第四章 卫星接收系统 系系统统组组成成:天天线线、、馈馈源源、、高高频频头头、、卫卫星星接接收收机机、、功分器卫星接收天线卫星接收天线：工作原理、主要参数、馈源：工作原理、主要参数、馈源：框图、特性参数：框图、特性参数卫星接收机卫星接收机：工作原理、特性参数：工作原理、特性参数功分器功分器：特性参数、无源功分、有源功分：特性参数、无源功分、有源功分 卫星接收系统卫星天线与高频头课件卫星接收系统卫星天线与高频头课件 4.1卫星接收天线卫星接收天线1、广泛使用的卫星接收天线为反射面天线，由反射面和馈源组成2、分类：分类：按反射面与馈源的相对位置相对位置分为：前馈、后馈和偏馈天线按工作原理工作原理分为：旋转抛物面、卡塞格伦、格里高利、球形反射面天线 3、作用作用：收集电磁波2024/9/3数字卫星广播22 2卫星接收系统卫星天线与高频头课件卫星接收系统卫星天线与高频头课件 4．．1．．1 工作原理工作原理反射面天线工作原理分析方法：几何光学法几何光学法、口面场积分法、口面电流法几何光学法几何光学法两个基本出发点：①光线沿直线传播②入射角等于反射角2024/9/3数字卫星广播33 3卫星接收系统卫星天线与高频头课件卫星接收系统卫星天线与高频头课件 4．．1．．1 工作原理工作原理一、旋转抛物面天线一、旋转抛物面天线旋转抛物面天线（直径1-4.5米），又称为前馈天线。
1、抛物线定义：、抛物线定义：到一个定点（焦点）和一个直线（准线）等距离的点的运动轨迹2、抛物面形成：、抛物面形成：抛物线沿对称轴旋转一周3、抛物线方程：、抛物线方程： f—抛物线焦距4、抛物线极坐标方程：旋转抛物面的四个几何参数：、抛物线极坐标方程：旋转抛物面的四个几何参数：焦距f、口面直径d、口面半张角、抛物面厚度W关系公式2024/9/3数字卫星广播44 4卫星接收系统卫星天线与高频头课件卫星接收系统卫星天线与高频头课件 4．．1．．1 工作原理工作原理一、旋转抛物面天线一、旋转抛物面天线旋转抛物面天线（直径1-4.5米），又称为前馈天线1、抛物线定义：、抛物线定义：到一个定点（焦点）和一个直线（准线）等距离的点的运动轨迹2、抛物面形成：、抛物面形成：抛物线沿对称轴旋转一周3、抛物线方程：、抛物线方程： 2024/9/3数字卫星广播f—抛物线焦距5 5卫星接收系统卫星天线与高频头课件卫星接收系统卫星天线与高频头课件 4．．1．．1 工作原理工作原理4、旋转抛物面的四个几何参数：焦距、旋转抛物面的四个几何参数：焦距f、口面直径、口面直径d、、口面半张角口面半张角θθ0 0、抛物面厚度、抛物面厚度W。
2024/9/3数字卫星广播6几何参数之间的关系式：一、旋转抛物面天线一、旋转抛物面天线6 6卫星接收系统卫星天线与高频头课件卫星接收系统卫星天线与高频头课件 4．．1．．1 工作原理工作原理5、旋转抛物面的焦距口径比是天线的一项基本参数旋转抛物面的焦距口径比是天线的一项基本参数①①f=0.25d 中焦天线中焦天线②②f小于小于0.25d 短焦天线短焦天线③③f大于大于0.25d 长焦天线长焦天线f=0.38d 天线性能最好天线性能最好 2024/9/3数字卫星广播7一、旋转抛物面天线一、旋转抛物面天线7 7卫星接收系统卫星天线与高频头课件卫星接收系统卫星天线与高频头课件 4．．1．．1 工作原理工作原理6、抛物线的两个重要几何光学性质：、抛物线的两个重要几何光学性质：①①平行平行于抛物线于抛物线对称轴对称轴方向入射的射线经抛物线反方向入射的射线经抛物线反射后一定射后一定经过焦点经过焦点②②平行于抛物线对称轴方向入射的射线经抛物线反平行于抛物线对称轴方向入射的射线经抛物线反射后经过焦点时，射后经过焦点时，所走路程是相同的所走路程是相同的7、旋转抛物面天线的工作原理：天线对准卫星时，、旋转抛物面天线的工作原理：天线对准卫星时，卫星发射的电磁波卫星发射的电磁波平行平行于天线的轴线传播，经反于天线的轴线传播，经反射面反射后同相聚焦。
