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卫星通信系统中的交叉极化研究

辛德成;刘飞飞;贾亦真

【摘要】本文讲解了极化的原理,并且阐述了极化调整的重要性,总结了极化调整的

方法,旨在引导用户规范使用,从而提升卫星通信网络的稳定性,不断促进卫星通信技

术的发展.

【期刊名称】《数字通信世界》

【年(卷),期】2018(000)001

【总页数】3页(P1-3)

【关键词】交叉极化;交叉极化干扰;极化隔离度;极化隔离度测量与调整

【作者】辛德成;刘飞飞;贾亦真

【作者单位】中国卫通集团股份有限公司,北京100094;中国卫通集团股份有限公

司,北京100094;中国卫通集团股份有限公司,北京100094

【正文语种】中文

【中图分类】TN927+.2

1引言

极化隔离度测试是在卫星天线入网测试中必不可少的一项，如果极化隔离度不合格，

就会造成上行功率不足甚至是干扰反极化业务的现象。本文首先介绍交叉极化的概

念，并对如何调整天线的极化隔离度作详细介绍，最后以实例的形式分析交叉极化

干扰的排查与定位。希望能够引起卫星通信用户对极化隔离度测试的重视，并对不

合格站点采取正确的处理方法。

2基本概念

电磁波的极化是指瞬间电场分量随时间变化的方式。如果电磁场的电场矢量投影在

传播方向垂直平面的轨迹为直线，则称为线极化；如果投影为圆或椭圆，则称之为

圆极化或者椭圆极化。

2.1极化复用

卫星通信载荷设计为了充分利用有限的频谱资源，通常采用正交极化频率复用方式，

即：一个信号用水平极化，另一个信号用垂直极化；或一个信号用右旋极化，另一

个信号用左旋极化。这样在两个波束的指向区域重叠并且使用相同的频率时，通过

使用的极化方式不同来实现信号之间的隔离，就能同时转发两路信号，相当于将带

宽拓展一倍。

一般通信卫星都采用由垂直极化和水平极化构成的双线极化频率复用方式，因此本

文仅对卫星通信广播中通常采用的正交线极化方式进行讨论。

2.2极化角

卫星转发器的天线极化与地面站的天线极化定义的基准不同。卫星转发器的天线极

化是以赤道平面为基准，平行于赤道平面为水平极化，垂直于赤道平面为垂直极化；

地面站的天线极化是以地平面为基准，馈源矩形波导口窄边平行于地平面为水平极

化，垂直于地平面为垂直极化。如图1所示：

很显然，如果与卫星同经度的地球站天线就能与卫星辐射的电磁波恰好匹配，如果

与卫星经度不同的地球站天线必须旋转一个角度才能做到相互匹配。需要旋转的这

个角度θ我们就定义为极化角，其理论值计算公式如式（1）所示：

图1极化角示意图

式中，Δα是卫星经度与地面天线所在经度差（如果卫星波束中心与卫星经度相差

较大，则Δα取波束中心与地面天线所在经度差）；β是地面天线所在纬度。

2.3卫星天线交叉极化隔离度

极化隔离度，即卫星公司通常简称的CPI（或者称为XPLO），指的是正极化方向

传输的有用信号与交叉极化方向泄漏的信号功率之比。

图2信号传播示意简图

如图2所示，其数学表达式为：

由此可知，无论是上行发射天线还是下行接收天线，极化隔离度的精确调整都是非

常重要。发射天线对卫星的入网验证时，如果极化隔离度指标不达标，不仅使正极

化方向上的传输信号收到传输衰减，而且其反极化泄漏信号将会干扰反极化频带上

的业务。对于接收天线，极化隔离度指标不合格，天线接收正极化业务的同时会收

到较强的反极化业务信号，对正极化接收信号形成干扰，影响接收业务质量。

结合式（2），在理想状态下，极化隔离度还可以通过式（3）得到：

式中，Δθ是极化角偏差，也就是实际极化角与理论化角的差值。当Δθ=1.8度时，

CPI约为30db。通常卫星公司对极化隔离度都有强制性要求，例如中国卫通和亚

洲卫星公司要求至少30db，亚太卫星公司要求至少33db。

3交叉极化隔离度的测量与调整方法

为保证拟入网用户地球站及其通信链路的顺利开通，也为了防止性能不合格用户地

球站以及未标定载波进入卫星公司的卫星网络而造成干扰，通常卫星公司均有规定：

任何准备进入其卫星网络运行的地球站，必须进行入网测试。

发射天线极化隔离度是入网测试的必做项目，而单向接收天线的接收极化隔离度由

用户自行调整。理论上根据收发互易的原理，发极化隔离最佳极化角度同样也是收

极化隔离最佳的极化角度。由于制作工艺达不到理论值，往往会产生偏差，当发射

极化是最好的时候，收极化并没有达到最好，如图3所示。工程上通常以发射极

化为准，卫星公司也是执行同样的标准。

图3天线方向图测试结果

3.1静态站天线发射交叉极化