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1、天线是卫星通信系统的重要组成部分，是地球站射频信号的输入和输岀通道，天线系统性能的优劣影 响整个通信系统的性能。地球站与卫星之间的距离遥远，为保证信号的有效传输，大多数地球站采用 反射面型天线。反射面型天线的特点是方向性好，增益高，便于电波的远距离传输。反射面的分类方法很多，按反射面的数量可分为双反射面天线和单反射面天线；按馈电方式 分为正馈天线和偏馈天线；按频段可分为单频段天线和多频段天线；按反射面的形状分为平板天线和抛物面天线等。下文对一些常用的天线作简单介绍。1.抛物面天线抛物面天线是一种单反射面型天线，利用轴对称的旋转抛物面作为主反射面，将馈源置于抛 物面的焦点F上，馈源通常采用喇叭天
2、线或喇叭天线阵列，如图1所示。发射时信号从馈源向抛物面辐射，经抛物面反射后向空中辐射。由于馈源位于抛物面的焦点上，电波经抛物面反射后，沿抛物面 法向平行辐射。接收时，经反射面反射后，电波汇聚到馈源，馈源可接收到最大信号能量。图 1 抛物面天线抛物面天线的优点是结构简单，较双反射面天线便于装配。缺点是天线噪声温度较高；由于 采用前馈，会对信号造成一定的遮挡； 使用大功率功放时， 功放重量带来的结构不稳定性必须被考虑。2 卡塞格伦天线卡塞格伦天线是一种双反射面天线，它由两个发射面和一个馈源组成，如图2 所示。主反射面是一个旋转抛物面，副反射面为旋转双曲面，馈源置于旋转双曲面的实焦点F1 上，抛物面
3、的焦点与旋转双曲面的焦点重合， 即都位于 F2 点。从从馈源辐射出来的电磁波被副反射面反射向主反射面， 在主反射面上再次被反射。 由于主反射面的焦点与副反射面的焦点重合， 经主副反射面的两次反射后， 电波平行于抛物面法向方向定向辐射。 对经典的卡塞格伦天线来说， 副反射面的存在遮挡了一部分能 量，使得天线的效率降低， 能量分布不均匀， 必须进行修正。 修正型卡塞格伦天线通过天线面修正后， 天线效率可提高到 0.7 0.75 ，而且能量分布均匀。目前，大多数地球站采用的都是修正型卡塞格伦 天线。卡塞格伦天线的优点是天线的效率高，噪声温度低，馈源和低噪声放大器可以安装在天线后方的射频箱里， 这样可
4、以减小馈线损耗带来的不利影响。 缺点是副反射面极其支干会造成一定的遮挡图2卡塞格伦天线3. 格里高利天线格里高利天线也是一种双反射面天线，也由主反射面、副反射面及馈源组成，如图3所示。与卡塞格伦天线不同的是，它的副反射面是一个椭球面。馈源置于椭球面的一个焦点F1上，椭球面的另一个焦点F2与主反射面的焦点重合。格里高利天线的许多特性都与卡塞格伦天线相似，不同的 是椭球面的焦点是一个实焦点，所有波束都汇聚于这一点图3格里高利天线4. 环焦天线对卫星通信天线的总要求是在宽频带内有较低的旁瓣、较高的口面效率及较高的 G/T值，当 天线的口面较小时，使用环焦天线能较好地同时满足这些要求。因此，环焦天线特
5、别适用于 VSAT地 球站。环焦天线由主反射面、副反射面和馈源喇叭三部分组成，结构如图4所示。主反射面为部分旋转抛物面，副反射面由椭圆弧 CB绕主反射面轴线0C旋转一周构成，馈源喇叭位于旋转椭球面的一 个焦点M上。由馈源辐射的电波经副反射面反射后汇聚于椭球面的另一焦点M , M是抛物面0D的焦点，因此，经主反射面反射后的电波平行射岀。由于天线是绕机械轴的旋转体，因此焦点M构成一个垂直于天线轴的圆环， 故称此天线为环焦天线。环焦天线的设计可消除副反射面对对电波的阻 挡，也可基本消除副反射面对馈源喇叭的回射，馈源喇叭和副反射面可设计得很近，这样有利于在宽4所示，AA间频带内降低天线的旁瓣和驻波比，
6、提高天线效率。缺点是主反射面地利用率低，如图的区域没有作用图4环焦天线5. 偏馈型天线无论是抛物面天线，还是卡塞格伦天线，都有一个缺点，总有一部分电波能量被副反射面阻挡，造成天线增益下降，旁瓣增益增高。可以使用天线偏馈技术解决这个问题。所谓偏馈天线，就是 将馈源和副反射面移岀天线主反射面的辐射区，这样就不会遮挡主波束，从而提高天线效率，降低旁 瓣电平。偏馈型天线广泛应用于口径较小的地球站。这类天线的几何结构比轴对称天线的结构要复杂得多，特别是双反射面偏馈型天线，其馈源、焦距的调整要复杂得多。图5偏馈天线6. 双频段天线如果使用频率选择表面（FSS作副反射面，就可以构成双频段天线。FSS是一种空间滤波器， 通过在空间放置周期性的金属贴片或金属缝隙构成，它在某些频率可让电磁波无衰减的通过，而在另外一些频率将电磁波完全反射。 其结构及电磁特性如图6所示，在频率fi电磁波被完全反射，在频率 f2电磁波完全通过。如果我们使用这样的 FSS作副反射面，并使馈源1工作在fi,馈源2工作在f2, 则两个馈源可无干扰地工作在同一副天线上，如图7所示。利用相同地原理，可制成多频段天线，这 种技术已在卫星上得到应用。这种天线地优点是可有效利用反射面，降低天线重量。IlliFSS的給构If的电雀特怦图6 FSS的结构及电磁特性图7双频段天线