本文主要介紹了自行研發(fā)的一套波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器，實(shí)現(xiàn)在C波段衛(wèi)星接收天線的饋源部分不改變?cè)叙佋次锢斫Y(jié)構(gòu)情況下，直接加裝波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器，改用Ku 波段高頻頭，調(diào)星后即可接收到Ku波段衛(wèi)星信號(hào)，發(fā)明研制的波導(dǎo)轉(zhuǎn)換裝置安裝方便、簡(jiǎn)單實(shí)用，接收性能指標(biāo)優(yōu)良，可達(dá)到廣播級(jí)的使用要求。

一、研發(fā)背景

衛(wèi)星通信在廣電系統(tǒng)發(fā)射臺(tái)站應(yīng)用非常普及，目前常用的衛(wèi)星接收天線分為C波段和Ku波段兩種，饋源系統(tǒng)與接收天線的結(jié)構(gòu)是相匹配的，因此天線廠家在設(shè)計(jì)生產(chǎn)衛(wèi)星接收天線的饋源系統(tǒng)時(shí)，固定的分成了C波段和Ku波段接收饋源，但兩種饋源的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與功能作用是基本相同的，即用波紋環(huán)狀的結(jié)構(gòu)聚集更強(qiáng)的電磁波束能量，即“集波、聚能”兩大功能。

在我臺(tái)節(jié)目傳輸機(jī)房的實(shí)際工作中，C 波段接收天線備用有余，而Ku波段接收天線備份不足，為了將閑置多余的C波段接收天線充分發(fā)揮使用價(jià)值，我們本著簡(jiǎn)單、實(shí)用、節(jié)省經(jīng)費(fèi)的原則，想在不改變C波段饋源物理結(jié)構(gòu)的情況下，通過(guò)研發(fā)一套波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器，即可解決用C波段天線接收Ku波段信號(hào)的實(shí)際問(wèn)題。

經(jīng)過(guò)半年多的理論分析、測(cè)繪和產(chǎn)品實(shí)驗(yàn)，終于研制成功了波導(dǎo)轉(zhuǎn)化器，通過(guò)頻譜儀對(duì)改造后接收Ku波段信號(hào)各項(xiàng)性能的測(cè)量和比較，與原裝Ku波段接收天線在接收性能、指標(biāo)上基本無(wú)差異，達(dá)到了廣播級(jí)的使用要求，通過(guò)此項(xiàng)裝置的研發(fā)，不僅解決了本單位實(shí)際使用需求，節(jié)約了維護(hù)經(jīng)費(fèi)，具有較大的社會(huì)推廣價(jià)值。

二、技術(shù)設(shè)計(jì)方案

1、衛(wèi)星天線通信原理簡(jiǎn)要介紹

（1）衛(wèi)星通信中衛(wèi)星接收天線的組成及作用

衛(wèi)星通信是指地球上（包括地面、水面和低層大氣中）的無(wú)線電通信站之間和用人造衛(wèi)星作中繼站而進(jìn)行的通信。它工作在微波波段（3GHz—30GHz）。衛(wèi)星通信系統(tǒng)示意圖如圖一。

圖1、衛(wèi)星通信系統(tǒng)示意圖

衛(wèi)星接收系統(tǒng)一般包括天線，饋源，高頻頭。天線一般是一個(gè)金屬拋物面，把來(lái)自空中的衛(wèi)星信號(hào)能量反射會(huì)聚成一點(diǎn)（焦點(diǎn)），饋源是在拋物面天線的焦點(diǎn)處設(shè)置一個(gè)聚攏衛(wèi)星信號(hào)的喇叭，稱(chēng)為饋源，意思是饋送能量的源，要求將會(huì)聚到焦點(diǎn)的能量全部收集起來(lái)并將信號(hào)傳送給高頻頭處理，起到衛(wèi)星信號(hào)接收匯聚的作用，一般天線口徑越大，接收信號(hào)越強(qiáng)、品質(zhì)越高。常用卡塞格倫天線結(jié)構(gòu)示意如圖二。

圖2、卡塞格論天線結(jié)構(gòu)示意圖

（2）衛(wèi)星接收天線的類(lèi)型

衛(wèi)星接收天線的主要類(lèi)型分為反射面天線和微帶天線兩種。反射面天線是由反射面和饋源兩部分組成，饋源本身就是一種天線。在工程上通常根據(jù)饋源與反射面的相對(duì)位置，將反射面天線分為前饋天線、后饋天線和偏饋天線三種形式。在工作原理上說(shuō)，衛(wèi)星廣播系統(tǒng)中使用的反射面天線可以分為旋轉(zhuǎn)拋物面天線、卡塞格倫天線、格里高利天線、球形發(fā)射天線等類(lèi)型。

（3）常用卡塞格倫天線饋源系統(tǒng)分析

在標(biāo)準(zhǔn)卡塞格倫天線上常用圓錐喇叭天線作為饋源盤(pán)，主要利用它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、頻帶較寬，方向性要求不高的優(yōu)點(diǎn)。饋源的組成形式可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用做出組合，一般有以下兩種：① 若同時(shí)接收?qǐng)A極化波（左旋、右旋），其饋電系統(tǒng)如圖三，通過(guò)饋源喇叭、極化變換器、極化分離器，送到LNA。② 若衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器發(fā)射的是線極化波，同時(shí)接收垂直極化和水平極化波時(shí)，則可以省去極化變換器部分，如圖四所示。

圖3、同時(shí)圓極化波的饋電系統(tǒng)

圖4、同時(shí)線極化波的饋電系統(tǒng)