射面反射后同相聚焦同相聚焦两层含义：同相聚焦两层含义：①①电波传输电波传输距离相同，相位相同距离相同，相位相同；；②②所有反射线都经过所有反射线都经过焦点处聚焦焦点处聚焦2024/9/3数字卫星广播8一、旋转抛物面天线一、旋转抛物面天线8 8卫星接收系统卫星天线与高频头课件卫星接收系统卫星天线与高频头课件 天线的轴线偏离卫星方向，就形成散焦散焦发射和接收状态相类似 一、旋转抛物面天线一、旋转抛物面天线9 9卫星接收系统卫星天线与高频头课件卫星接收系统卫星天线与高频头课件 二、卡塞格伦天线二、卡塞格伦天线1、组成、组成卡塞格伦天线是卡塞格伦天线是双反射面天线双反射面天线它由主反射面、副它由主反射面、副反射面和馈源三部分组成反射面和馈源三部分组成主反射面主反射面是是旋转抛旋转抛物面物面，，副反射面副反射面是是旋转双曲面旋转双曲面2、主面的、主面的3个几何参数：个几何参数：焦距焦距f、直径、直径d、口面半张角口面半张角3、副面有两个焦点：虚焦点和实焦点副面有两个焦点：虚焦点和实焦点虚焦点的位虚焦点的位置与主面焦点重合置与主面焦点重合卡塞格伦天线卡塞格伦天线馈源放置在副馈源放置在副面实焦点面实焦点。
2024/9/3数字卫星广播101010卫星接收系统卫星天线与高频头课件卫星接收系统卫星天线与高频头课件 二、卡塞格伦天线二、卡塞格伦天线二、卡塞格伦天线二、卡塞格伦天线1111卫星接收系统卫星天线与高频头课件卫星接收系统卫星天线与高频头课件 二、卡塞格伦天线二、卡塞格伦天线4、双曲线的两个重要几何光学性质：、双曲线的两个重要几何光学性质：①①对准虚焦点对准虚焦点发出的射线经过发出的射线经过双曲线反射双曲线反射之后之后，，必必然经过然经过实焦点实焦点②②从反射点到两个焦点的从反射点到两个焦点的行程差为常数，行程差为常数，对于电磁对于电磁波来说就是波来说就是相位差为常数相位差为常数双曲面的作用是将焦点进行搬移双曲面的作用是将焦点进行搬移2024/9/3数字卫星广播121212卫星接收系统卫星天线与高频头课件卫星接收系统卫星天线与高频头课件 三、三、 格里高利天线格里高利天线4、双曲线的两个重要几何光学性质：、双曲线的两个重要几何光学性质：①①对准虚焦点对准虚焦点发出的射线经过发出的射线经过双曲线反射双曲线反射之后之后，，必必然经过然经过实焦点实焦点②②从反射点到两个焦点的从反射点到两个焦点的行程差为常数，行程差为常数，对于电磁对于电磁波来说就是波来说就是相位差为常数相位差为常数。
双曲面的作用是将焦点进行搬移双曲面的作用是将焦点进行搬移2024/9/3数字卫星广播131313卫星接收系统卫星天线与高频头课件卫星接收系统卫星天线与高频头课件 三、三、 格里高利天线格里高利天线1、组成、组成格里高利天线是格里高利天线是双反射面天线双反射面天线它由主反射面、副它由主反射面、副反射面和馈源三部分组成反射面和馈源三部分组成主反射面主反射面是是旋转抛旋转抛物面物面，，副反射面副反射面是是凹椭球面凹椭球面 2、主面的、主面的3个几何参数：个几何参数：焦距焦距f、直径、直径d、口面半张角口面半张角3、副面有两个实焦点：焦点、副面有两个实焦点：焦点F1和焦点和焦点F2焦点焦点F1的位置与主面焦点的位置与主面焦点F重合重合2024/9/3数字卫星广播141414卫星接收系统卫星天线与高频头课件卫星接收系统卫星天线与高频头课件 三、三、 格里高利天线格里高利天线格里高利天线有两个实焦点，一个用于发射，另一格里高利天线有两个实焦点，一个用于发射，另一个用于接收个用于接收收发共用收发共用通常可以将接收馈源安放在焦点通常可以将接收馈源安放在焦点F1处，由于这个位处，由于这个位置同时也是主面的焦点，因此接收天线就是一个旋置同时也是主面的焦点，因此接收天线就是一个旋转抛物面天线；而发射馈源则安放在焦点转抛物面天线；而发射馈源则安放在焦点F2处。
