本帖最后由 cctvro 于 2012-1-27 13:29 编辑
在Ku频段场强波束覆盖区域范围内收视Ku频段节目,通常用偏馈(偏焦)天线。偏馈天线小巧玲珑,一体结构增益效率高,安装调试维护简单,是一般用户收视Ku频段的首选。相比之下,用正馈(正焦)天线收视Ku频段,相对来说难度要大的多。普通正馈C/Ku兼容天线,一般收视C频段尚能满足要求,用来收视Ku频段,由于天线精度关系,其Ku效率较低,难以达到预期的收视标准。正馈天线收视Ku频段,须用正馈Ku高频头,由于正馈收视Ku频段用户极少,正规的正馈Ku头价格高还难寻,通常须用偏馈Ku高频头改制,这也涉及馈源技术。正馈天线C/Ku焦距通常有差异,调试找准Ku最佳焦距及人、肢体遮挡又比偏馈天线困难的多。
高精度大尺寸的正馈Ku天线收视场强覆盖区域外的弱讯号或其它科学用途,是偏馈天线不能取代的。首先偏馈天线整体的天线结构,大于1.8m制造和运输存在困难。而分体式正馈天线技术成熟可根据使用要求,几米几十米的天线都可以做到。但也有不少人用普通正馈天线收视Ku频段信号,一是物尽其用,二由于正馈天线的结构,高频头防护盖不会直接雨淋,雨衰减小;一锅多星也常用到正馈天线收视Ku频段。掌握正馈天线收视Ku频段技术,是专业卫视工作者和广大卫视发烧友必备的技能。
说到正馈天线收视Ku频段,笔者初次收视Ku频段就是在正馈天线上进行的,也曾吃尽苦头,花了不少时间精力,在卫视发烧项目中花费最大,几年的收视实践和研究,基本上掌握了此项技术。记得88年底初购帝霸201数字接收机时,同时购了一只PBI-1000双极化单输出Ku头,想用当时仅有的一面1.5m整体C频段天线收视C波段同时,兼收Ku频段。此Ku高频头属工程型大圆头结构,商家告诉我是正馈Ku头。当时接收亚洲二号,C频段收视没啥问题,Ku频段试收模拟中央4台,调试最好情况下收下了很多雪花能同步时有彩色的图象,换用数字机仅收下了信号最强的北京台,用今天的水平看,当时1.5m正馈天线Ku频段收视不及0.4m偏馈天线效率,只好暂时搁置。次年见报刊上偏馈高频头加波导管的文章,拆开那只工程Ku高频头防护盖,确认是只偏馈Ku头,满怀信心加波导管,试收也无长进。怀疑天线变形(以前风吹倒大体校正)用阳光法检查确是如此,决定对1.5mm厚铝板校正:一校徒手掰弄天线,Ku多收了两个频点,增加了信心;二校用橡皮槌敲打天线面明显变形局部,阳光法验正聚焦光斑也在直径约130mm即两槽C频段馈源盘内,顺利收下了亚2Ku频段的所有信号,再次用模拟机收中央4台,有轻微噪点估测图象达3.5级;时间很快过了一年,2000年初,泛八166E太平洋卫视直播开通,转星试收只收下该星水平极化频点,垂直极化数字机模拟条有较强讯号反映。决定第三次精校天线,再细心用橡皮槌对整个天线面慢慢整形,最后用阳光法测定焦点Φ在100mm左右,试收信号有所改善。再用Ku频段收中4模拟节目,图象干净无噪点,用亚S3模拟节目对比其它1.5m分瓣天线图象要明显干净的多,C频段应该达到理想的1.5m天线要求,而对Ku频段就是否只达此水平?不甘心又想到了加波导管,总结初次加波导管的教训,照搬别人的34mm长度波导管也许不灵,加波导管可能会影响焦距,这次做了个可调节长度的波导管,改变一次波导管的长度,调整一次焦距,终于获待得了成功,再加配Ku馈源盘接圈,在四川收下166EKu三个频点太平洋卫视节目。算一下初次用正馈天线收视Ku频段到初步完成正馈天线Ku较满意收视,前后耗费了一年半多时间,这时1.5m正馈天线Ku效率后来测定相当于1m偏馈天线效率。后来购置了0.9m偏馈天线、1.2m出口高精度正馈天线,有了对比测试天线,才真正认识到正馈天线精度对Ku频段的决定性影响。这期间我也用过早期的视频2.1m极轴天线,其Ku效率也只能达0.9m偏馈天线效率,无奈之举再加一个Ku天线成双曲面天线C/Ku双收用。2003年初我得到了一面SVEC2.4m网状极轴,良好的精度才圆了我正馈天线C/Ku一网打尽的梦。多年的实践学习,正馈Ku频段接收技术有所提高,今天来作一技术交流。