2、波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器介紹

（1）波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器使用位置

在衛(wèi)星接收天線的饋源部分，接收不同波段衛(wèi)星信號(hào)時(shí)，為了最大功率傳輸微波信號(hào)，圓波導(dǎo)的幾何尺寸不同。傳統(tǒng)的C波段饋源系統(tǒng)，使用符合C波段傳輸?shù)牟▽?dǎo)器件；Ku波段饋源系統(tǒng)，使用符合Ku波段傳輸?shù)牟▽?dǎo)器件。我們所研制的波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器，安裝在C波段的饋源系統(tǒng)末端，實(shí)現(xiàn)最大接收Ku波段信號(hào)的效果。如圖五所示。

圖5、加裝波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器后接收Ku波段的饋電系統(tǒng)

（2）波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器實(shí)物照片（圖六）。

圖6、波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器實(shí)物照片

（3）波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器與擴(kuò)頻接口實(shí)物連接（圖七）。

圖7、波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器與擴(kuò)頻接口實(shí)物連接

（4）波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器和擴(kuò)頻接口的幾何尺寸如下。

（5）波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器研制標(biāo)準(zhǔn)說(shuō)明

波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器的幾何尺寸，參照波導(dǎo)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)制作，并經(jīng)過(guò)多次實(shí)際測(cè)試和不斷改進(jìn)，完成C波段到Ku波段信號(hào)接收的順利轉(zhuǎn)換，參考值如下表中藍(lán)色和黃色處數(shù)值：

擴(kuò)頻接口器件：針對(duì)使用擴(kuò)展頻譜通信的衛(wèi)星收發(fā)系統(tǒng)，擴(kuò)頻通信傳輸信息使用的射頻帶寬是信息帶寬的10倍至100倍以上的通信體制，相應(yīng)使用的微波波導(dǎo)的尺寸略有擴(kuò)大，所以，此擴(kuò)頻接口器件需連接原波導(dǎo)與轉(zhuǎn)換器一起使用。

三、數(shù)據(jù)測(cè)試及實(shí)際應(yīng)用效果分析

1、數(shù)據(jù)測(cè)試對(duì)象

2016年5月研制的波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器在國(guó)家新聞出版廣電總局五七二臺(tái)節(jié)傳機(jī)房，安裝在6米口徑C波段衛(wèi)星天線饋源實(shí)測(cè)，通過(guò)圖八的連接方式，使用RIGOL DSA1020頻譜儀和ACS1240AT數(shù)字衛(wèi)星接收機(jī)進(jìn)行實(shí)際數(shù)據(jù)測(cè)試。

圖8、實(shí)測(cè)連接示意圖

測(cè)試結(jié)果如下表：

下圖為加裝波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器后接收Ku波段亞太6號(hào)信號(hào)，頻譜儀顯示的衛(wèi)星信標(biāo)信號(hào)強(qiáng)度-59.72dBm。

2、實(shí)測(cè)技術(shù)分析

通過(guò)頻譜儀實(shí)測(cè)信號(hào)強(qiáng)度的對(duì)比可以看出，接收C波段衛(wèi)星信號(hào)的天線饋源系統(tǒng)部分加裝波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器后，改用Ku波段高頻頭，通過(guò)調(diào)星即可接收到Ku信號(hào)，且信號(hào)強(qiáng)度變化不大，完全能夠滿(mǎn)足節(jié)目源的使用要求，方便了C波段到Ku波段的順利接收轉(zhuǎn)換。

3、實(shí)際應(yīng)用效果

針對(duì)我單位衛(wèi)星天線實(shí)際應(yīng)用情況，在饋源部分加裝本發(fā)明器件后，很方便地將閑置的C波段衛(wèi)星天線改成接收Ku波段衛(wèi)星信號(hào)，目前用此天線接收Ku波段亞太6號(hào)衛(wèi)星，用于我臺(tái)廣播節(jié)目的備份節(jié)目源，信號(hào)強(qiáng)度穩(wěn)定，接收、傳送指標(biāo)一切正常，通過(guò)此項(xiàng)研發(fā)改造，節(jié)約了我臺(tái)再次安裝衛(wèi)星天線費(fèi)用約10萬(wàn)元，具有較大實(shí)用推廣價(jià)值。

四、結(jié)束語(yǔ)

創(chuàng)新是一個(gè)民族不斷發(fā)展壯大的靈魂，對(duì)于長(zhǎng)期在基層單位從事技術(shù)維護(hù)的工作人員，我們不要僅僅局限于簡(jiǎn)單地、機(jī)械地去使用和維護(hù)設(shè)備，而要不斷將創(chuàng)新意識(shí)貫穿在平日技術(shù)維護(hù)的挖、革、改中，在技術(shù)設(shè)備的日常維護(hù)使用中，只要勤于思考，創(chuàng)新維護(hù)思路，將維護(hù)經(jīng)驗(yàn)與技術(shù)創(chuàng)新有機(jī)結(jié)合起來(lái)，通過(guò)研發(fā)和技術(shù)改造，也能使陳舊老化的技術(shù)設(shè)備發(fā)揮余熱，通過(guò)不斷研制出新型、實(shí)用型產(chǎn)品，盡可能為社會(huì)創(chuàng)造更大的效益，以上研發(fā)的實(shí)用型波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器已經(jīng)申請(qǐng)國(guó)家專(zhuān)利，將進(jìn)一步做好后續(xù)產(chǎn)品推廣工作，希望能為更多兄弟單位提供借鑒，解決實(shí)際問(wèn)題。