微波通信工程中天线系统的校准技术

在微波通信中,对于天线方位角的校准,传统的方法是根据设计要求的角度,按经纬仪的指示来调整出天线的初始水平方位角和俯仰角度,然后两微波站的天线轮流上、下、左、右转动来捕捉对方的信号。1个天线有2个角度变量,即水平角和俯仰角,在两个微波站间的2个天线要求校准其方位角度,共有4个独立变量要校准。然而由于现场条件的限制,按经纬仪指示调整出来的方位角度与设计要求误差较大,给调整工作带来很大的困难,往往需要花上一两天的时间才能完成。

在微波通信工程实践中,我们总结以往经验,提出了“重锤线法”。所谓重锤线法,就是在天线口径平面前方,用1条细线挂上1个重锤,以重锤线作为基准线,调整天线的俯仰角,使天线口径平面与这条重锤线平行或重合,则天线就垂直于地平面,以此作为天线在垂直方向上的初始俯仰角。由于重锤线很细,天线口径平面较大,所以调整好的天线垂直度误差很小。这样就把两个天线的4个要调整的角度变量简化为各自的水平方位角了。

1 两微波站的天线-天线系统校准

用重锤线法把两个微波站的天线都调整到垂直位置后,固定天线垂直位置,两个天线同时来回转动各自的水平方位角,转动几个来回后,就有机会使两个天线指向互相平行,两个站的微波机就出现接收到对方信号的读数指示。此时,再对每个天线的俯仰、水平角度进行微调,使微波机收信指示达到最大为止,两个微波站的天线方位角度的校准便完成了。

山东11选52 两微波站的天线-反射板-天线系统校准

在天线-反射板-天线系统中,反射板也有2个可调角度,即俯仰角和水平方位角。在这个系统中共有6个独立可变角度参量要调整,是极其复杂的。传统的校准方法是根据设计要求的角度,按经方位角作为初始角度,然后,反射板每俯下一个小角度,天线就分别上、下、左、右来回转动,调整其俯仰、水平方位角,直到天线收到对方的信号再细调。由于现场条件限制,用经纬仪根据设计要求调整出来的初始角度与设计角度误差较大,在这样的复杂系统中,给校准带来了更大的困难。

如何将复杂系统的调整工作简化?用分段调整法。所谓分段调整法,就是把天线A-反射板B-天线C系统,分解为天线A-反射板B和反射板B-天线C这2个小系统,在反射板B下面,用1个便携式小天线接上1个便携式高灵敏度功率计作接收信号指示,来代替反射板B。这样,一个复杂的系统就分解成天线A—小天线及小天线—天线C这2个简单的小段了。

用重锤线法来调整长距离段,如天线A—小天线段,用天线A的微波机作信号源,小天线的功率计作接收场强指示,调整到功率计读数指示最大时,即天线A就被认为对准了反射板B。对于另一短距离小天线—天线C段,用天线C的微波机作信号源,小天线的功率计作为接收场强指示。此段距离近,可以望见,容易调整。待功率计的读数指示调到最大,即天线C也就对准了反射板B。然后再调整反射板B的角度,反射板从垂直位置开始,每俯下一个小角度,就在水平方向来回转动1次。在反射板的调整过程中,A,C两个天线就能收到对方发来的信号并在微波收信机上指示出来。最后再微调天线A、天线C和反射板B,待两个站的微波收信机指示达到最大为止,则整个天线-反射板-天线系统的水平、俯仰角度就校准好了。

3 调整实例

九峰—乐昌微波传输段,中间插入了反射板,如图1所示。

 

  用1个便携式、直径为1.2 m的小天线接上1个便携式能指示-65 dB的高灵敏度功率计放在反 射板下面。

调整步骤如下:

a)调整九峰—反射板段

用九峰站的微波发信机作为信号源,在反射板下面的小天线接功率计作接收场强指示。因为此段距离较远,用重锤线法进行调试,待功率计读数指示达到最大,则九峰站的天线就被认为是对准了反射板。

b)调整反射板—乐昌站段

因为此段距离近,用眼睛就能互相望到,所以调整就很容易。用乐昌站微波发信机作信号源(此时应关掉九峰站微波发信机的信号,以免小天线收到九峰站来的信号而对功率计读数指示造成干扰),在反射板下面的小天线接功率计作接收场强指示。调整两个天线,待功率计读数指示达到最大,则认为乐昌站天线对准了反射板。

c)调整反射板角度

用九峰站、乐昌站的微波收发信机作信号源和接收场强指示。

反射板从垂直位置开始,每俯下一个小角度,就在水平方向上转动1个来回。因为在上两个步骤中,九峰、乐昌站的天线均已对准了反射板,在调整过程中,反射板俯到某一个位置时,九峰、乐昌的微波收信机就能指示出接收到对方的信号。待两边的微波收信机的接收信号指示达到最大,反射板的俯仰、水平方位角就初步调整好了。

d)系统微调

在前三个步骤完成后,逐一对九峰站天线、乐昌站天线、反射板的俯仰、水平角度进行微调,直到两个站的微波收信机指示最大为止。整个系统的水平、俯仰角就校准完毕。此步骤是必要的,在大信号下进行微调,才能提高角度调整的精确度。

4 讨论

从天线方向图的主瓣特性来考虑,主瓣特性表明了天线在主要通信方向上场强的分布情况,半功率角是主瓣两侧电磁场功率变化在最大辐射方向上的功率值下降一半(即3 dB)时的夹角。

设两个微波站相距40 km,均用直径为3 m的抛物面天线,其半功率角为0。8°。40 000 m×sin0。8°=528 m,表明当两个天线间的高程差在528m范围内时,均处在对方天线的半功率角内,可 很好地接收到对方天线发来的信号。3 m直径的抛物面天线的半功率角为0。8°,2 m直径的抛物面天线的半功率角为1。5°,1。2 m直径的抛物面天线的半功率角为3°。所以天线的垂直位置可以作为天线的初始俯仰角来处理,就使两个天线的4个独立可变角度简化为只有水平方位角度的二变量系统。

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