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第一章 概述1

1.1 天线的功能1

1.2 卫星通信地球站的发展趋势1

目录1

1.3 地球站天线的技术指标2

第二章 地球站天线主要电参数及其基本分析4

2.1 电波的极化方式4

2.1.1 当b＝0时的讨论5

2.1.2 当b＝1时的讨论5

2.1.3 当0＜b＜1时的讨论6

2.1.4 双线极化和双圆极化6

2.2 交叉极化隔离度（XPI）和交叉极化鉴别率（XPD）7

2.2.1 交叉极化分量7

2.2.2 交叉极化隔离度（XPI）8

2.2.3 交叉极化鉴别率（XPD）8

2.3.1 地球站天线轴比，卫星天线轴比与合成轴比的关系9

2.2.4 交叉极化隔离度（XPI）和交叉极化鉴别率（XPD）9

2.3 电压轴比（VAR）9

2.3.2 在轴轴比和离轴轴比11

2.4 天线辐射场型11

2.5 旁瓣特性12

2.5.1 测量值的计算方法13

2.5.2 旁瓣电平指标的评估方法14

2.5.3 国际上对地球站天线旁瓣电平指标的若干规定14

2.6　天线增益（G）15

2.7　有效面积（Ae）16

2.8　天线效率（η）17

2.9　天线噪声温度（Tα）和系统噪声温度（Tsys）18

2.10　地球站品质因素（G/Tsys）20

2.10.1 各参考点处Tsys的计算20

2.10.4　G/TsysG、Tsys计算结果讨论23

2.10.2　各参考点处G值的计算23

2.10.3　各参考点处的〔G/Tsys〕dB值的计算23

第三章　地球站天线25

3.1　地球站分类及其天线的性能指标25

3.2　地球站天线制式26

3.2.1 前馈抛物面天线27

3.2.2　双镜天线28

3.2.3　成型双镜天线28

3.2.4　偏置反射面天线29

3.3　地球站天线制式和口径尺寸的选定31

3.4　地球站天线的发展趋势32

3.4.1　低旁瓣技术33

3.4.2　平面型微带天线40

3.4.3　多波束天线和多波段天线41

4.1　前馈型抛物面天线45

4.1.1 费马原理与射线束管原理45

第四章　反射面天线的工作原理及设计方法45

参考资料45

4.1.2　抛物面天线的几何关系46

4.1.3　抛物面天线的分析48

4.1.4 天线的品质因素G/T50

4.1.5 抛物面天线的空间衰减（S.A.）51

4.1.6 前馈抛物面天线的最佳馈源照射53

4.2　经典卡塞格伦天线54

4.2.1 双曲面54

4.2.2 卡塞格伦天线的参数55

4.2.3 卡塞格伦天线的等效原理56

4.2.4 卡塞格伦天线的空间衰减（S.A.）57

4.3　成型双镜天线的设计计算58

4.4　格里高利天线60

4.5　偏置反射面天线61

4.5.1 前馈偏置抛物面天线62

4.5.2　偏置卡塞格伦天线66

4.5.3　偏置格里高利天线67

4.6　重负载区使用的天线消冰装置69

4.6.1 馈源加热系统69

4.6.2 主反射面消冰系统70

参考资料73

第五章　空间段天线系统简述73

5.1　卫星天线分类73

5.1.1 全球波束73

5.1.2 半球波束74

5.1.3 区域波束75

5.1.4 点波束75

5.1.5 通信频段与天线形式的关系75

5.2.1 指向特性76

5.2　对卫星天线的特殊要求76

5.2.2 星上天线交换系统77

5.2.3　频率复用技术和多波束技术78

5.2.4 消旋措施78

5.2.5 重量限制79

5.2.6　极限尺寸79

5.2.7　高、低温要求80

5.3　卫星天线的现状和发展80

参考资料84

第六章　馈源喇叭及馈线系统84

6.1　概述84

6.2　馈源喇叭85

