衛(wèi)靜 李英杰

【摘要】【摘要】針對傳統(tǒng)平板動中通衛(wèi)星通信天線相位調(diào)試過程中相位補償實測值與計算值之間誤差較大的問題，本文提出了一種平板動中通衛(wèi)星通信天線補償相位塊的相位調(diào)試方法，該方法通過多次計算平板動中通衛(wèi)星通信天線水平極化和垂直極化的相位差，對補償相位進行修正，從而減小補償相位誤差，提高相位補償?shù)臏蚀_度，使平板動中通衛(wèi)星通信天線的水平極化和垂直極化相位相同，可以有效提高平板動中通衛(wèi)星通信天線系統(tǒng)的交叉極化隔離度，提升平板動中通衛(wèi)星通信天線系統(tǒng)的整體性能。

【關(guān)鍵詞】平板動中通;相位補償;相位誤差;交叉極化隔離度

中圖分類號：TN929? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2022.08.018

在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，為了充分利用頻率資源，Ku通信頻段大多采用正交線極化的方式來實現(xiàn)頻率復(fù)用。為了使頻率復(fù)用的通信系統(tǒng)能夠可靠的工作，就要求正交線極化的信道之間必須保持適當?shù)慕徊鏄O化隔離度，因而Ku通信頻段平板動中通衛(wèi)星天線的交叉極化隔離度的好壞就成為了衡量其性能的一項重要指標。一般情況下，要求等效口徑為0.6m＼0.75m＼0.9m的平板動中通衛(wèi)星通信天線的正極化交叉極化隔離度指標不小于30dB，45度斜極化交叉極化隔離度的指標不小于20dB。

而在實際工程中，為了保證正極化交叉極化隔離度以及45度斜極化交叉極化隔離度的性能，通常需要使用電動極化器來調(diào)整極化的方向，從而實現(xiàn)變極化發(fā)射或者變極化接收，同時需要使用相位塊對其進行校相，使得水平極化的相位和垂直極化的相位同相后輸出。傳統(tǒng)的平板動中通衛(wèi)星通信天線補償相位的方式為，先分別測試出平板動中通衛(wèi)星通信天線子陣的水平極化相位和垂直極化相位，用水平極化相位減去垂直極化相位計算出兩個極化之間的相位差之后，直接補償一個與對應(yīng)的相位差值相接近的相位塊對其進行校相。但是通常以這種方式補償相位后的實測值與計算值偏離較大，平板動中通衛(wèi)星通信天線實際的交叉極化隔離度通常無法滿足技術(shù)指標的要求。

為了解決上面所述的問題，本文提出了一種適用于平板動中通衛(wèi)星通信天線的優(yōu)化相位補償準確度的方法，經(jīng)實際工程驗證，該方法可以有效改善相位補償實測值與計算值之間的誤差，提高平板動中通衛(wèi)星通信天線系統(tǒng)的交叉極化隔離度。

1. 系統(tǒng)方案

Ku頻段平板動中通衛(wèi)星通信天線通常由平板陣列天線、網(wǎng)絡(luò)、合體雙工器、發(fā)射相位塊、接收相位塊、發(fā)射電動極化器以及接收電動極化器組成，如圖1所示。

相位補償調(diào)試的流程圖如圖2所示：

具體的調(diào)試方式分為以下幾個步驟：

首先分別測試出平板動中通衛(wèi)星通信天線各個天線子陣水平極化的相位值以及垂直極化的相位值θ1，用水平極化相位減去垂直極化相位，計算出水平極化相位和垂直極化相位之間的相位差值，然后選擇相位差值相等的或者相位差值誤差范圍不超過4°的天線子陣組成平板動中通衛(wèi)星通信陣列天線。通常等效口徑為0.6m和0.75m的平板動中通衛(wèi)星通信天線由4個天線子陣組成，等效口徑為0.9m的平板動中通衛(wèi)星通信天線由8個天線子陣組成，各子陣天線之間的相位差值θ1均小于等于4°。

將平板動中通衛(wèi)星通信陣列天線的水平極化端口和垂直極化端口分別通過波導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)接入合體雙工器，等效口徑為0.6m和0.75m的平板動中通衛(wèi)星通信天線使用一分四網(wǎng)絡(luò)，等效口徑為0.9m的平板動中通衛(wèi)星通信天線使用一分八網(wǎng)絡(luò)。然后在合體雙工器的末端分別對該平板動中通衛(wèi)星通信陣列天線的水平極化相位和垂直極化相位進行測試，用水平極化相位減去垂直極化相位，計算出此時狀態(tài)下水平極化和垂直極化的相位差值θ2。