处2024/9/3数字卫星广播151515卫星接收系统卫星天线与高频头课件卫星接收系统卫星天线与高频头课件 三、三、三、三、 格里高利天线格里高利天线格里高利天线格里高利天线1616卫星接收系统卫星天线与高频头课件卫星接收系统卫星天线与高频头课件 三、三、 格里高利天线格里高利天线4、椭球的几何光学性质：、椭球的几何光学性质：①①从一个焦点发出的射线经过凹椭球面反射之后，从一个焦点发出的射线经过凹椭球面反射之后，必然经过另一个焦点必然经过另一个焦点②②从反射点到两个焦点的行程之和为常数，对电磁从反射点到两个焦点的行程之和为常数，对电磁波来说相位为常数波来说相位为常数凹椭球面的作用是将发射馈源从焦点凹椭球面的作用是将发射馈源从焦点F2变换到主反变换到主反射面焦点射面焦点于是对于发射天线来说，从焦点于是对于发射天线来说，从焦点F2处发出的射线经处发出的射线经过凹椭球面反射之后，同相聚焦在焦点过凹椭球面反射之后，同相聚焦在焦点fI处处(即主面即主面的焦点处的焦点处)，然后经过主面反射之后形成平面电磁波，然后经过主面反射之后形成平面电磁波2024/9/3数字卫星广播171717卫星接收系统卫星天线与高频头课件卫星接收系统卫星天线与高频头课件 四、四、 偏馈天线偏馈天线1、前馈天线由于馈源阻挡，后馈天线由于反射面的、前馈天线由于馈源阻挡，后馈天线由于反射面的阻挡，效率降低。
阻挡，效率降低2、偏馈天线截取前馈和后馈天线的一部分构成双、偏馈天线截取前馈和后馈天线的一部分构成双反射面的偏馈天线是格里高利型反射面的偏馈天线是格里高利型 3、偏馈天线存在偏馈角偏馈天线存在偏馈角4、按口面形状，偏馈天线分为椭圆形口面和圆形口、按口面形状，偏馈天线分为椭圆形口面和圆形口面椭圆形口面外表看是圆形椭圆形口面外表看是圆形圆形口面外表看是椭圆形圆形口面外表看是椭圆形 2024/9/3数字卫星广播181818卫星接收系统卫星天线与高频头课件卫星接收系统卫星天线与高频头课件 五、五、 球形反射面球形反射面球形反射面是球面的一部分，可用一副天线同时接球形反射面是球面的一部分，可用一副天线同时接收多颗卫星收多颗卫星2024/9/3数字卫星广播191919卫星接收系统卫星天线与高频头课件卫星接收系统卫星天线与高频头课件 4．．1．．2 主要参数主要参数 天线的主要参数天线的主要参数：增益、方向图、半功率角、等效：增益、方向图、半功率角、等效噪声温度噪声温度一、增益一、增益G1、接收天线增益的定义：、接收天线增益的定义： 设从空间各个方向上传来的电磁波场强相同，天设从空间各个方向上传来的电磁波场强相同，天线在某一方向上接收时，向负载输出的功率与一线在某一方向上接收时，向负载输出的功率与一个理想无损耗天线在该处各个方向接收时，输入个理想无损耗天线在该处各个方向接收时，输入到负载中的功率平均值之比。
