卫星通信地球站收发射频设备技术性能指标浅释（二）--地球站天馈设备性能技术指标浅释
甘仲民
【摘 要】射频设备，包括天线、接收机、发射机，是卫星通信地球站的重要组成部分，决定了通信链路的传输性能，为了保证好的通信质量、可靠性和电磁兼容性，对RF设备给出了严格的规定，构成了一整套技术指标体系，本讲座将阐明这些指标的定义和内涵，并给出案例。%RF equipment, including antenna and transceiver, is an important part of a satellite communications earth station. It determines the performance of a communication link. To guarantee good communication quality, reliability and electromagnetic compatibility, strict regulations for RF equipment are made, and a complete set of technical performance speciifcations is constructed. In this series of lectures, we will explain deifnitions and content of these technical speciifcations, and give examples in practical applications. 【期刊名称】《数字通信世界》
【年(卷),期】2015(000)001
【总页数】5页(P7-11)
【关键词】卫星通信;地球站;射频设备;技术性能指标
防火墙技术的应用【作 者】甘仲民
【作者单位】解放军理工大学通信工程学院，南京 210007
【正文语种】中 文
【中图分类】TN927+.2
如第一讲所述，天线是辐射和接收空间电磁波的装置。在卫星通信地球站中，微波、毫米波天线通常由主反射面、馈源（喇叭）构成，天线是收发共用的，为此，要通过双工器来实现，这些部、器件便组成了完整的天馈设备。衡量天馈设备的主要技术指标有：工作频段、天线方向图、增益、电压驻波比、噪声温度、功率容量、馈源插入损耗、极化方式及有关性能（极化隔离度、圆极化时的轴比等）、双工器收发隔离度、旁瓣特性等。关于工作频段的要求，第一讲中已经说明，这里对其余性能指标阐述如下。
另类论坛1 天线方向图
天线的方向图表示天线辐射参量（包括辐射功率、场强幅度和相位、极化等）随方向变化的空间分布图形，通常是指从远区场点观察的辐射特性。实际中我们最关心的是天线辐射能量的空间分布，由于功率与场强的平方成正比，因此，主要研究辐射强度随空间方向变化的方向图。 天线方向图是一个三维立体图形，可用极坐标或直角坐标来表示。如图1所示，是某一天线用三维直角坐标表示的立体方向图。
图1 三维立体天线方向图示例
工程上一般采用两个相互正交的主平面上的方向图来表示天线的方向性，这两个主面称为E面和H面。E面是通过天线辐射最大方向并平行于电场矢量的平面；H面是通过天线辐射最大方向并垂直于E面的平面。天线方向图有许多波瓣，其中主瓣（也称为主波束）为包含辐射最大方向的波瓣，旁瓣是除主瓣外沿其他方向的某一波瓣，通常第一旁瓣是诸多旁瓣中最大的。图2是直角坐标表示的典型的E面方向图。
图2 E面天线方向图举例
2 半功率波瓣宽度
以辐射强度最大方向为参考、辐射功率下降一半（3dB）时的波束宽度称为主瓣的半功率波瓣宽度（HPBW），简称为主瓣宽度或波瓣宽度或波束宽度，如图2所示。通常可以用主瓣宽度来表示天线辐射是否集中，方向性的强弱。主瓣宽度愈小，方向图愈尖锐，表示天线辐射愈集中，即方向性越强。
以度数（°）表示时，半功率波瓣宽度可通过下式求得：
包装机械结构与设计式中，λ为工作波长；D为天线口径。如工作于6GHz（波长为0.05m）、口径为10m的天线，利用上式可求得 =0.35°。
3 天线增益
在相同半径r的球面上，实际天线辐射最大方向上的功率通量密度与各向同性辐射体的功率通量密度的比值，称为天线增益。增益 是天线输入功率的放大倍数要说明，无线电磁波的
功率通量密度定义是指，假想发射天线位于一球体的中心，从天线向外辐射功率，辐射方向与球体表面垂直，球体的单位表面积上通过的功率。
在面天线中，天线增益是按下列公式计算：
式中，λ是工作波长；A是天线面积；ηA是天线效率，是由于天线种种不理想因素所造成。东莞三级地震
对于具有圆对称的反射面天线，其增益可用天线口（直）径（D）表示为sheldon lee glashow
当天线面积甚大时，天线增益是很大的数值，为方便，常用其分贝数表示：
由于天线增益是以各向同性天线的辐射功率通量密度为参考的，其单位也表为dBi。
当知道天线的口径和增益值时，便可通过上面的公式算出相应的天线效率，从中得知天线的技术水平。例如，工作于C频段、口径为2.4m的偏馈抛物面天线，已知在6GHz（发射）、4GHz（接收）的增益分别为41.4dB，38.2dB，利用式（3）可推算得天线效率分别为0.6，0.65，这是此型天线效率的典型数值。
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4 旁瓣电平
天线除主瓣方向的辐射外，在其他方向上也存在辐射，所形成的方向图称为旁瓣（见图2），为了获得良好的电磁兼容性，避免对其他系统产生有害的干扰，也避免其他系统对地球站自身产生的干扰，旁瓣要尽量低，通常用旁瓣电平（dBi）表示，例如进行协调和干扰估算用时，ITU-R对地球站天线旁瓣要求的建议（适用于2～30GHz范围内的频率）是
式中，φmin=1°或100λ/D(°)取其中较大者，φ即图2中的θ。
为方便起见，有时旁瓣电平也以主瓣峰值为参考。如上面所举2.4m的偏馈抛物面天线，以主瓣峰值为参考，其第一旁瓣电平为－14dB，表示在4GHz该旁瓣增益为24.2dBi。
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