6.2.1　馈源喇叭分类85

6.2.2　馈源喇叭的选用99

6.3.1 喇叭天线的相位中心100

6.3　馈源喇叭与天线的配合以及失配造成的不良影响100

6.3.2 喇叭相位中心纵向偏移对天线方向图的影响101

6.3.3 喇叭相位中心横向偏移对天线方向图的影响102

6.4　线极化馈线系统103

6.4.1　单线极化馈线系统104

6.4.2　双线极化馈线系统106

6.5　圆极化馈线系统110

6.5.1　90°移相器110

6.5.2　单圆极化馈线系统112

6.5.3　双圆极化馈线系统112

6.6　去极化效应与极化校正系统113

6.6.1 电波传播的极化效应113

6.6.2　极化校正系统114

6.6.3　极化校正系统的应用118

7.1　地球站品质因数G/T值的测量120

第七章　天线和馈源、馈线系统的测量120

7.1.1 射电里测量所需的天文知识121

7.1.1.1 射电星坐标位置的计算121

7.1.1.2 射电星通量密度的计算131

7.1.2　G/T值表达式138

7.1.3 G/T值的射电星测量方法141

7.1.3.1 测量原理141

7.1.3.2　G/T值测量方框图及测量仪器141

7.1.3.3　测量步骤142

7.1.3.4 注意事项144

7.2　系统噪声温度（Tsys）的测量145

7.2.1 低噪声放大器（LM）噪声温度（TLNA）的测量方法145

7.2.1.1 测量原理145

7.2.1.2　TLNA测量方框图及测量仪器146

7.2.1.3　测量步骤146

7.2.2.1 利用Y因子测量Tsys原理147

7.2.2 系统噪声温度（Tsys）的测量方法147

7.2.2.2　Tsys测试方框图及测量仪器148

7.2.3 天线噪声温度（Tαf）和（Tα）的换算149

7.3　天线功率增益（G）的测量149

7.3.1 测量天线增益（G）的射电星方法149

7.3.2 测量天线增益（G）的信标塔方法150

7.3.2.1 测量原理150

7.3.2.2 测量方框图及测量仪器151

7.3.2.3　注意事项152

7.3.3 测量天线增益（G）的卫星法153

7.3.3.1 天线接收增益测量原理153

7.3.3.2　天线接收增益测量方框图及测量仪器154

7.3.3.3　测量步骤154

7.3.3.4　天线发射增益测量原理155

7.3.3.6　测量步骤156

7.3.3.5 天线发射增益测量方框图及测量仪器156

7.3.4 天线增益（G）测量的标准增益比较法157

7.4　天线方向图的测量157

7.4.1 信标塔法测量天线方向图158

7.4.1.1 测试条件和原理158

7.4.1.2　测量框图及测量仪器159

7.4.1.3　测量步骤160

7.4.2 接收卫星信标法测量天线方向图〔10〕〔11〕161

7.4.2.1　测试原理161

7.4.2.2　测量框图及测量仪器162

7.4.2.3　测量步骤162

7.4.3 协作地球站法测量天线方向图163

7.4.3.1 测量原理163

7.4.3.2　发射方向图测量方框图及测量仪器166

7.4.3.3　发射方向图测量步骤166

7.4.3.4　接收方向图测量框图及测量仪器168

7.4.3.5　接收方向图测试步骤169

7.4.3.6　使用协作地球站测量天线方向图时的数169

据处理169

7.5　回波损耗和电压驻波比的测量〔12〕171

7.5.1 回波损耗法172

7.5.1.1 测量原理172

7.5.1.2　测试框图及测量仪器175

7.5.1.3　测量步骤175

7.5.2 微波测量线法176

7.5.2.1 测试原理176

7.5.2.2 测量框图及测量仪器179

7.5.2.3　测量步骤179