到负载中的功率平均值之比即：天线增益指定向天线较全向天线对电磁波接收即：天线增益指定向天线较全向天线对电磁波接收能力大的程度能力大的程度接收天线增益最大的方向称为天线的最大接收方向接收天线增益最大的方向称为天线的最大接收方向2024/9/3数字卫星广播202020卫星接收系统卫星天线与高频头课件卫星接收系统卫星天线与高频头课件 4．．1．．2 主要参数主要参数 2、表达式、表达式2024/9/3数字卫星广播21dBλ：天线的工作波长 C波段：fo=4GHZ、λ=0.075m Ku波段：fo=12GHZ、λ=0.025mA：天线的口面面积γ：天线的效率 一、增益一、增益G2121卫星接收系统卫星天线与高频头课件卫星接收系统卫星天线与高频头课件 4．．1．．2 主要参数主要参数 2、表达式、表达式2024/9/3数字卫星广播22dBλ：天线的工作波长 C波段：fo=4GHZ、λ=0.075m Ku波段：fo=12GHZ、λ=0.025mγ：天线的效率A：天线的口面面积天线的口面面积是垂直于电波传播方向上的天线天线的口面面积是垂直于电波传播方向上的天线的横截面面积。
天线的口面面积越大，就反映了的横截面面积天线的口面面积越大，就反映了天线能够截获的电磁波能量越多，因此天线输出天线能够截获的电磁波能量越多，因此天线输出电平就越强，天线的增益也就越高电平就越强，天线的增益也就越高一、增益一、增益G2222卫星接收系统卫星天线与高频头课件卫星接收系统卫星天线与高频头课件 4．．1．．2 主要参数主要参数 3、天线的口面效率、天线的口面效率2024/9/3数字卫星广播23天线的优劣就是出天线的口面效率来确定的天线的口面效率主要依靠测量确定卫星天线的口面效率受很多因素的影响，馈源的性能对天线的口面效率的影响起主导作用γ=50～70％50％：合格、60％：良好、70％：优良4、对圆形口面的卫星天线，增益表达式： （dB）d：圆形口面的直径一、增益一、增益G2323卫星接收系统卫星天线与高频头课件卫星接收系统卫星天线与高频头课件 4．．1．．2 主要参数主要参数 三、天线的等效噪声温度（三、天线的等效噪声温度（TA A））2024/9/3数字卫星广播241、天线的等效噪声温度反映了天线接收下来并传送给天线的等效噪声温度反映了天线接收下来并传送给匹配负载的噪声功率的大小。
匹配负载的噪声功率的大小2、表达式Pn=kTAB（W）k：玻尔兹曼常数 1.38×10-23（J/K）B：接收系统带宽2424卫星接收系统卫星天线与高频头课件卫星接收系统卫星天线与高频头课件 4．．1．．2 主要参数主要参数 3、天线等效噪声温度的测量曲线、天线等效噪声温度的测量曲线2024/9/3数字卫星广播25人们经过大量的实际测量发现，尽管影响天线噪声温度人们经过大量的实际测量发现，尽管影响天线噪声温度的因素很多，但其中天线的的因素很多，但其中天线的仰角和工作波长仰角和工作波长两项因素对两项因素对噪声温度影响为最大噪声温度影响为最大三、天线的等效噪声温度（三、天线的等效噪声温度（TA））2525卫星接收系统卫星天线与高频头课件卫星接收系统卫星天线与高频头课件 4．．1．．3 馈源馈源 用于发射时，馈源系统将功率转化为电磁波用于发射时，馈源系统将功率转化为电磁波用于接收时，馈源系统将电磁波转化为电功率用于接收时，馈源系统将电磁波转化为电功率 2024/9/3数字卫星广播26一、波导与喇叭天线一、波导与喇叭天线1、喇叭天线就是波导的开口面逐渐扩大形成的喇叭天线就是波导的开口面逐渐扩大形成的。
