天饋系統(tǒng)除了保證足夠高的增益和盡可能低的天線噪聲，將接收到的微弱電波有效地饋給高頻頭的低噪聲放大器外，還應(yīng)提供正確的天線指向和極化方式。另外，天線系統(tǒng)要具有足夠高的承受風(fēng)荷的能力。


一 天線的類型

天線分旋轉(zhuǎn)極化天線和非旋轉(zhuǎn)極化天線。旋轉(zhuǎn)極化天線有螺旋線天線和拋物面天線兩種。后者又有兩種基本形式，一種稱為主焦點拋物面天線，它只有一個反射面，是前饋型的；另一種稱為卡塞格倫天線，是后饋型的，它除了主反射面(拋物面)以外，還有副反射面(雙曲面)，電波經(jīng)兩次反射后才集中到一點。主焦點天線簡單，但性能較差；卡塞格倫天線的低噪聲前置放大器可以放在拋物面的背后，可以防止陽光照射，特別適合在熱帶的衛(wèi)星電視接收站使用，但成本較高。

此外，還有平板天線和環(huán)焦天線等，前者使用輕便，適合家庭接收用；后者減小了天線旁瓣，提高了接收效率。為了靈活地接收不同衛(wèi)星上的電視節(jié)目，還生產(chǎn)出一種電動極軸天線。該天線除了原有的天線、饋源外，還設(shè)有電動機(jī)減速傳動天線機(jī)構(gòu)和微機(jī)控制的天線控制器。

有些有線電視系統(tǒng)采用多焦點拋物面天線，用一個固定天線同時接收多顆衛(wèi)星的電視信號。這種天線裝有多個饋源，可以形成多個波束，每個饋源分別接收來自不同衛(wèi)星的信號。其反射器使用變形的球面或拋物面，例如用球面上截取的矩形，或用兩種曲線構(gòu)成反射器，水平方向是園弧，垂直方向是拋物線的一部分。

大型衛(wèi)星通信站的拋物面天線直徑為15~30m，中型為4~10m，家用直播衛(wèi)星電視Ku頻段接收天線可小至0.5m。目前我國C頻段衛(wèi)星電視接收站多用1.5~3m天線，Ku波段用0.75~1.5m天線。隨著天線、饋源的效率和性能的提高，以及低噪聲放大器噪聲溫度的降低，天線直徑可減小。


二 天線的饋源系統(tǒng)

饋源是天線的心臟，它用作高增益聚集天線的初級輻射器，為拋物面天線提供有效的照射。

(1)有合適的方向圖。饋源初級方向圖不能太窄，否則拋物面不能被全部照射；但也不能太寬，以免功率泄漏過多。另外，初級方向圖應(yīng)接近于旋轉(zhuǎn)對稱，最好沒有旁瓣和尾瓣。

(2)有理想的波前。圓拋物面天線要求饋源的波前為球面，以確保該相位中心與焦點重合時拋物面口徑場的相位均勻分布。否則，會引起天線方向圖畸變、增益下降、旁瓣升高。

(3)無交叉極化。即無干擾主極化的交叉分量，要求饋源輻射場的交叉化分量盡可能小。

(4)阻抗變化平穩(wěn)。要求在工作頻段內(nèi)，饋源的輸入阻抗不應(yīng)變化過大，以保證和饋線匹配。

(5)尺寸盡量小。完整的饋源系統(tǒng)主要由饋源喇叭、90°移相器和圓矩變換器幾部分組成。饋源按使用的方式可分為前饋饋源和后饋饋源。按衛(wèi)星頻段可分為C頻段饋源和Ku頻段饋源；目前已開發(fā)出C和Ku頻段的共用饋源。前饋饋源一般應(yīng)用于普通的拋物面天線，后饋饋源一般應(yīng)用于卡塞格倫天線。

拋物面天線常用饋源形式有角錐喇叭、圓錐喇叭、開口波導(dǎo)和波紋喇叭等。前饋饋源中使用最多的是波紋槽饋源；再有一種叫帶扼流槽的同軸波導(dǎo)饋源。后饋饋源喇叭常用的是介質(zhì)加載型喇叭，它是在普通圓錐喇叭里面加上一段聚四氟乙烯襯套構(gòu)成的。偏饋天線要選用偏饋饋源，偏饋饋源盤的波紋呈漏斗狀，而正饋饋源的波紋盤為水平狀。



三 極化器對極化波的接收

1. 極化波

電波在空間傳播時，其電場矢量的瞬時取向稱為極化。如果電波傳播時電場矢量的空間描出軌跡為一直線，它始終在一個平面內(nèi)傳播，則稱為線極化波。線極化波又有水平極化波和垂直極化波之分。若電場矢量在空間描出的軌跡為一個圓，即電場矢量是圍繞傳播方向的軸線不斷地旋轉(zhuǎn)，則稱為圓極化波。

電波的極化特性取決于發(fā)射天饋系統(tǒng)的極化特性。接收天線必須與發(fā)射天線具有相同的極化和旋向特性，以實現(xiàn)極化匹配，從而接收全部能量。若部分匹配，則只能接收部分能量。一個線極化波可以分解為兩個旋轉(zhuǎn)方向相反的圓極化波；一個圓極化波也可分解為相互正交的線極化波。所以，接收線極化波的天線也可接收圓極化波，接收圓極化波的天線也可接收線極化波，但是會有3dB的能量損失。無論是線極化天線、還是圓極化天線，都不能接收它們自己的正交分量。



