环焦天线原理、安装和使用

侯 勇 李大为 海峡之声广播电台

环焦天线原理、安装和使用

侯 勇 李大为 海峡之声广播电台

环焦天线是小型卫星地球站的常用天线。其安装和使用直接影响地球站的通信性能和传输效果，本文简要从理论上分析了环焦天线，并根据长期的工作经验，总结了该天线安装方法与使用技巧。

环焦天线 结构 安装 使用

1 前言

环焦天线常用于小型VSAT地球站，其安装和日常使用直接影响VSTA地球站的通信性能和传输效果。在小型地球站中，特别是口径在3.5米～5.5米天线的上行站，为有效保证上行站在C波段和Ku波段宽频范围内具有较低的旁瓣，较高的口面效率和较高的G/T值，小电压驻波比等特性，一般使用的天线就是环焦天线。本文主要讨论了该类型天线的原理、安装和使用心得。

2 环焦天线原理

环焦天线又称为抛物线焦轴偏移轴对称双反射面天线，天线采用双反射面结构。主反射面的焦点不是在中心位置，而是其轨迹构正好形成与副反射面相同直径的一个圆环，因此通俗成为环焦天线。这种天线由于采用了环焦设计，因此完全克服了天线波纹喇叭遮挡大于副反射面造成次级遮挡的缺点，因此具有低旁瓣，天线的效率特别是口面效率高，驻波比小，同时工作频率宽，一般工作频宽都可以在500MHz。环焦天线的副反射面有椭球形和双曲面型两种规格，而目前广泛采用的是椭球型环焦天线。该天线的主反射面采用部分抛物面，副反射面是由一段椭圆弧围绕天线馈源中心点，与天线主发射面的几何中心点确定直线旋转产生的旋转曲面，其工作原理图如图1所示。

图1 环焦天线原理图

3 环焦天线组成

典型的环焦天线包括有主反射抛物、副反射椭球面，馈源系统，极化变换器，双工器，天线座架、天线俯仰、方位调节丝杆等组成，结构如图2所示。

图2 环焦天线结构图

图3 主、副反射面示意图

图4 波纹喇叭结构示意图

图5 双工器结构示意图

3.1 主反射面、副反射面

小型环焦天线的主反射面不是由普通的对称抛物线旋转而成，而是从天线对称轴向外延伸一个副反射面半径，再进行抛物线旋转得到主反射面，由于旋转轴不是一条直线，而是一个以副反射面半径圆柱体。环焦天线的副反射面的旋转轴则是天线的对称中心线，并由一部分椭圆曲线围绕该旋转轴旋转而得到的曲面，副反射面的凹面中心与溃源距离很近，这也是它与常见的卡塞格伦天线最明显的区别。如图3所示。

3.2 馈源系统

1.馈源喇叭。馈源喇叭又被称为喇叭天线，是环焦天线的初级辐射器，位置在天线馈源的最前端，主要类型有波纹喇叭，其特点是馈源波束窄，易于降低溢出损耗，也易于调节馈源位置，如图4所示。

2.双工器。双工器主要用于卫星天线实现收/发共用，使收发信号有效隔离，在地球站入网测试中，它是极化隔离度指标的重要器件，如图5所示。

图6 座架安装

4 安装步骤

1.安装前准备。打开天线包装箱，分门别类将各部件放置在天线架设现场。并将需要安装的

表面和孔位擦洗干净，涂上防锈油脂。同时准备好必要的安装工具和吊车。

2.地基选择。地基选择是首先要明确地基的方位与所收卫星的方位角相近，以便日后方位调整方便。

3.座架安装。在座架安装时，将立柱安装在地基上，使立柱垂直于地面.用螺母拧紧。将三角架下球头装进立柱的半圆支座上，上方用销轴固定在立柱上，转动方位是否灵活，如图6所示。

4.方位调整和俯仰调整。安装方位和俯仰调整装置时，要注意严格按照天线说明书的顺序进行安装，并注意各类螺栓和销轴安装到位。

5.反射体安装。天线反射体安装是天线安装中最困难部分，目前主要采用现场安装后整体吊到座架上或者直接在天线座上安装两种方法，具体根据场地和现场工具情况来灵活安排。无论采用哪种安装方法，反射体的安装都包括安装中心体、辐射梁、扇形反射面、环粱拉杆等四个部分，如图7所示。

（1）安装中心体如果在平地上安装时，首先在座架附近选一个比反射面口径大的平地，将中心体底面支于三个同高(大于300mm)的垫块上(方木或水泥墩均可)。

（2）如果在天线座上直接安装时，将中心体上俯仰支耳与三角架上支耳用销轴联结，并安装好俯仰、方位丝杠传动装置。

（3）安装辐射粱和反射面时，要注意辐射梁和反射面的编号，安装前要确保辐射梁、反射面、中心体的编号一致，同时在安装时调整面板之间的间隙和高低，使之均匀、高度一致，并逐一用螺栓、垫圈、螺母拧紧。

图7 安装中心体、辐射梁和扇形反射面

5 环焦天线的日常使用

1. 每半年进行一次紧固件的维护；天线系统的连接紧固件包括：螺钉、螺母、平垫圈、弹簧垫圈、圆锥销等。整个环焦天线的需要紧固件连接的部分有： a .天线辐射板与中心体及主反射面板的连接；b. 副反射面及副面支架与副面支杆、主反射面的连接；c .馈源支架与中心体的连接；d .天线中心体下法兰与方位架的连接；e .座架下法兰与地脚螺栓的连接等。以上所有部位的紧固件要按时检查，发现松动处要及时拧紧，有损坏的紧固件应及时更换。

2.定期检查波纹喇叭封口材料是否破坏或漏水，尤其在冰雹或大雨之后。若波纹喇叭口破裂漏水将影响系统正常工作，应及时更换。也可以加装非金属防护罩，例如无色塑料盆，可更加有效的对天线口馈源进行保护。

3.天线系统所有外露表面均涂漆保护，为了保护天线系统的外观和寿命，涂覆层破损时，应即时补涂相应的底漆和面漆，钢质构件补涂铁红底漆，面漆均采用相应颜色醇酸磁漆

4.定期进行润滑油维护天线的旋转系统。俯仰轴、方位轴、转动关节处涂上黄油,在常温下每1～2个月重新涂抹一次；丝杠加润滑油201润滑油脂保护，在常温下，每一个季度注油一次。

5.为防止卫星天线遭受雷击，天线上方应安装避雷针，并定期测试接地电阻。接地电阻应小于4欧姆。

6.多台风地区，容易造成天线方位偏转或天线抛物面变形以及支撑轴偏移，影像信号通信，甚至造成中断。因此，可对天线进行拉线式固紧。分别在天线的上、下、左、右四个方向设立四根钢筋拉绳，钢筋拉绳安装时采用轻微吃力，防止钢绳将天线拉变形。若遇强风，钢绳就能起到紧固作用，以减小风压负荷，防止天线损坏、变形。