7.6　天线端口隔离度的测量〔12〕181

7.6.1.1 测量原理182

7.6.1 收、发端口（Tx-Rx）隔离度的测量方法182

7.6.1.2　测量框图及测量仪器185

7.6.1.3　Tx-Rx隔离度测量步骤185

7.6.2 Tx-Rx、Rx-Rx端口隔离度测试方法185

7.6.2.1 测试原理185

7.6.2.2　Rx-Rx和Tx-Tx端口隔离度测量方框图及186

测量仪器186

7.6.2.3　测量步骤186

7.7　双极化地球站交叉极化隔离度（XPI）和电压轴比（VAR）的测量〔13〕〔14〕〔15〕189

7.7.1 在轴轴比的测量方法192

7.7.1.1 测量原理192

7.7.1.2 测量框图及测量仪器193

7.7.1.3　测量步骤193

7.7.1.4　XPI的测量举例197

7.7.2 离轴轴比测量方法198

7.7.3 不用协作地球站时，测试地球站交叉极化隔离度（轴比）的方法200

7.8　天线指向精度、跟踪精度和指示精度的测量203

7.8.1 指向精度的测量方法204

7.8.1.1 测量框图与测量仪器204

7.8.1.2　测量步骤204

7.8.2 光学经纬仪法测量跟踪精度205

7.8.2.1　测量方框图及测量仪器205

7.8.2.2　测量步骤205

7.8.3 电平跌落法测量跟踪精度207

7.8.3.1 测量框图及测量仪器207

7.8.3.2　测量步骤207

7.8.4 指示精度的测量208

7.8.4.1 测量框图及测量仪器209

7.8.4.2　测量步骤209

7.8.5　天线定位精度简析210

7.9　组合馈源散射方向图测试210

7.9.1　测试原理211

7.9.2　测试框图及测量仪器212

7.9.3 测量步骤213

7.9.4　举例说明215

参考文献217

第八章　跟踪、伺服系统217

8.1　地球站的跟踪系统217

8.2　单脉冲自动跟踪系统219

8.2.1 经典单脉冲跟踪219

8.2.2　高次跟踪模224

8.2.3 跟踪模耦合器229

8.2.3.1　方波导跟踪模耦合器229

8.2.3.2 圆波导跟踪模耦合器232

8.2.4　单脉冲跟踪接收机233

8.3　步进式跟踪系统237

8.3.1 记忆极值式跟踪系统238

8.3.2 同一步式步进跟踪242

8.3.3　双向搜索等调整步式步进跟踪243

8.3.4 双向搜索变调整步式步进跟踪246

8.3.5　微型电脑控制的步进跟踪249

8.4　天线伺服系统249

8.4.1 伺服系统原理250

8.4.2　伺服元件的分类252

8.4.3 伺服系统要考虑的几个问题254

8.4.4　地球站伺服系统的指标255

8.5　用微电脑控制的伺服系统255

8.5.1 伺服系统的数字化255

8.5.2　旋转变压器和多极旋转变压器257

8.5.3 轴角编码器262

8.5.5 微电脑控制的伺服系统265

8.5.4 步进电机265

8.6　12米天线站的步进式跟踪伺服系统266

参考资料271

第九章　天馈与跟踪伺服系统的维护及故障分析271

9.1　天馈、跟踪伺服系统的维护271

9.1.1 定期维护内容271

9.1.2 自然灾害后的检查272

9.2　故障的分析和判断272

附录274

附录一　蒲福风级表274

附录二　指定卫星和指定地球站间的空间位置方位角（Az）和俯仰角（E1）的计算公式及其实用计算图表276

附录三　地球站指向月亮的方位角和俯仰角的计算方法279

附录四　国外对地球站天线的技术指标要求摘录280

附录五　国内卫星通信地球站总技术要求（国家标准）287

附录六　电磁场的安全标准289

附录七　地球站6GHz发射频段最大允许偏轴EIRP值292