电磁兼容(EMC)设计与整改
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陈茗卓

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波导转换器实现C波段卫星天线秒变Ku波段卫星天线

摘要
本文主要介绍了自行研发的一套波导转换器,实现在C波段卫星接收天线的馈源部分不改变原有馈源物理结构情况下,直接加装波导转换器,改用Ku 波段高频头,调星后即可接收到Ku波段卫星信号,发明研制的波导转换装置安装方便、简单实用,接收性能指标优良,可达到广播级的使用要求。
一、研发背景
卫星通信在广电系统发射台站应用非常普及,目前常用的卫星接收天线分为C波段和Ku波段两种,馈源系统与接收天线的结构是相匹配的,因此天线厂家在设计生产卫星接收天线的馈源系统时,固定的分成了C波段和Ku波段接收馈源,但两种馈源的结构设计与功能作用是基本相同的,即用波纹环状的结构聚集更强的电磁波束能量,即“集波、聚能”两大功能。
在我台节目传输机房的实际工作中,C 波段接收天线备用有余,而Ku波段接收天线备份不足,为了将闲置多余的C波段接收天线充分发挥使用价值,我们本着简单、实用、节省经费的原则,想在不改变C波段馈源物理结构的情况下,通过研发一套波导转换器,即可解决用C波段天线接收Ku波段信号的实际问题。
经过半年多的理论分析、测绘和产品实验,终于研制成功了波导转化器,通过频谱仪对改造后接收Ku波段信号各项性能的测量和比较,与原装Ku波段接收天线在接收性能、指标上基本无差异,达到了广播级的使用要求,通过此项装置的研发,不仅解决了本单位实际使用需求,节约了维护经费,具有较大的社会推广价值。


回帖(3)

罗宏达

2019-6-13 14:21:22
二、技术设计方案
1、卫星天线通信原理简要介绍
(1)卫星通信中卫星接收天线的组成及作用
卫星通信是指地球上(包括地面、水面和低层大气中)的无线电通信站之间和用人造卫星作中继站而进行的通信。它工作在微波波段(3GHz—30GHz)。卫星通信系统示意图如图一。

图1、卫星通信系统示意图
卫星接收系统一般包括天线,馈源,高频头。天线一般是一个金属抛物面,把来自空中的卫星信号能量反射会聚成一点(焦点),馈源是在抛物面天线的焦点处设置一个聚拢卫星信号的喇叭,称为馈源,意思是馈送能量的源,要求将会聚到焦点的能量全部收集起来并将信号传送给高频头处理,起到卫星信号接收汇聚的作用,一般天线口径越大,接收信号越强、品质越高。常用卡塞格伦天线结构示意如图二。

图2、卡塞格论天线结构示意图
(2)卫星接收天线的类型
卫星接收天线的主要类型分为反射面天线和微带天线两种。反射面天线是由反射面和馈源两部分组成,馈源本身就是一种天线。在工程上通常根据馈源与反射面的相对位置,将反射面天线分为前馈天线、后馈天线和偏馈天线三种形式。在工作原理上说,卫星广播系统中使用的反射面天线可以分为旋转抛物面天线、卡塞格伦天线、格里高利天线、球形发射天线等类型。
(3)常用卡塞格伦天线馈源系统分析
在标准卡塞格伦天线上常用圆锥喇叭天线作为馈源盘,主要利用它的结构简单、频带较宽,方向性要求不高的优点。馈源的组成形式可根据实际应用做出组合,一般有以下两种:① 若同时接收圆极化波(左旋、右旋),其馈电系统如图三,通过馈源喇叭、极化变换器、极化分离器,送到LNA。② 若卫星转发器发射的是线极化波,同时接收垂直极化和水平极化波时,则可以省去极化变换器部分,如图四所示。

图3、同时圆极化波的馈电系统

图4、同时线极化波的馈电系统
2、波导转换器介绍
(1)波导转换器使用位置
在卫星接收天线的馈源部分,接收不同波段卫星信号时,为了最大功率传输微波信号,圆波导的几何尺寸不同。传统的C波段馈源系统,使用符合C波段传输的波导器件;Ku波段馈源系统,使用符合Ku波段传输的波导器件。我们所研制的波导转换器,安装在C波段的馈源系统末端,实现最大接收Ku波段信号的效果。如图五所示。

图5、加装波导转换器后接收Ku波段的馈电系统
(2)波导转换器实物照片(图六)。

图6、波导转换器实物照片
(3)波导转换器与扩频接口实物连接(图七)。


图7、波导转换器与扩频接口实物连接
(4)波导转换器和扩频接口的几何尺寸如下。

(5)波导转换器研制标准说明
波导转换器的几何尺寸,参照波导国家标准制作,并经过多次实际测试和不断改进,完成C波段到Ku波段信号接收的顺利转换,参考值如下表中蓝色和黄色处数值:

扩频接口器件:针对使用扩展频谱通信的卫星收发系统,扩频通信传输信息使用的射频带宽是信息带宽的10倍至100倍以上的通信体制,相应使用的微波波导的尺寸略有扩大,所以,此扩频接口器件需连接原波导与转换器一起使用。
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林邵嫔

2019-6-13 14:21:43
三、数据测试及实际应用效果分析
1、数据测试对象
2016年5月研制的波导转换器在国家新闻出版广电总局五七二台节传机房,安装在6米口径C波段卫星天线馈源实测,通过图八的连接方式,使用RIGOL DSA1020频谱仪和ACS1240AT数字卫星接收机进行实际数据测试。

图8、实测连接示意图
测试结果如下表:

下图为加装波导转换器后接收Ku波段亚太6号信号,频谱仪显示的卫星信标信号强度-59.72dBm。

2、实测技术分析
通过频谱仪实测信号强度的对比可以看出,接收C波段卫星信号的天线馈源系统部分加装波导转换器后,改用Ku波段高频头,通过调星即可接收到Ku信号,且信号强度变化不大,完全能够满足节目源的使用要求,方便了C波段到Ku波段的顺利接收转换。
3、实际应用效果
针对我单位卫星天线实际应用情况,在馈源部分加装本发明器件后,很方便地将闲置的C波段卫星天线改成接收Ku波段卫星信号,目前用此天线接收Ku波段亚太6号卫星,用于我台广播节目的备份节目源,信号强度稳定,接收、传送指标一切正常,通过此项研发改造,节约了我台再次安装卫星天线费用约10万元,具有较大实用推广价值。
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林芳

2019-6-13 14:21:46
四、结束语
创新是一个民族不断发展壮大的灵魂,对于长期在基层单位从事技术维护的工作人员,我们不要仅仅局限于简单地、机械地去使用和维护设备,而要不断将创新意识贯穿在平日技术维护的挖、革、改中,在技术设备的日常维护使用中,只要勤于思考,创新维护思路,将维护经验与技术创新有机结合起来,通过研发和技术改造,也能使陈旧老化的技术设备发挥余热,通过不断研制出新型、实用型产品,尽可能为社会创造更大的效益,以上研发的实用型波导转换器已经申请国家专利,将进一步做好后续产品推广工作,希望能为更多兄弟单位提供借鉴,解决实际问题。
参考文献:
郭庆,王振永,顾学迈编著.卫星通信系统. 北京:电子工业出版社.2010.6
作者:
王继来| 国家新闻出版广电总局五七二台节传机房主任| 高级工程师
本文刊登于《卫星与网络》杂志2016年9月刊
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