天线工程设计基础课件第7章圆极化天线.pptx

第7章 圆极化天线;7. 1 圆极化天线的基本概念及用途;　　在无线通信中，无线电波到达接收点的时候，其电场对地球表面来说，通常有两种电波分量：一种是垂直分量，一种是水平分量。通常，我们所说的天线极化是指最大辐射方向或最大接收方向的极化。当垂直分量和水平分量的相位相同或相差 180° 时，则合成的电场为线极化，其电场矢量始终在同一平面。合成的电场幅度 E 随时间 t 作周期性的变化，但是方向不变。对于合成电场中垂直于地面的电波，称为垂直极化波，与地面平行的电波称为水平极化波。;如果电场的垂直分量和水平分量相等，相位相差为 90° (或 270° )的电波称为圆极化波；其合成电场幅度 E 不变，但方向随时间而改变。 E 的矢量在一圆上并以角速度ω 匀速旋转。从垂直于传播方向的任意固定平面上往传播方向观察，圆极化波的电场强度向量以顺时针方向旋转叫做右旋圆极化，以反时针方向旋转叫做左旋圆极化。在一般的情况下，无线电波电场分量的幅度和相位都是任意值，其合成电场 E 的矢量端一般为一个椭圆，称为椭圆极化。椭圆极化也有右旋椭圆极化和左旋椭圆极化之分。;　　在传统的单极化收发系统中，电波信号的发射与接收往往存在一个天线的极化对准匹配问题。如果某天线只能发射或接收线极化波，则它是线极化天线。若发射天线是圆极化，则接收天线也必须是圆极化的，而且两者的极化方向必须相同(也叫做极化匹配)。当来波的极化方向与接收天线的极化方向不一致时，接收到的信号就会变小，也就是说，发生极化失配。例如：当用 ±45° 线极化天线接收垂直极化波或水平极化波，或者用垂直极化天线接收 ±45° 极化波时，都要产生极化失配。;用圆极化天线接收任一线极化波，或者用线极化天线接收任一圆极化波时，也必然发生极化失配——只能接收到来波能量的一半。当接收天线的极化方向与来波的极化方向完全正交时，例如用水平极化天线接收垂直极化波，或用右旋圆极化天线接收左旋圆极化波时，天线就完全接收不到来波的能量，这种情况下极化损失为最大，称为极化完全隔离。但有些情况下，我们需要利用这种交叉极化。比如：收发共用天线或双频天线就是利用了主极化和交叉极化相隔离的特性，从而达到收发隔离或双频隔离的目的。;　　不同物体对电磁波的反射特性与波的极化状态有很大关系，而圆极化波又具有一些独特的性能，因此在现代设备中的应用越来越广泛，主要表现在以下几个方面。　　(1)圆极化天线调整容易，易于用户接收电视信号。　　由于地面天线信号是以卫星天线的极化方向为基准的，所以对于圆极化，只需对准卫星，即可接收到满意的电视图像信号，不需要进行极化方向调整。　　对使用线极化天线的卫星，由于避免不了极化偏转的产生(不同地区极化角不同)，因此需要旋转地面天线馈源(即调整极化)才能使信号最强。;　　对广大直播卫星电视用户来说，使用线极化不仅在调整极化上存在较大的技术困难，而且安装上也会带来不便。即使提供专业的技术支持服务，使用线极化也很难在短时间内迅速有效地进行，因此对直播卫星电视用户很不方便。尤其是我国占人口大多数的农村用户和偏远地区用户，由于受到各种条件的限制，调整天线极化的难度进一步加大。　　使用圆极化的接收终端只需考虑机械安装，告知中国亿万用户所在地区天线的方位角和仰角，便可实现非专业人员的安装与运维服务，有利于 BSS 业务推广并可降低运营成本。;　　(2)使用圆极化更易于实现双星同轨同频备份。　　如果同轨是两个线极化卫星，要求两颗星初始极化角一致。如果极化初始角不一致，将无法实现两颗卫星的同频备份，只能是完全的整星转换。在整星转换时，地面接收天线还需重新调整极化。然而，使用圆极化的两颗同轨备份的卫星，可采用交叉方式互为备份，便于各自星上的能源温控管理，使卫星处于较佳的工作状态。;　　(3)圆极化更加适宜移动接收。　　我国疆域辽阔，东部人口比较集中，西部人口居住分散，还有漫长的海岸线、诸多岛屿以及数万公里的国境线和数以千万的牧民、边防哨所的子弟兵等，全国每天有数以万计的移动车辆，每天有八千万至一亿的移动人口，均适宜用圆极化天线接收电视节目。　　总之，圆极化天线的应用范围日益扩大，有其广阔的前景。因此，了解圆极化波性能、研究圆极化天线是十分重要而有意义的。;7. 2 圆极化天线的实现途径及基本形式;　　例如：有两个波，其电场矢量分别为 E 1 、 E 2 。 E x 和 E y 分别指的是电场的 x 分量和 y分量的复振幅值。两个波的频率相同，其合成波要实现圆极化，则必须要满足以下三个条件：　　(1)在直角坐标系中，两个波的电场矢量在空间中必须相互垂直，即;　　(2 两个波的电场矢量随时间变化的相位相差 90° ，即　　(3)两个波的电场的幅度必须相等，即　　综合以上