2、波导是矩形或圆形的金属管，传播的电磁波称为导行波波导是矩形或圆形的金属管，传播的电磁波称为导行波矩形波导的主模为矩形波导的主模为TE10波，为横电波波，为横电波圆形波导的主模为圆形波导的主模为TE11波，为横电波波，为横电波3、标准矩形波导内壁的宽边和窄边长度为、标准矩形波导内壁的宽边和窄边长度为2：：14、矩形波导是线极化的，电场的极化方向为波导的窄边方、矩形波导是线极化的，电场的极化方向为波导的窄边方向对调整馈源很重要对调整馈源很重要圆形波导基本也是线极化圆形波导基本也是线极化5、波导相当于高通滤波器波导相当于高通滤波器2626卫星接收系统卫星天线与高频头课件卫星接收系统卫星天线与高频头课件 4．．1．．3 馈源馈源 2024/9/3数字卫星广播276、圆形波导是卫星天线馈源的核心组成部分圆形波导是卫星天线馈源的核心组成部分圆形波导圆形波导(圆波导圆波导) 可以可以发射发射电磁波，同时也可以电磁波，同时也可以接收接收电磁电磁波由于圆波导的结构是完全对称的，因此它既可以接收波由于圆波导的结构是完全对称的，因此它既可以接收(发射发射)圆极化波，也可以接收圆极化波，也可以接收(发射发射)线极化波。
线极化波7、圆形波导的不足、圆形波导的不足 圆形波导的开口面又称为波导辐射器，它可以辐射或接收圆形波导的开口面又称为波导辐射器，它可以辐射或接收电磁波，因此是一种最简单的口面天线形式波导的开口电磁波，因此是一种最简单的口面天线形式波导的开口面是一种面是一种弱方向性弱方向性的天线，它存在着两个明显的不足之处：的天线，它存在着两个明显的不足之处：①①由于波导开口面的面积有限，因此其增益比较低由于波导开口面的面积有限，因此其增益比较低②②由由于波导内的波阻抗与自由空间的波阻抗不匹配，因此在口于波导内的波阻抗与自由空间的波阻抗不匹配，因此在口面上存在着比较强的反射波，这样就会影响天线的口面效面上存在着比较强的反射波，这样就会影响天线的口面效率由于上述的原因，开口波导很少直接作为馈源使用由于上述的原因，开口波导很少直接作为馈源使用一、波导与喇叭天线一、波导与喇叭天线2727卫星接收系统卫星天线与高频头课件卫星接收系统卫星天线与高频头课件 4．．1．．3 馈源馈源 2024/9/3数字卫星广播288、解决的办法、解决的办法将波导的开口面逐渐地扩大，就形成了所谓的将波导的开口面逐渐地扩大，就形成了所谓的喇叭天线喇叭天线。
喇叭天线的口面面积较大，因此与开口波导相比，喇叭天喇叭天线的口面面积较大，因此与开口波导相比，喇叭天线的增益较高；另外在喇叭天线中，波阻抗是逐渐地由波线的增益较高；另外在喇叭天线中，波阻抗是逐渐地由波导的波阻抗过渡到自由空间的波阻抗，阻抗匹配状况有了导的波阻抗过渡到自由空间的波阻抗，阻抗匹配状况有了很大的改进，因此口面上的反射系数比较小很大的改进，因此口面上的反射系数比较小卫星接收或发射天线广泛使用喇叭天线作为馈源，喇叭天卫星接收或发射天线广泛使用喇叭天线作为馈源，喇叭天线的核心部分是一个直径为线的核心部分是一个直径为0.6λ至至1.1λ的圆波导的圆波导一、波导与喇叭天线一、波导与喇叭天线2828卫星接收系统卫星天线与高频头课件卫星接收系统卫星天线与高频头课件 4．．1．．3 馈源馈源 2024/9/3数字卫星广播299、圆喇叭的结构、圆喇叭的结构 圆喇叭的结构如图圆喇叭的结构如图4-16所示因喇叭内传播的电波模式为所示因喇叭内传播的电波模式为TE11被，与圆波导中的主模是一样的被，与圆波导中的主模是一样的一、波导与喇叭天线一、波导与喇叭天线2929卫星接收系统卫星天线与高频头课件卫星接收系统卫星天线与高频头课件 二、前馈馈源二、前馈馈源二、前馈馈源二、前馈馈源1 1、前馈馈源多采用、前馈馈源多采用、前馈馈源多采用、前馈馈源多采用9090度波纹喇叭，由圆波导、波纹、度波纹喇叭，由圆波导、波纹、度波纹喇叭，由圆波导、波纹、度波纹喇叭，由圆波导、波纹、圆矩变换段和法兰盘组成。