曾吃过正馈天线收视Ku频段苦头的人,经验教训一定不少,不妨从实践和理论上作一个初步总结,告戒那些想玩正馈天线收视Ku频段的人们,如何提高正馈天线收视Ku频段的水平。对于正馈天线收视Ku频段的技术要求主要有两点:一是正馈天线精度要求高,二是要正确配接正馈Ku头。
正焦卫星天线有一次成型整体型和分瓣拼装型。整体型的天线精度高,是Ku频段收视的首选。天线增益与天线的精度有关,精度越高,效率也高，增益就越大。天线精度不良聚焦差,效果也就差。天线随频率的增高,要求也就更高。因此Ku频段天线精度要求比C频段天线更高。天线的效率,一般天线效率在50％～70％间,顶级天线效率具说可达80％。还有天线的增益与信号频率有关,信号频率越高,增益就越大,与天线增益的信号频率的平方成正比。如Ku波段(12GHz)与C波段(4GHz)差值为3倍,则精度良好的同一面天线Ku增益与C波段多出9db。
以上是天线的一般理论,我们再回顾馈源知识:C频段波导管直径63mm左右、三槽馈源盘直径165mm;Ku频段波导管直径约21mm左右,而一般Ku三槽正馈源盘直径约55mm。以上C频段和Ku频段波导管和馈源盘直径比为3倍，而波导管和馈源的面积比却是9倍。
有了天线和馈源知识,我们再分析正馈天线用于Ku频段接收的可行性有多高,理论上讲C/Ku天线是可以兼容的,但Ku频段接收天线效率要求和C频段天线效率相当时,如从它们的波导管面积比9倍来说,Ku频段精度要求比C频段高出9倍相信大家能理解,看看下面具体分析的结果。
⒈Ku频段对正馈天线精度的要求:
作为C波段合格天线,其焦点应聚焦在馈源盘内,天线的精度决定焦点的大小。但天线的焦点并不是均匀的,通常情况下中心点聚焦较好,边缘较分散。我们精调天线的目的,就是从杂乱不均匀的焦点中找到最强信号点。下面为了便于分析,假设下例四种焦点的正馈天线聚焦是均匀的,从C/Ku频段馈源结构看Ku频段对天线精度的要求。
①正馈C频段天线精度差焦点散焦较严重:天线焦点直径为165mm,正好是三槽正馈源盘的直径,与Ku馈源直径(55mm)比值3:1,对于C频段接收来说,只是合格品(天线效率50％)能用。一旦用于Ku频段接收,从C、Ku频段馈源面积可知,有面积9倍之差,Ku馈源只相当于接收了整个天线面积的1/9的信号。如果是2.4m的正馈天线,1/9面积正是0.8m正馈Ku天线面积,也就是说2.4m散焦严重的正馈天线用于Ku频段收视,只相当于0.8m的Ku正馈天线效率,以此类1.8m天线相当于0.6米Ku天线效率;1.5m天线相当于0.5米Ku天线效率……。这时2.4m正馈天线效率50％,C频段增益约37db;Ku频段0.8m天线效率50％(下同),增益37db,C/Ku频段天线无增益差(标准Ku正馈天线与C波段增益差值应为9db)。
②正馈C频段天线精度一般:天线焦点直径为110mm(与Ku馈源直径比值2:1),C频段天线效率在60％左右。这时天线焦点面积与Ku馈源面积比值为4:1,也就是说接收了整个天线面积1/4的信号,如果是2.4m正焦天线,1/4面积是1.2m正馈Ku天线面积,还是以此类推,1.8m天线相当于0.9m米Ku天线效率;1.5m天线相当于0.75mKu天线效率……。这时2.4m正馈天线效率60％,C频段增益约38db;Ku频段天线1.2m天线效率50％,增益约40.5db,Ku频段天线增益比C频段天线增益高2.5db。
③正馈C频段天线精度良好:天线焦点直径为55mm,C频段应该算优质天线了,天线焦点在Ku频段馈源盘内。C频段天线效率应该达70％左右,如1.5m天线C频段增益可达35db,Ku频段天线效率按50％计算,增益42.6db,Ku频段天线增益比C频段天线增益高7.6db。这时1.5米正馈天线Ku频段收视与1.2米偏馈天线相当。
④正馈C频段天线精度优良:天线焦点在30mm左右(与一般偏馈天线焦点相当),对C波段接收而言,应该算精品天线了,C频段天线效率应该达到70％以上,Ku频段天线效率应该在70％左右,这时Ku频段天线增益与C频段天线增益差应该接近理论上的9db。这是我们理想的正馈C/Ku兼容接收天线,我用过SVEC1.2m和0.9m整体正馈天线均达到此项标准,常用它作标准测试天线用。由于正馈天线有馈源支杆遮挡天线面,天线效率达不到精品级的80％。正馈天线达到Ku频段精度,与同径偏馈天线相比,略差0.3～0.5db,在于正馈天线面积小于偏馈天线,还有支杆馈源遮挡的信号损失。
