通信工程中天線系統(tǒng)的校準(zhǔn) - 全文

在微波通信中，對(duì)于天線方位角的校準(zhǔn)，傳統(tǒng)的方法是根據(jù)設(shè)計(jì)要求的角度，按經(jīng)緯儀的指示來(lái)調(diào)整出天線的初始水平方位角和俯仰角度，然后兩微波站的天線輪流上、下、左、右轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)捕捉對(duì)方的信號(hào)。1個(gè)天線有2個(gè)角度變量，即水平角和俯仰角，在兩個(gè)微波站間的2個(gè)天線要求校準(zhǔn)其方位角度，共有4個(gè)獨(dú)立變量要校準(zhǔn)。然而由于現(xiàn)場(chǎng)條件的限制，按經(jīng)緯儀指示調(diào)整出來(lái)的方位角度與設(shè)計(jì)要求誤差較大，給調(diào)整工作帶來(lái)很大的困難，往往需要花上一兩天的時(shí)間才能完成。

在微波通信工程實(shí)踐中，我們總結(jié)以往經(jīng)驗(yàn)，提出了“重錘線法”。所謂重錘線法，就是在天線口徑平面前方，用1條細(xì)線掛上1個(gè)重錘，以重錘線作為基準(zhǔn)線，調(diào)整天線的俯仰角，使天線口徑平面與這條重錘線平行或重合，則天線就垂直于地平面，以此作為天線在垂直方向上的初始俯仰角。由于重錘線很細(xì)，天線口徑平面較大，所以調(diào)整好的天線垂直度誤差很小。這樣就把兩個(gè)天線的4個(gè)要調(diào)整的角度變量簡(jiǎn)化為各自的水平方位角了。

1　兩微波站的天線－天線系統(tǒng)校準(zhǔn)

用重錘線法把兩個(gè)微波站的天線都調(diào)整到垂直位置后，固定天線垂直位置，兩個(gè)天線同時(shí)來(lái)回轉(zhuǎn)動(dòng)各自的水平方位角，轉(zhuǎn)動(dòng)幾個(gè)來(lái)回后，就有機(jī)會(huì)使兩個(gè)天線指向互相平行，兩個(gè)站的微波機(jī)就出現(xiàn)接收到對(duì)方信號(hào)的讀數(shù)指示。此時(shí)，再對(duì)每個(gè)天線的俯仰、水平角度進(jìn)行微調(diào)，使微波機(jī)收信指示達(dá)到最大為止，兩個(gè)微波站的天線方位角度的校準(zhǔn)便完成了。

2　兩微波站的天線－反射板－天線系統(tǒng)校準(zhǔn)

在天線－反射板－天線系統(tǒng)中，反射板也有2個(gè)可調(diào)角度，即俯仰角和水平方位角。在這個(gè)系統(tǒng)中共有6個(gè)獨(dú)立可變角度參量要調(diào)整，是極其復(fù)雜的。傳統(tǒng)的校準(zhǔn)方法是根據(jù)設(shè)計(jì)要求的角度，按經(jīng)方位角作為初始角度，然后，反射板每俯下一個(gè)小角度，天線就分別上、下、左、右來(lái)回轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)整其俯仰、水平方位角，直到天線收到對(duì)方的信號(hào)再細(xì)調(diào)。由于現(xiàn)場(chǎng)條件限制，用經(jīng)緯儀根據(jù)設(shè)計(jì)要求調(diào)整出來(lái)的初始角度與設(shè)計(jì)角度誤差較大，在這樣的復(fù)雜系統(tǒng)中，給校準(zhǔn)帶來(lái)了更大的困難。

如何將復(fù)雜系統(tǒng)的調(diào)整工作簡(jiǎn)化？用分段調(diào)整法。所謂分段調(diào)整法，就是把天線A－反射板B－天線C系統(tǒng)，分解為天線A－反射板B和反射板B－天線C這2個(gè)小系統(tǒng)，在反射板B下面，用1個(gè)便攜式小天線接上1個(gè)便攜式高靈敏度功率計(jì)作接收信號(hào)指示，來(lái)代替反射板B。這樣，一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)就分解成天線A—小天線及小天線—天線C這2個(gè)簡(jiǎn)單的小段了。