圆矩变换段和法兰盘组成圆矩变换段和法兰盘组成圆矩变换段和法兰盘组成2 2、、、、圆波导圆波导圆波导圆波导：：：：是馈源的核心部分是馈源的核心部分是馈源的核心部分是馈源的核心部分, ,馈源的相位中心在波馈源的相位中心在波馈源的相位中心在波馈源的相位中心在波导口面的内侧，距离口面很近，安装馈源时应该将导口面的内侧，距离口面很近，安装馈源时应该将导口面的内侧，距离口面很近，安装馈源时应该将导口面的内侧，距离口面很近，安装馈源时应该将相相相相位中心调整到反射而的焦点位中心调整到反射而的焦点位中心调整到反射而的焦点位中心调整到反射而的焦点f f处处处处，这样才能保证馈源的，这样才能保证馈源的，这样才能保证馈源的，这样才能保证馈源的纵向安装误差为零纵向安装误差为零纵向安装误差为零纵向安装误差为零4 4、、、、 9090度波纹喇叭：度波纹喇叭：度波纹喇叭：度波纹喇叭：为了提高馈源的效率、减小口面为了提高馈源的效率、减小口面为了提高馈源的效率、减小口面为了提高馈源的效率、减小口面的反射、改善馈源的方向图，在圆波导的外部安装的反射、改善馈源的方向图，在圆波导的外部安装的反射、改善馈源的方向图，在圆波导的外部安装的反射、改善馈源的方向图，在圆波导的外部安装一个或多个波纹，构成一个或多个波纹，构成一个或多个波纹，构成一个或多个波纹，构成9090度波纹喇叭度波纹喇叭度波纹喇叭度波纹喇叭。
4．．1．．3 馈源馈源 3030卫星接收系统卫星天线与高频头课件卫星接收系统卫星天线与高频头课件 3131卫星接收系统卫星天线与高频头课件卫星接收系统卫星天线与高频头课件 二、前馈馈源二、前馈馈源二、前馈馈源二、前馈馈源5 5、、、、9090度波纹的作用：在波纹内激励的度波纹的作用：在波纹内激励的度波纹的作用：在波纹内激励的度波纹的作用：在波纹内激励的TETE1010波和波和波和波和TETE1111波叠波叠波叠波叠加，使得波纹口面的场分布均匀；改善了馈源和自由空间加，使得波纹口面的场分布均匀；改善了馈源和自由空间加，使得波纹口面的场分布均匀；改善了馈源和自由空间加，使得波纹口面的场分布均匀；改善了馈源和自由空间波阻抗匹配状况；在正负波阻抗匹配状况；在正负波阻抗匹配状况；在正负波阻抗匹配状况；在正负5050度范围内保证馈源的方向函数度范围内保证馈源的方向函数度范围内保证馈源的方向函数度范围内保证馈源的方向函数基本不变基本不变基本不变基本不变前馈式卫星接收天线大多采用它作前馈式卫星接收天线大多采用它作前馈式卫星接收天线大多采用它作前馈式卫星接收天线大多采用它作9090度波纹喇叭度波纹喇叭。
度波纹喇叭度波纹喇叭6 6、法兰盘、圆矩变换、法兰盘、圆矩变换、法兰盘、圆矩变换、法兰盘、圆矩变换作为卫星接收天线，馈源是通过作为卫星接收天线，馈源是通过作为卫星接收天线，馈源是通过作为卫星接收天线，馈源是通过法兰盘与高频头法兰盘与高频头法兰盘与高频头法兰盘与高频头连接在一连接在一连接在一连接在一起的，起的，起的，起的，由于高频头的输入端为矩形波导由于高频头的输入端为矩形波导由于高频头的输入端为矩形波导由于高频头的输入端为矩形波导，因此在馈源内，因此在馈源内，因此在馈源内，因此在馈源内部必须要设有一个圆矩变换段，将圆形波导逐步地过渡到部必须要设有一个圆矩变换段，将圆形波导逐步地过渡到部必须要设有一个圆矩变换段，将圆形波导逐步地过渡到部必须要设有一个圆矩变换段，将圆形波导逐步地过渡到矩形波导矩形波导矩形波导矩形波导4．．1．．3 馈源馈源 3232卫星接收系统卫星天线与高频头课件卫星接收系统卫星天线与高频头课件 4．．1．．3 馈源馈源从波导的正前方观察，圆波导中心有一条短的竖线，从波导的正前方观察，圆波导中心有一条短的竖线，它是它是高频头输入端内的探针高频头输入端内的探针它的方向就是天线的极。