以上①②种天线即普通C、Ku兼容天线,Ku效率低下,也普遍反映了一些发烧友用2.4mC/Ku网状天线收视Ku频段只能达0.9m偏馈效率,稍好一的1.8m板状天线,发烧友用尽了手段也只能达1.2m偏馈的效率,应该是间于上面②③类天线。这样分析看Ku频段正馈天线收视,应该是天线精度决定Ku频段天线效率,从以上四点看C/Ku正馈兼容天线要取得较好的Ku频段收视效果,天线焦点应小于80mm以下较理想(以上天线②③间),达到上例的③④类天线精度最好。
⒉正馈天线的Ku焦距:
对于C频段天线来说,天线的焦距=天线口径x焦径比,一般天线要取得较高的效率,通常取焦径比在0.38左右,C频段天线焦距是容易计算的。Ku频段频率比C频段高3倍,其正焦天线焦距Ku频段比C频段长,据我使用过的天线推算了一下,Ku频段天线焦距比C频段焦距长3～3.8％,即2.4m(27～34mm)、1.8m(21～25mm)、1.5m(17～21mm)、1.2m(14～17mm)、0.9m(10～12mm),括号内的数值是以C频段焦距作参考须向上提升的Ku焦距参考值。C/Ku焦距轴线理论上是在一条直线上,但由于Ku频率较高,天线焦点调试要比C频段精细的多。
⒊简易正馈高频头:
最简易的正馈高频头是在偏馈高频头内加波导管,其原理是将偏馈高频头的馈源张角(约70°)扩展到符合正馈天线的张角(约130°),加装的波导管与偏馈高频头最外圈重新组合成非标准的单槽简易Ku正馈源,因此波导管伸出的长度也非标准的Ku正馈源尺寸。
说到加波导管,首次刊出的文章是在99年《卫视周刊》上,分别有卫视前辈罗宇屏先生和杨建平先生有关偏馈高频头改正馈高频头(加波导管)的文章,我是从中学习改进完善的。偏馈高频头加波导管用于正馈天线接收,如前所述我吃尽苦头。几年的理论实践探索初步弄明白，下面通过理论和实践分析,综合解答一些发烧友正馈天线用正馈高频头效果不尽人意的问题,也引发了对天线效率的讨论。
在正馈天线上直接用偏馈Ku头收视,由于偏馈Ku头馈源张角(约70°)的关系,只能接收到正馈天线中央部分的信号,理论上占整个天线面积的一半(实际一半多点),另一半面积的信号将白白损失掉,损失一半的信号就损失了3db的增益,用正馈高频头就会提升3db的天线增益,在卫视专业书刊一般都是这样叙述的。在业余条件下,不可能有专业仪器测量,用数字机讯噪比来测量判别增益的高低是最实用的方法。在实际用正馈天线收视实践中,常碰到以下状况:在精度良的正馈天线上,用偏馈高频头和正馈高频头,其讯噪比差值在2db左右,制作最好的正馈头Ku头最高能达2.3db也达极限;精度一般的正馈天线,偏馈、正馈高频头讯噪比差别在1db左右;而散焦严重的正馈天线,用偏馈、正馈高频头并无多少差别。(注:讯噪比“db”在载噪比(C/N)中可作参考接近的db值)。以上谈的三种情况,是在实际中常遇到,这与我们理解的在正馈天线上用正馈Ku头就会提升3db差距甚远。其实并非理论上的错误,为此寻根追究,从天线精度→效率→增益反复核算,终于明白了这个道理。这个理论上的3db值是吃皇粮的专家从标准Ku正馈天线推算出来的,碰到吃粗粮的非标准烂C/Ku兼容正馈天线就不灵了。
从天线知识中得知,卫星天线的精度决定效率、效率的高低决定天线增益的高低(详见《寻星2000》P151),天线效率实际值最高可达80％,低的就难说了,而一个10％效率的级差天线增益在0.6～0.9db左右,分析取10％效率级差增益取值0.65～0.75db较妥。下面从天线效率讨论天线增益,看偏馈高频头和正馈高频头在正馈天线几种效率下的表现,从理论上作一分析,看正馈天线加波导管或用正馈高频头的可用性,弄清这个“3db”的真正含义。
①正馈Ku天线效率、增益看正馈高频头的可用性:
