浅谈抛物面天线的拼装与天线面的精度.pdf

有线电视技术 卫星广播 l 拼装与 天线面 的 精度 郝树 田 天线被广泛应用 于通信 导航 定位 雷达 射电 天文 卫星广播 电视等国防军事 国民经济 的各个领 域中 作为天线主体之一的天线结构 对保证整体 的 电气性能发挥着极其重要的作用 1 引 言 现代科学技术的飞速发展 也促使现代机械设 备 当然包括 天线结构 正在 向着高速 高效 高精 度 的方向发展 加之现代计算机技术的应用 使数据的 处理 日臻完善 从 而使产品结构得到优化 缩短 了产 品设计与制造周期 也使得结构和电气性能更加统 一 更加合理 相应的价格也开始不那么昂贵了 天线 结构是一高精度的机械结构 因为它要保证天线的方 位角与俯仰角符合要求 而且还能在各种不同环境 不 同条件下正常运转 如天线架在海岸边 架在高山 上 天线装在舰船上 而且天线的抗风能力有着 明确 的要求 如对一般的卫星广播电视小 口径接收站天 线而言 要求抗风能力为 8级正常工作 l O级风降精 度工作 l 2级风不破环 天线朝天锁定 但对地球站 而言 作为通信使用要求能在风速 3 0 m s 相 当于 9 l O级风 的条件下连续工作 同时对雨 雪 冰以及特 殊地区的酸雨 腐蚀性气体及粉尘污染等都有要求 这些都增加了机械结构 的要求 但不论结构如何 它 的最终 目的是保证其电气性能指标 使其正常运转 所以天线结构是一典型的机电一体化产品 因此天线 口径不论大小 都一样的体现着机电一体化于一身 2 简 介抛物面 天线 的结构 天线结构形式随着其用途的不同而不同 从机动 情况分 天线有可动 移动 车载 与固定之分 从馈源 位置分 前馈 正馈 偏馈 后馈之分 从反射面的几 何形状看 有圆抛物面的天线与非 圆反射面天线 如 赋形波束天线 之分 从反射面的面板构成看 有实体 板状面板和网状面板两种 在实体板状面板 中又分为 单块的 俗称 整锅 形式和多块扇形面板 的瓜瓣拼装 而成 一般情况下单块面板用拉伸成形 再铆接 辐射 筋条 组成 多块扇形面板之间是用螺栓联接 背部有 多根撑杆 并有 中心筒 小 口径的天线拼装后 中间是 一 个圆孔 也有扇形面板到现场 等反射面首架拼装 完毕 再把面板直接铆接到瓜瓣 的骨架上 不论哪种 形式 总之这些部分统称为 背架支撑 从反射面使 用的材料分 有铝板 铝合金 镀锌钢板 玻璃钢之分 不管天线形式 如何 但它们都有一个共 同点 那就是 具有馈源 反射面 背架支撑结构 结构形式 的不同 各有其优缺点 板状实体面板中单块的 整锅 形式的 突出优点是 加工成形的精度 高 性能好 成本低 强 度高 其突出缺点是运输不方便 天线 口径受到限制 对于多块 扇面板拼装而成 的天线其最大优点是运输 方便 口径不受限制 大多数卫星广播电视 上行站一 般都使用 7 3 m和 9 m天线 3 天线反射面精度 天线结构既是一高精度 的机械结构 又是一典型 的机电一体化产 品 它的最终 目的是保证其 电气性能 要求 因此 有必要对天线反射面精度对电气性能之 间的关系给以了解 才能做到拼装天线时手动心明 一 丝不苟完成天线的拼装工作 反映天线电气性能的重要指标之一就是增益 当 反射面为理想设计曲面 则反射面的电磁波在 口面上 将为一等相位面 从而不会造成天线增益下降 但是 实际上天线表面由于a n T 公差 致使表面出现凹凸不 平 从而使 电波散射而 引起电磁波 的路程差 或称光 程差 使天线 口面不再是等相位 而导致天线增益的 2 0 0 3年第 1 2期 总第 1 3 2期 维普资讯 卫星广播 有线电视技术 下降 也就是说天线反射面有个效率问题 当反射面 的精度和设计一致时天线效率最高 当反射面的精度 有所下降时 其效率也相应下降 此时天线增益 也随 之下降 为了定量的描述这一关系 我们引进公式为 式中 1 1 天线增益 天线表面效率 