它的方向就是天线的极化方向阻抗变换器：阻抗变换器：圆波导和矩形波导的几何形状不同，它们的波阻抗也圆波导和矩形波导的几何形状不同，它们的波阻抗也不同，为了减少反射，保证波阻抗匹配，在圆矩变换不同，为了减少反射，保证波阻抗匹配，在圆矩变换段内设有阻抗变换器，它是由两段长度为段内设有阻抗变换器，它是由两段长度为λ λ／／4 4的过渡的过渡段组成根据传输线理论，长度为段组成根据传输线理论，长度为λ λ ／／4 4的波导或馈线的波导或馈线本身就构成了阻抗变换器采用圆矩变换之后，改变本身就构成了阻抗变换器采用圆矩变换之后，改变了波导的形状，保证了阻抗匹配，同时还有利与极化了波导的形状，保证了阻抗匹配，同时还有利与极化方向的稳定方向的稳定二、前馈馈源二、前馈馈源3333卫星接收系统卫星天线与高频头课件卫星接收系统卫星天线与高频头课件 3434卫星接收系统卫星天线与高频头课件卫星接收系统卫星天线与高频头课件 三、后馈馈源1、后馈馈源是安装在主反射面上的，因此其长度不大受到限制2、后馈馈源的形式有圆喇叭、阶梯喇叭、变张角喇叭、介质加载喇叭和波纹喇叭等几种3、目前，效率最高的后馈馈源形式为波纹喇叭4．．1．．3 馈源馈源3535卫星接收系统卫星天线与高频头课件卫星接收系统卫星天线与高频头课件 3636卫星接收系统卫星天线与高频头课件卫星接收系统卫星天线与高频头课件 第四章 卫星接收系统 §卫星接收天线的类型有卫星接收天线的类型有反射面天线反射面天线和和微带天线微带天线两两种。
反射面天线是由种反射面天线是由反射面和馈源反射面和馈源两部分组成的，两部分组成的，馈源馈源 本身就是一种天线本身就是一种天线在工程上通常根据馈源在工程上通常根据馈源与反射面的相对位置，将反射面天线分为与反射面的相对位置，将反射面天线分为前馈天前馈天线、后馈天线和线、后馈天线和 偏馈天线三种形式偏馈天线三种形式，而从工作原，而从工作原理上来说，卫星广播系统中使用的反射面天线可理上来说，卫星广播系统中使用的反射面天线可以分为以分为旋转抛物面天线、卡旋转抛物面天线、卡 赛格伦天线、格里高赛格伦天线、格里高利天线、球形反射面天线利天线、球形反射面天线等几种类型等几种类型 2024/9/3数字卫星广播373737卫星接收系统卫星天线与高频头课件卫星接收系统卫星天线与高频头课件 卫星接收天线的主要参数 §一、增益（一、增益（GG）） 工作在发射状态下的天线称为发射天线，而工作在工作在发射状态下的天线称为发射天线，而工作在接收状态下的天线称为接收天线接收状态下的天线称为接收天线 一般不特别进行声明的话，天线的增益是特指最大一般不特别进行声明的话，天线的增益是特指最大辐射方向（最大接收方向）上的增益，也就是该辐射方向（最大接收方向）上的增益，也就是该天线天线 增益的最大值。
增益的最大值 根据互易定理，可以证明根据互易定理，可以证明接接收天线的增益与该天线工作在发射状态下的增益收天线的增益与该天线工作在发射状态下的增益在数值上是完全相同的，最在数值上是完全相同的，最 大辐射方向与最大接大辐射方向与最大接收方向也是一致的，故通常人们只说天线的增益收方向也是一致的，故通常人们只说天线的增益 卫星接收系统卫星天线与高频头课件卫星接收系统卫星天线与高频头课件 二、方向图与方向函数二、方向图与方向函数 §卫星天线的方向图反映了天线增益随方向的变化，为了方便起见通常采用相对增益相对增益Gr的概念来画天线 的方向图天线的方向图中的几个概念： 1、主瓣、后瓣、旁瓣、主瓣、后瓣、旁瓣 2、半功率角、前后比、旁瓣电平半功率角、前后比、旁瓣电平 3、天线的方向函数、天线的方向函数 卫星接收系统卫星天线与高频头课件卫星接收系统卫星天线与高频头课件 三、天线的等效噪声温度三、天线的等效噪声温度§卫星接收天线的等效噪声温度反映了天线接收下来的并传送给匹配负载的噪声功率的大小在忽略馈线系统的损耗以后，天线接收下来并传送给高频头的噪声功率与天线等效噪声温度的关系。
