中国直播卫星采用圆极化方式.doc

中国直播卫星采用圆极化方式经过各部门多方深入细致研究，明年上半年即将发射的我国自行研制直播卫星（鑫诺2号）已确定将采用圆极化波方式。另据2004年6月11日法国阿尔卡特宇航公司（Alcatel Space）发布的消息，中国卫星通信集团公司（ChinaSat）与阿尔卡特宇航公司草签合同，向法方订购的中星9号（ChinaSat-9）广播电视直播卫星也是采用圆极化工作方式（该星计划2007年由中国长征3号乙火箭发射，当年投入使用，定点轨位是92.2°E，并称该星将和我国鑫诺2号（SinaSat-2）一起构成中国第一代广播电视卫星直播系统，同时也将用于2008年北京奥运会的广播电视转播）。现就卫星工作的极化问题进行一些技术性讨论，尤其重点计论圆极化问题，可供今后接收我国直播卫星信号和商界研制产品时参考。 极化与极化波的基本概念 所谓极化通常是指与电波传播方向垂直的平面内，瞬时电场矢量的方向。我们设XOY平面是与电波传播方向垂直的平面，在该平面内的电场矢量E总可以用Ex和Ey两个分量来表示，如图1所示。 E=ExIx+EyIy 式中Ex、Ey为E在x、y上的分量，Ix、Iy为x、y两上方向上的单位矢量。 设Ex=acosωt Ey=bcos（ωt-Φ） 式中a、b为两个分量的振幅，Φ为Ex和Ey的相位差。 下面我们分别来讨论几种情况： 1、Ex和Ey同相或者反相，此时 tgα=tgωtα= ωt 这表明合成场幅度不随时间变化，而方向随时间变化。这样，合成场矢量端点随时间变化的轨迹是一个圆，这种情况称为圆极化波。 通过上述分析得知，如果电波传播时电场矢量的空间描出的轨迹为一直线，它始终在一个平面内传播，则称为线极化波。基电场矢量在空间描出的轨迹为一个圆，即电场矢量是围绕传播方向的轴线不断地旋转，这种电波称为圆极化波。 如果观察者沿电波传播方向看去（即看着它的尾部），看到电场矢量是在向右旋转（即由左向右顺时针地转），则称为右旋圆极化波，它符合右手螺旋定则。反之，若电场矢量是在向左旋转（即由右向左逆时针旋转），则称为左旋圆极化波，它符合左手螺旋定则。 在线极化波中，一般是以地平面为基准（但卫星发射的线极化波是以卫星的轴系为基准来定义的），当极化方向与地平面平行时，称水平极化波。当极化方向与地平面垂直时，称垂直极化波。 电波的极化特性取决于发射天馈系统的极化特性。发射右旋极化波的天馈系统为右旋极化天线，同理，有左旋极化天线、水平与垂直线极化天线等。接收天线必须具有与发射天线相同极化且旋向相同的特性，以实现极化匹配，才能接收到全部能量。若部分匹配，则只能接收部分能量。由于一个线极化波可以分解为两个旋转方向相反的圆极化波，一个圆极化波也可分解为两个相互正交的线极化波（但两个相位差90°），所以接收线极化波的天线可以接收圆极化波，接收圆极化波的天线也可以接收线极化波，但是要有3dB的能量损失。无论是线极化天线，还是圆极化天线都不能接收它们自己的正交分量。例如，接收右旋圆极化波的天线，不能接收左旋圆极化波（接收垂直极化波的线极化天线也不能接收水平极化波）。因此，右旋或左旋圆极化天线只能发射或接收右旋或左旋圆极化波，对两者不能混淆。现代的卫星电视接收天线，大多都装有控制天馈系统极化方向的装置--极化器，来选择与卫星电视信号一致的极化型式，并抑制其他型式的极化波，以获得极化匹配，实现最佳接收。同时，现代卫星电视传输中，尚利用垂直极化与水平极化，左旋圆极化和右旋圆极化的相互隔离来传送不同的电视节目，以扩大卫星的传输容量。圆极化波和线极化波各有优缺点，圆极化波在穿过雨雾层和电离层时，引入的员耗小，也不存在线极化波时极化面旋转问题，因此接收圆极化波信号时圆极化接收天线基本上不需要进行极化调整（编者注：即无极化调整），而且在同时接收临近二颗卫星的不同极化波时圆极化的隔离度好。而线极化波的最大优点是实现简单，并且接收馈源成本低，价格便宜。 一般来说，国际通信卫星发射的电波大多数是圆极化波，而我国的通信卫星（或区域性卫星）发射的电波多是线极化波。 抛物面天线的圆极化馈源 抛物面天线的馈源按使用的方式可分为前馈馈源、后馈馈源和偏馈馈源；按卫星频段分为C频段馈源和Ku频段馈源。目前国内外已经开发出C和Ku频段的共用馈源。前馈馈源一般用于普通抛物面天线，后馈馈源一般用于卡塞格伦天线，偏馈馈源用于偏馈抛物面天线。一个完整圆极化馈源系统由馈源喇叭、90°移相器、圆矩变换器等组成。图2为后馈源配置图；图3为从馈源末端看向喇叭的透视图，图中0°~180°平面为移相器销钉平面（移相器也可以采用介质移相片方式，其移相的原理是相同的），矩形框边为圆矩变换器末端的矩形波导口。