下降系数 G 广无表面误差时天线的增益 G 有 表 面误 差时天 线 的增 益 6 表面各点半光程差 的均方根值 波 长 由式中可以看出 1 有表面误差时 的增益 G 处 于式 中的分子位 置而且其值永远小于无表面误差时天线的增益 G 0 因 此其 G G o 的结果 1 1 小于 1 当 1 1 越接近 1 越说 明有 表面误差时的天线增益越接近原设计值 也就是说表 明 天线面 误差 越 小 2 式 中 6表 明为表面各点半光程差 的均方根 值 这个数值越大说明表面误差就越大 反之则越小 我们举两个例子进行 比较看结果 来说明问题 首 先 设6 斋时 代 人 上 式 得 1 1 B e 一 如 斋A e 一 0 8 3 1 1 U j 再设 6 时 代人上式得 1 f l e 一 如 e 一 半 O 3 4 从 以 上 两 个 数 值 可 以 看 出 当 取6 翕一 B Y 天 线 口 面 面积几乎相当于无误差时天线 口面面积的 8 3 在工 程中已经实属不错了 当取 6 时 天线 口面面积 几乎只相当于无误差时天线 口面面积的 5 4 也就只 相当一半 这在工程中应认真寻找原因 给以提高 3 由式 中看出和波长密切相关 目前多数使用 C频段 和 Ku频段电波进行卫星广播 电视 的传送 其 波长分 别是 7 5 c m左 右和 2 5 c m左 右 由于波长不 同 其结果是不相同的 我们选 6 时 为 C波段时取 k 7 5 c m 此时 其 值 为 7 5 c m 3 0 2 5 ra m 为 K u波 段 时 取 2 5 c m 此时其值为 2 5 c m 3 0 0 8 ra m 说明对于天线反射面而言 K u波段的天线反射 面要求的光洁度 允许出现的公差要比 C波段天线反 射面要求高得多 差着一个数量级 在实际工程 中 用 手去触摸 C波段天线反射面时 应当有可以感觉到的 毫米级的凹凸不平 但对于 Ku波段而言用手去触摸 天线反射面时应觉察不 到半点凹凸不平 的感觉 当然 确定反射面表面精度是否合格 还是要通过现代测量 技术进行测量和在实践 中天线工作是否达到预期 目 标为衡量的尺度 4 抛物面天线拼装时精度的保证 由厂家生产 出来的抛 物面天线 的精度都 应当是 符合要求保证质量的 当然是指国家定点生产厂 的有 生产许可证 产 品合格证 的产品 除此之外不在讨论 范围内 合格的产品到了安装者 使用者手里 就存在 如何保证其产品通过安装之后 使用之后依然合格 不降低指标的问题 这就和正确的安装 调整 使用是 分不开的 除了按照产品说 明书及厂方 的技术指导进 行正确 的安装 调试 使用之外 还应当强调拼装天线 也是保证天线反射面精度的重要一环 马虎不得 在 此分述如下 4 1 单块反射面 单块反射面就是我们俗称 的 整锅 一般情况下 整锅 的尺 寸 偏 馈 天 线 有 0 3 m 0 4 m 0 4 5 m 0 5 5 m 0 6 0 m直到较大的有 0 9 0 m l m 1 2 m 1 5 m 偏 馈天线 的 口径 是以短轴长度标称 的 正馈 天线有 0 5 m 0 9 m 1 2 m 1 5 m 2 m 单块反射面可以说不存在 拼装反射面的问题 只是如何保持反射面原有精度 安装需要注意以下事项 在单块反射面尺寸较小时 安装人员决不能掉 以 轻心 一只手拿着反射面 不论从楼道 楼梯间还是 阳 台等不宽敞地方通过时极易碰撞反射面 使反射面出 现某一点凹下去或凸起来 这都将影响收看质量 应 当用双手拿稳确保不磕不碰 在空旷的楼顶等地安装时 由于 口径小重量轻 在暂时固定基座时或暂时不用反射面时 要将 反射面 妥善地放置在安 全地方 不易被人碰着 同时随时都 要防止单块反射面被风刮跑 在北京市里发生过把 2 米的整板抛物面天线从楼顶上吹到地面的事 更不要 说 小于 2米 的天 线 了 对 于较大 口径的天线 如 1 8米