卫星接收系统卫星天线与高频头课件卫星接收系统卫星天线与高频头课件 旋转抛物面天线旋转抛物面天线 §有旋转对称抛物面和馈源构成，馈源位置为抛物面焦点，也称前馈天线或单反射面天线馈源发出的电磁波经反射面反射后沿着平行于抛物面轴线方向传播；对接收天线，当天线对准卫星时，来自卫星方向的电磁波平行与天线轴线，经反射后聚焦在馈源处卫星接收系统卫星天线与高频头课件卫星接收系统卫星天线与高频头课件 卡赛格伦天线 §由主反射面、副反射面和馈源组成，主反射面为由主反射面、副反射面和馈源组成，主反射面为旋转对称抛物面，副反射面为双曲面，副反射面旋转对称抛物面，副反射面为双曲面，副反射面的虚焦点与主反射面的焦点重合，馈源设置在副的虚焦点与主反射面的焦点重合，馈源设置在副反射面的实焦点处对发射天线，馈源发出的电反射面的实焦点处对发射天线，馈源发出的电磁波经主、副反射面两次反射后沿着平行于抛物磁波经主、副反射面两次反射后沿着平行于抛物面轴线方向传播；对接收天线，当天线对准卫星面轴线方向传播；对接收天线，当天线对准卫星时，来自卫星方向的电磁波平行与天线轴线，经时，来自卫星方向的电磁波平行与天线轴线，经两次反射后聚焦在馈源处。
两次反射后聚焦在馈源处卫星接收系统卫星天线与高频头课件卫星接收系统卫星天线与高频头课件 格里高利天线 §由主反射面、副反射面和馈源组成，主面是旋转抛物面，副面为凹椭球面副反射面有两个实焦点，一个与主面焦点重合，馈源设置在另一个实焦点处电波反射特点同卡赛格伦天线卫星接收系统卫星天线与高频头课件卫星接收系统卫星天线与高频头课件 偏馈天线偏馈天线 §偏馈天线是相对前馈天线和后馈天线而言的 实际上，偏馈天线就是截取前馈天线或后馈天线的一部分而构成的，这样馈源或副面对反射面就不产生 遮挡了，从而提高了天线的口面效率 卫星接收系统卫星天线与高频头课件卫星接收系统卫星天线与高频头课件 球形反射面天线 §球形反射面就是球面的一部分，在卫星接收系统中使用球形反射面天线的目的就是使用一副天线来同时 接收多颗卫星 球形反射面具有完全对称的几何结构，因此它是一种比较理想的接收不同方向信号的接收天线形式 卫星接收系统卫星天线与高频头课件卫星接收系统卫星天线与高频头课件 高频头 §高频头是卫星接收系统中的一个重要部件，它的性能好坏直接影响着卫星接收的质量高频头的功能是： （1）低噪声放大（2）下变频（3）中频放大 卫星接收系统卫星天线与高频头课件卫星接收系统卫星天线与高频头课件 高频头组成框图 卫星接收系统卫星天线与高频头课件卫星接收系统卫星天线与高频头课件 极轴式卫星接收天线极轴式卫星接收天线 §目前常用的卫星接收天线的支撑方式可以分为仰角方位角式和极轴式两种，大部分的卫星接收天线采用 仰角方位角式。
由于极轴式卫星接收天线调整起来比较简单，一般仅仅转动一个角度即可对相当多的卫星位 置进行跟踪，作为电动式卫星接收天线比较方便，近年来在市场上出现了许多极轴式卫星接收天线 卫星接收系统卫星天线与高频头课件卫星接收系统卫星天线与高频头课件 卫星接收天线的极化角卫星接收天线的极化角 §目前在区域性的卫星广播业务中，通常采用水平极化和垂直极化这两种正交极化方式与圆极化方式 不同，采用线极化时，要考虑由于卫星接收天线的馈源安装方向不正确而引起的极化失配问题极化失配 会产生交叉极化干扰，从而影响广播卫星的频率复用 卫星接收系统卫星天线与高频头课件卫星接收系统卫星天线与高频头课件 。