5、卫星通信天线技术详解

卫星通信天线技术详解

1. 天线概述

天线按功能可大致分为发射天线和接收天线。虽然这两种功能或工作模式的要求显著不同，但单个天线通常可同时用于发射和接收信号。天线的许多特性，如方向性，对这两种工作模式同样适用，这是互易定理的结果。

在卫星系统中，某些形式的干扰会带来特殊问题，而其他无线电系统则不会遇到。因此，在天线设计中，需特别关注控制干扰的特性以将干扰降至最低。卫星通信天线还可分为地球站天线和卫星或航天器天线。尽管天线的一般原理适用于这两类天线，但物理环境的限制导致它们的设计截然不同。

天线是发射和接收设备与空间传播路径之间的连接纽带。在发射过程中，发射机的功率放大器产生功率 (P_T)，通过馈线传输至天线。到达天线的净功率为 (P_T) 减去馈线损耗，这些损耗包括欧姆损耗和失配损耗。天线本身的损耗会进一步降低功率，使得辐射功率 (P_{rad}) 小于发射机产生的功率。在接收过程中，天线从经过的无线电波获取功率 (P_{rec})，天线和接收馈线的损耗会使到达接收机的功率 (P_R) 小于天线接收到的功率。

2. 天线互易定理

天线互易定理指出，如果在发射模式下，天线 A 终端施加的电动势在接收模式下的天线 B 中感应出电流 (I)，那么将相同的电动势施加到天线 B 的终端，会在天线 A 的终端感应出相同的电流。

互易定理有两个重要结果：一是天线在发射和接收模式下的方向图相同；二是天线在两种工作模式下的阻抗相同。

3. 坐标系

为了讨论天线的方向图，需要建立一个坐标系。常用的是球面（或极坐标）坐标系，天线位于坐标原点，空间中的远点 (P) 由坐标 (r)、(\theta