在系統(tǒng)中補償一個與θ2相位值相等或相近的相位塊，相位塊的一端連接合體雙工器的末端，另一端連接電動極化器。即合體雙工器的發(fā)射端補償一個發(fā)射相位塊，再與發(fā)射電動極化器相連接，合體雙工器的接收端補償一個接收相位塊，再與接收電動極化器相連接。

在電動極化器的末端利用反極化法分別測試平板動中通衛(wèi)星通信陣列天線的水平極化相位和垂直極化相位。反極化法調(diào)試方法如下：首先將測試用的標準增益喇叭天線設(shè)置在垂直極化方向，然后轉(zhuǎn)動電動極化器，轉(zhuǎn)動到一定位置后使得垂直極化方向的電平值調(diào)至最小值，此時保持電動極化器位置不動，將標準增益喇叭天線順時針旋轉(zhuǎn)90°至水平極化方向，這時的電平值即為水平極化方向的電平最大值，讀取此時的相位值即為平板動中通衛(wèi)星通信陣列天線的水平極化相位值。同理，利用上述反極化法，可測試出平板動中通衛(wèi)星通信陣列天線的垂直極化相位值。

用步驟4測得的水平極化相位值減去垂直極化相位值θ3，計算出此狀態(tài)下水平極化和垂直極化的相位差值。若相位差值θ3≤3°，則認為補償?shù)南辔粔K滿足系統(tǒng)需求，調(diào)試結(jié)束。若相位差值θ3>3°，則調(diào)節(jié)調(diào)諧螺釘繼續(xù)調(diào)整相位塊的相位值，使其相位滿足要求。

相位塊有兩個端口，如圖3所示，分別為彎口和直口，彎口接水平極化，直口接垂直極化。彎口相位滯后直口相位的度數(shù)即為該相位塊的相位值。當上述步驟5中的相位值無法滿足要求時，為進一步調(diào)節(jié)相位塊彎口與直口的相位差，在直口的側(cè)壁上進行打孔插入調(diào)諧螺釘，調(diào)整調(diào)諧螺釘旋進旋出的位置使其相位偏移量與θ3相一致，將調(diào)整后的相位塊補償進平板動中通衛(wèi)星通信天線系統(tǒng)。

重復(fù)上述步驟4，利用反極化法測試電動極化器末端的水平極化相位值和垂直極化相位值，用水平極化相位減去垂直極化相位，計算出此狀態(tài)下水平極化和垂直極化的相位差值θ4，若相位差值θ4≤3°，則認為補償?shù)南辔粔K滿足系統(tǒng)要求，若相位差值θ4>3°，則繼續(xù)重復(fù)此步驟，直至相位差值滿足要求，調(diào)試結(jié)束。

2. 測試結(jié)果

按照上述7個步驟對平板動中通衛(wèi)星通信天線進行相位補償調(diào)試之后，采用對星法測試平板動中通衛(wèi)星天線的交叉極化隔離度。測試等效口徑0.6m的平板動中通衛(wèi)星通信天線，其結(jié)果如下表1所示：

可以看出，接收交叉極化隔離度和發(fā)射交叉極化隔離度的實測值均大于等于30dB，滿足平板動中通衛(wèi)星天線系統(tǒng)對于交叉極化隔離度的技術(shù)指標要求。對等效口徑為0.75m和0.9m的平板動中通衛(wèi)星通信天線采用同樣的對星法進行測試，得到的交叉極化隔離度值均大于等于30dB?？梢钥闯鲈撓辔谎a償方法確實可以有效提高交叉極化隔離度。

3. 結(jié)論

平板動中通衛(wèi)星通信天線傳統(tǒng)的相位補償方式僅計算一次天線子陣水平極化和垂直極化的相位差值，這樣補償?shù)南辔蝗菀讓?dǎo)致最終實測值與理論計算值較大的誤差，從而使得平板動中通衛(wèi)星通信天線實際的交叉極化隔離度無法滿足技術(shù)指標要求。本文所采用的方法通過多次計算水平極化和垂直極化的相位差值，對補償相位進行多次修正，從而減小相位誤差，提高相位補償?shù)臏蚀_度。經(jīng)過相位補償，可以使平板動中通衛(wèi)星通信天線的水平極化和垂直極化同相，從而有效提高平板動中通衛(wèi)星通信天線系統(tǒng)的交叉極化隔離度，提高平板動中通衛(wèi)星通信天線系統(tǒng)的整體性能，保證通信質(zhì)量。

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