多頻道微波分配系統天線設計研究

何建鋒

摘 要：多頻道微波分配系統是國際上發展最快使用最普遍的一種電視節目傳輸系統，具有很廣闊的發展前景和空間。多頻道微波分配系統的重點在于天線設計，這需要根據實際需求結合現有技術實現多頻道微波分配系統的天線設計。本文對微波技術做了簡單分析，對兩種天線設計模式進行的分析研究，以期提升相關工作。

關鍵詞：多頻道微波；分配系統；天線設計；研究

多頻道微波分配系統的技術基礎是微波技術，其使電視行業得到了巨大的進步發展。天線設計需要考慮實際需求，就我國實際而言，使用最多的就是MMDS天線系統，根據不同的使用場合調整方位平面角度，以達到切實的使用目的。

1 微波技術簡要介紹

通常，頻率在300兆赫茲到300G赫茲之間的電磁波被稱為微波，是一類頻帶有限的無線電波簡稱。通常微波的波長在一毫米到一米之間，按照波長單位不同又可以分為毫米波、厘米波和分米波。微波也被稱為超高頻電磁波，比一般的無線電波頻率要高一些。微波與其他波一樣，具有基本的波屬性，比如波粒二象性。微波一般具有吸收、反射和穿透這三個基本性質，水和食物就可以吸收微波達到加熱的目的，比如微波爐；而瓷器、塑料和玻璃等物體則不會吸收微波；金屬性質的物體會使微波發生反射。

由于微波的波長更長，因此其比紅外線、遠紅外線等一些輻射加熱的電磁波具有更加優良的穿透性。在微波穿過介質的時候，能夠和介質分子產生相互作用，微波粒子具有了微波能可以強化介質分子的熱運動，使其震動頻率大幅上升。一般，介質分子的震動頻率和微波頻率是成正相關的，微波頻率越高，介質分子震動越劇烈，對介質的加熱效果也就越明顯。

但是，微波的微波能具有一定的上限，無法破壞介質內部分子之間的連接鍵，也無法改變介質內部分子的結構。值得注意的是，并非全部介質都是如此，微波能可以破壞橡膠內部分子之間的分子鍵，進而對廢棄橡膠進行再生。根據物理學的相關知識可知，原子核如果處在外部電場環境下，可以在周期性的電磁力作用下表現出許多共振現象，這些共振現象都保持在微波范圍內。由此可見，微波可以成為研究物質基本性質和內部結構的有效方式，甚至可以根據這一性質制作一些微波器件用于實際工作。

微波的頻率很高，但是帶寬卻比較窄。但是在較窄的帶寬下可用的頻帶在數百到上千赫茲，可以分為多個頻道設計使用方案，這遠遠優于低頻無線電波。可使用的頻帶很寬，意味著微波可以攜帶大量信息，所以目前很多通信系統都是在微波頻段進行數據傳輸。不僅如此，極化信息、相位信息以及多普勒信息都可以由微波信息提供。

2 多頻道微波下分配系統的天線設計淺析

2.1 同軸縫隙天線陣簡要分析

同軸縫隙天線正的輻射場一般可以通過公式求出，經過多年研究得出了輻射場求解公式：EΦ=Acos（π/2cosθ）M（x，Φ）/sinθ，Hθ=-EΦ/120π。這兩個式子中，M（x，Φ）為圓柱空間因子，圓柱空間因子可以根據相應的經驗公式求出。值得注意的是，x=kasinθ，其中a是相位距離。當Φ小于或等于九十度的時候，a（x，Φ）=a（x，0）-πx（1-cosΦ）/3+Δ（x，Φ）。當Φ處于九十度到一百八十度之間時，a（x，Φ）=a（x，0）-x（Φ-π/6）+Δ（x，Φ）。式中Δ是相位函數產生的偏移。將多元縫隙在圓周方向進行分散排列，布置在不同位置，就可以形成縫隙陣，進一步獲取所需的方向圖，這就是縫隙輻射方向圖。

根據計算機計算軟件可以對不同角度下的波束寬度進行計算，一般可以選取90o，180o，270o和360o這幾個角度，以圓軸方向的縫隙配置和圓柱直徑的參數進行基本計算。根據實驗計算結果，二元縫隙陣單元間距為90o。計算結果為93o，實驗結果為91o；一元縫隙的計算結果是189v，實驗結果是172o。可見在不同角度下進行實驗時，一元縫隙、二元縫隙陣和三元縫隙陣的計算結果和實驗結果都存在一定的差距，說明角度的影響還是比較明顯的。下圖為180o波束實測寬度和計算寬度圖。

從圖中不難看出，在180o的條件下，實測寬度和計算寬度存在較為明顯的區別。所以，在進行天線設計時，角度的考量是十分重要的，對多頻道微波分配系統的發展具有極其重要的作用。

2.2 圓柱上的對稱振子陣簡要介紹

對稱振子使用十分廣泛，具有經典的理論基礎，使用方式也很多樣。對稱振子即指兩臂長度相等的振子，單臂長度為波長的四分之一，全臂長度為波長的二分之一，該類振子就被稱為半波對稱振子。單一的半波對稱振子可以用作天線的反饋源，既可以單獨使用，也可以配合其他技術。多個半波對稱振子可以有效組合成為天線陣。除此之外，還有一種異型半波對稱振子，其具有普通半波對稱振子的部分性質，但又和普通半波振子存在一定的區別。

根據經典理論的描述，可以將多元對稱振子在圓周方向分散排列，將其布置在不同位置以組合成對稱振子陣，進而獲取縫隙方向圖。對對稱振子天線圓周方向實驗結果顯示，二元對稱振子陣計算結果為360o，實驗結果也為360o；一元對稱振子陣計算結果187o，實驗結果為189o。由此可見，對稱振子陣相對于同軸縫隙天線陣而言，可靠性和穩定性更加良好，性能更加強大。這兩種天線設計方案各有優劣，不僅解決了MMDS天線的設計難點，具有非常廣闊的應用空間。

3 結束語

多頻道微波分配系統主要是電視行業的重要技術，能夠對電視行業的發展起到積極的推動作用。多頻道微波分配系統的天線設計主要有同軸縫隙天線陣以及圓柱對稱振子陣兩種模式，使用時需要根據實際情況選擇合適方案進行天線設計。

參考文獻：

[1]王松強.應用于微波無損檢測的微帶陣列天線設計[J].科技創新與應用，2015.

[2]張范琦，項鐵銘，王成龍.基于LDS工藝的多頻段手機天線設計[J].杭州電子科技大學學報，2015.endprint