效應較大，所以副瓣電平較高。

卡塞格倫天線的增益係數和半功率波瓣寬度等參數也可按各式計算。國產的3.2m卡氏天線的典型參數為：

工作頻段：3400～4200MHz；

增益：39～39.5dB；

半功率波瓣寬度：約1.6°；

電壓駐波比≤1.05(反射係數≤0.02)；

極化方式為正交極化。

近年來出現了不少加圓柱禁止罩式的拋物面天線，見圖6。它可以降低向後方輻射的功率(降低後瓣)，又因為它可以減小初級輻射器的(激勵器)直接輻射，所以對減弱旁瓣也有好處。

饋線系統

在微波中繼通信中，天線一般安裝在距離收發信機幾米至幾十米的天線鐵塔或房頂，饋線系統即為連線分路系統和天線之間的傳輸系統。饋線系統由饋線和波導器件等構成。

饋線系統結構上主要採用軟同軸電纜系統。矩形硬波導系統、橢圓軟波導系統、圓－矩硬波導系統。

對饋線系統的主要要求是：

① 饋線系統應是電磁波的封閉系統，不應有電磁波向空間輻射，也不應受外界電磁波的影響。

② 對電波傳輸損耗小，效率高。

③ 饋線系統應能承受一定的功率容量。在傳送大功率時不應有擊穿現象。

④ 饋線系統的反射要小。

⑤ 結構要求簡單，便於安裝維護。

當微波頻率在3GHz以下時，常用同軸電纜作饋線。這種饋線的特點是可以彎曲，架設容易。當頻率高過3GHz時，由於電纜衰耗加大，一般採用矩形波導或圓波導作饋線。由於這些波導是剛性結構，其製造長度一般為2~5m，必須通過法蘭盤逐段連線起來，並須另外增加一些波導器件，因而安裝調整困難，機動性差。另外由於接頭多，易造成反射、泄漏等。

目前微波頻率高於3GHz時，常用橢圓軟波導，在彎曲盤繞、扭轉等情況下，都保持良好的電氣特性。它的反射特性和衰耗特性均等於或優於相應頻率的矩形硬波導，而硬波導的優點是不易損壞。

分路系統

一般情況微波通信都是幾個波導公用一套天饋線系統。公用系統即為實施這一功能的傳輸系統。分路系統主要由環形器、分路濾波器、終端負荷和硬波導等器件組成。分路濾波器一般安裝在機架內。圖7(a)是收信分路系統示意圖。天線收到頻率為f₁、f₂、f₃、f₄的信號，送入分路系統輸入端，信號經第一個環形器時，分路濾波器讓本機架的接收信號頻率f₁通過，進入接收機。其餘三個波導的信號被反射回去，經過第二個環形器後，第二個波導分路濾波器允許它的本機架的接收頻率f₂通過，其他兩個頻率又被反射回去。這樣四個信號分別進入各自的機架中去。圖7(b)為發信分路系統示意圖。其工作原理與收信分路系統相同。

指標

天饋線調試時，以下指標要嚴格控制在設計值內。

1．天線方位調整：在發信端送標準電平，反覆調整收發天線，使收信電平達到設計要求。

2．駐波比（S）：在全頻段內，在微波機架頂測天饋線的駐波比不應大於1.15。如不符合指標，要檢查天饋線各接頭是否匹配良好，饋線彎曲半徑、扭轉角度是否符合要求。

3．交叉極化去耦度（XPD）：這一指標對於同頻異極化復用降低交叉極化干擾具有重要作用。測試中若指標不合格可調整收發兩站天線饋源的極化方向。

4. 饋線衰耗：每根饋線衰耗值不能高於設計值。若不合格應檢查饋線有無碰撞受力變形，接頭是否匹配良好。若施工時環境濕度過大，要檢查饋線內是否嚴重受潮凝水。

5．充氣氣壓：充氣氣壓值為1300Kpa，經24小時後不低於1100 Kpa。否則要檢查天饋線密封是否良好，充氣機工作是否正常。

天饋線系統