用重錘線法來(lái)調(diào)整長(zhǎng)距離段，如天線A—小天線段，用天線A的微波機(jī)作信號(hào)源，小天線的功率計(jì)作接收?qǐng)鰪?qiáng)指示，調(diào)整到功率計(jì)讀數(shù)指示最大時(shí)，即天線A就被認(rèn)為對(duì)準(zhǔn)了反射板B。對(duì)于另一短距離小天線—天線C段，用天線C的微波機(jī)作信號(hào)源，小天線的功率計(jì)作為接收?qǐng)鰪?qiáng)指示。此段距離近，可以望見(jiàn)，容易調(diào)整。待功率計(jì)的讀數(shù)指示調(diào)到最大，即天線C也就對(duì)準(zhǔn)了反射板B。然后再調(diào)整反射板B的角度，反射板從垂直位置開(kāi)始，每俯下一個(gè)小角度，就在水平方向來(lái)回轉(zhuǎn)動(dòng)1次。在反射板的調(diào)整過(guò)程中，A，C兩個(gè)天線就能收到對(duì)方發(fā)來(lái)的信號(hào)并在微波收信機(jī)上指示出來(lái)。最后再微調(diào)天線A、天線C和反射板B，待兩個(gè)站的微波收信機(jī)指示達(dá)到最大為止，則整個(gè)天線－反射板－天線系統(tǒng)的水平、俯仰角度就校準(zhǔn)好了。

3　調(diào)整實(shí)例

九峰—樂(lè)昌微波傳輸段，中間插入了反射板，如圖1所示。

用1個(gè)便攜式、直徑為1．2 m的小天線接上1個(gè)便攜式能指示－65 dB的高靈敏度功率計(jì)放在反 射板下面。

調(diào)整步驟如下：

a）調(diào)整九峰—反射板段
用九峰站的微波發(fā)信機(jī)作為信號(hào)源，在反射板下面的小天線接功率計(jì)作接收?qǐng)鰪?qiáng)指示。因?yàn)榇硕尉嚯x較遠(yuǎn)，用重錘線法進(jìn)行調(diào)試，待功率計(jì)讀數(shù)指示達(dá)到最大，則九峰站的天線就被認(rèn)為是對(duì)準(zhǔn)了反射板。

b）調(diào)整反射板—樂(lè)昌站段
因?yàn)榇硕尉嚯x近，用眼睛就能互相望到，所以調(diào)整就很容易。用樂(lè)昌站微波發(fā)信機(jī)作信號(hào)源（此時(shí)應(yīng)關(guān)掉九峰站微波發(fā)信機(jī)的信號(hào)，以免小天線收到九峰站來(lái)的信號(hào)而對(duì)功率計(jì)讀數(shù)指示造成干擾），在反射板下面的小天線接功率計(jì)作接收?qǐng)鰪?qiáng)指示。調(diào)整兩個(gè)天線，待功率計(jì)讀數(shù)指示達(dá)到最大，則認(rèn)為樂(lè)昌站天線對(duì)準(zhǔn)了反射板。

c）調(diào)整反射板角度
用九峰站、樂(lè)昌站的微波收發(fā)信機(jī)作信號(hào)源和接收?qǐng)鰪?qiáng)指示。
反射板從垂直位置開(kāi)始，每俯下一個(gè)小角度，就在水平方向上轉(zhuǎn)動(dòng)1個(gè)來(lái)回。因?yàn)樵谏蟽蓚€(gè)步驟中，九峰、樂(lè)昌站的天線均已對(duì)準(zhǔn)了反射板，在調(diào)整過(guò)程中，反射板俯到某一個(gè)位置時(shí)，九峰、樂(lè)昌的微波收信機(jī)就能指示出接收到對(duì)方的信號(hào)。待兩邊的微波收信機(jī)的接收信號(hào)指示達(dá)到最大，反射板的俯仰、水平方位角就初步調(diào)整好了。

d）系統(tǒng)微調(diào)
在前三個(gè)步驟完成后，逐一對(duì)九峰站天線、樂(lè)昌站天線、反射板的俯仰、水平角度進(jìn)行微調(diào)，直到兩個(gè)站的微波收信機(jī)指示最大為止。整個(gè)系統(tǒng)的水平、俯仰角就校準(zhǔn)完畢。此步驟是必要的，在大信號(hào)下進(jìn)行微調(diào)，才能提高角度調(diào)整的精確度。

4　討論

從天線方向圖的主瓣特性來(lái)考慮，主瓣特性表明了天線在主要通信方向上場(chǎng)強(qiáng)的分布情況，半功率角是主瓣兩側(cè)電磁場(chǎng)功率變化在最大輻射方向上的功率值下降一半（即3 dB）時(shí)的夾角。

設(shè)兩個(gè)微波站相距40 km，均用直徑為3 m的拋物面天線，其半功率角為0．8°。40 000 m×sin0．8°＝528 m，表明當(dāng)兩個(gè)天線間的高程差在528m范圍內(nèi)時(shí)，均處在對(duì)方天線的半功率角內(nèi)，可 很好地接收到對(duì)方天線發(fā)來(lái)的信號(hào)。3 m直徑的拋物面天線的半功率角為0．8°，2 m直徑的拋物面天線的半功率角為1．5°，1．2 m直徑的拋物面天線的半功率角為3°。所以天線的垂直位置可以作為天線的初始俯仰角來(lái)處理，就使兩個(gè)天線的4個(gè)獨(dú)立可變角度簡(jiǎn)化為只有水平方位角度的二變量系統(tǒng)。