2. 極化器

極化器是控制天饋系統(tǒng)極化方向的裝置，用于選擇與衛(wèi)星電視信號一致的極化型式，并抑制其它型式的極化波，以獲得極化匹配，實現(xiàn)最佳接收。現(xiàn)代衛(wèi)星電視傳輸中，還利用垂直極化與水平極化、左旋圓極化和右旋圓極化的相互隔離之特性傳送不同的電視節(jié)目，以提高衛(wèi)星的傳輸容量。圓極化波和線極化波各有優(yōu)缺點，圓極化波在穿過雨霧層和電離層時，引入的損耗小，也不存在線極化波極化面旋轉(zhuǎn)的問題，而線極化波的最大優(yōu)點是實現(xiàn)簡單。



3. 天線饋源對線極化波的接收

值得注意的是，衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器發(fā)射的線極化波是以衛(wèi)星的軸系為基準(zhǔn)來定義的。例如，廣播衛(wèi)星的水平極化波是和同步軌道在衛(wèi)星定點處的切線平行的，而垂直波是和切線垂直的。以水平波為例，圖中與衛(wèi)星定點經(jīng)度相同的地面站A，接收到的水平波沒有變化；而不同經(jīng)度的站B，接收到的水平波產(chǎn)生了傾斜，離衛(wèi)星定點經(jīng)度越遠(yuǎn)，傾斜越嚴(yán)重。為了實現(xiàn)匹配，必須對站B的饋源作相應(yīng)的極化補(bǔ)償，即轉(zhuǎn)一個角度P。而在赤道上的站C，是極端情況，在那里接收水平信號時，饋源要轉(zhuǎn)90°。



四 天線系統(tǒng)的選擇

在工程常用一些主要參量來表征天線的特性，如方向圖、主瓣寬度、副瓣電平、增益、極化、頻帶寬度、駐波比、噪聲溫度和天線的風(fēng)荷等。對C頻段天線電性能的要求，請參閱國家標(biāo)準(zhǔn)《GB11442- 95》；對Ku頻段天線電性能的要求，請參閱國家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 16954-1997》。

選擇天線時應(yīng)注意幾個問題：

(1)應(yīng)嚴(yán)格按《(標(biāo)稱)鋁板天線衛(wèi)星電視接收技術(shù)條件》中關(guān)于天線的要求進(jìn)行選擇。

(2)天線結(jié)構(gòu)是否合理。如天線支撐是否牢固、仰角和方位角調(diào)整桿螺距粗細(xì)，以及調(diào)節(jié)是否方便等。

(3)板狀天線與網(wǎng)狀天線的選擇，與用戶的站址有關(guān)。在大、中城市或工業(yè)區(qū)，因空氣污染嚴(yán)重，以選擇板式為好。若站址在山區(qū)風(fēng)力大的地方，可選合鋁網(wǎng)結(jié)構(gòu)的天線，雖然其增益比板式低，受雨雪影響也大，但其抗風(fēng)能力強(qiáng)。

(4)前饋天線與后饋天線的選擇。由于HEMT器件和低噪聲場放的出現(xiàn)，使它們可以直接連在饋源后面，克服了前饋饋線比后饋饋線損耗大的缺點，使前饋天線的噪聲溫度大大降低。目前的前饋天線僅比后饋天線增益低0.2dB左右，這對衛(wèi)星電視接收站電視信號的接收質(zhì)量影響很小。但后饋天線可以同時作為衛(wèi)星通信地球站的天線，而前饋天線不能。

(5)天線跟蹤、驅(qū)動方式的選擇。在使用大口徑天線時，多用雙軸跟蹤；在使用小口徑天線時，單軸、雙軸跟蹤方式都可采用。

天線驅(qū)動方式有手動、電力和自動三種。前兩種均是人工定位，功能簡單、造價低；第三種方式在使用雙軸跟蹤天線時，一般采用單板微機(jī)控制，具有自動選擇(精度可超過0.3°)、跟蹤某一個或預(yù)置幾個衛(wèi)星(精度可超過0.1°)等功能，從而使天線能夠迅速地找到任何一顆需要的衛(wèi)星，并以信號跟蹤方式保證天線處于最佳接收狀態(tài)。在使用單軸自動跟蹤天線時，一般采用電橋平衡方式自動記憶衛(wèi)星位置，也可以預(yù)置同步軌道上多個衛(wèi)星，并迅速找到任何一顆衛(wèi)星；但不能以信號跟蹤衛(wèi)星。

(6)采用小天線單收站(TVRO)的可能性。減小天線口徑最有效的辦法是：加大星上EIRP；降低高頻頭的噪聲溫度；提高天線的效率；降低接收機(jī)門限電平。

(7)偏饋天線的應(yīng)用與選擇。Ku頻段接收小天線有正饋與偏饋兩種，正饋Ku天線是圓拋物中心聚焦饋電式；偏饋Ku天線則大多是橢圓型或菱形偏焦饋電式。正饋Ku天線焦距相對短一些，在相同尺寸情況下，偏饋天線比正饋天線的增益略高，因此現(xiàn)階段Ku頻段小天線幾乎都是采用偏饋式的。