a.正馈天线效率80％:如用偏馈Ku头,将接收天线一半面积的讯号,这时的天线效率40％,剩余的一半天线效率40％要用正馈Ku头才能完成,这剩余的天线效率40％(10％级差增益取值0.75db、下同)算天线级差刚好是3db的天线增益,这与正馈接收理论中的提升3db(0.75x4)增益正好相符。
b.正馈Ku天线效率70％:如a.一样还是用偏馈高频头只的接收天线面积一半的信号,只讨论剩余一半的天线效率(下同)仅35％部分,算级差增益降为2.625db。
c.正馈天线效率50％:上⒈③中C频段天线精度良好,Ku天线效率50％,剩余一半天线效率仅剩25％,级差增益降到1.875db。
d.正馈Ku天线效率30％:剩余一半天线效率15％,级差增益还剩1.125db。
e.正馈Ku天线效率20％:剩余一半天线效率10％,级差增益仅剩0.75db。
f.正馈天线效率10％(以下):上⒈②中C频段天线精度一般,算了一下Ku天线效率约10％,剩余一半天线效率仅剩5％,级差增益降到0.375db。上⒈①中C频段天线散焦严重,算了一下Ku天线效率约6％,级差增益甚微。
以上6例说明了什么,正馈天线用于Ku频段收视,天线的精度决定Ku频段效率!随天线效率的降低,从正馈Ku头理论上可提升3db的增益一路下降到增益极小。这样看来可用Ku频段正馈天线效率至少达20％以上,用正馈高频头才有明显提升信号效果。C频段精度一般或散焦严重的天线C频段还可用,但用于Ku频段收视靠正馈Ku头提升信号增益看来是不可能的,这时用偏馈Ku高频头和正馈Ku高频头几乎是一样。在我经历中用2.1m网状天线(细网C/Ku兼容)收视Ku频段,用花高价买来正馈Ku头和用普通偏馈Ku头收视,效果根本没什么区别,始终就0.9m偏馈天线水平,一次用偏馈高频头调试,偶而偏向信号反而升高了,这个现象还可理解。当时百思不解主要是正馈高频头为什么不能提升增益?从而促使我对天线馈源作一深入了解,从理论上去解决问题,才有今天的初步结论。这个结论是否推测正确,有待专家学者进一步研讨,希望有另一个全新的解释。算一下这面2.1mC/Ku兼容天线Ku频段效率,查表:2.1m天线Ku频段效率50％(正常效率),增益达45.5db(注:这是表中天线的最低可查效率),实际只相当于0.9米偏馈,效率70％,增益39.5db,这面2.1m天线效率向下推算结果该天线Ku频段效率低于10％(实际Ku效率)。
②偏馈高频头加波导管:偏馈高频头加波导管改制成简易正馈高频头,今天来说也不存在技术秘密。上面笔者初用1.5m正馈初收Ku频段加波导管失败,今天检讨看来主要是天线精度差,Ku频段效率低造成的;次要部分当天线精度校正提高后,由于偏馈高频头加波导管后如前所述变成非正规单槽正馈源,波导管伸出长度(张角)不能与正规Ku馈源同视,需重新测定最佳伸出长度。这个工作在2000年就做过,写过一文《偏馈高频头加波导管收太平洋节目》,首次提出波导管伸出长度Ku馈源平面±2mm,文中没有今天的理论高度,加上当时的接收机只有信号强度,只有以门限值信号或下载节目的多少判定效果,今天的接收机有讯噪比可精确到小数点后两位,给精确测试带来了方便。
以笔者的经验建议,制作一个可适当调节长度的竹节式波导管(图16),方便精准测试各型天线波导管长度(天线型号不同,波导管伸出长度略有差异),当测出最佳波导管长度后,再制作固定长度波导管投入实用。笔者精淮测试过SVEC1.2米整体正馈波导管伸出长度,高出Ku馈源端口1mm正好,波导管平齐馈源端口和高出馈源端口1mm,讯噪比差值约0.3db,一般天线波导管伸出长度在馈源端口0～2mm间。焦径比0.38天线伸出长度1mm,适合大多数C波段正馈天线。在微调波导管伸出量时,不要忘了微调一下高频头焦距到最佳值。 |
发表于 2012-1-27 13:16
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发表于 2012-1-27 22:24
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