多頻道微波分配系統(tǒng)天線設(shè)計(jì)研究

何建鋒

摘 要：多頻道微波分配系統(tǒng)是國(guó)際上發(fā)展最快使用最普遍的一種電視節(jié)目傳輸系統(tǒng)，具有很廣闊的發(fā)展前景和空間。多頻道微波分配系統(tǒng)的重點(diǎn)在于天線設(shè)計(jì)，這需要根據(jù)實(shí)際需求結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)多頻道微波分配系統(tǒng)的天線設(shè)計(jì)。本文對(duì)微波技術(shù)做了簡(jiǎn)單分析，對(duì)兩種天線設(shè)計(jì)模式進(jìn)行的分析研究，以期提升相關(guān)工作。

關(guān)鍵詞：多頻道微波；分配系統(tǒng)；天線設(shè)計(jì)；研究

多頻道微波分配系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)是微波技術(shù)，其使電視行業(yè)得到了巨大的進(jìn)步發(fā)展。天線設(shè)計(jì)需要考慮實(shí)際需求，就我國(guó)實(shí)際而言，使用最多的就是MMDS天線系統(tǒng)，根據(jù)不同的使用場(chǎng)合調(diào)整方位平面角度，以達(dá)到切實(shí)的使用目的。

1 微波技術(shù)簡(jiǎn)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(wú)線電波簡(jiǎn)稱。通常微波的波長(zhǎng)在一毫米到一米之間，按照波長(zhǎng)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(wú)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(gè)基本性質(zhì)，水和食物就可以吸收微波達(dá)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(huì)吸收微波；金屬性質(zhì)的物體會(huì)使微波發(fā)生反射。

由于微波的波長(zhǎng)更長(zhǎng)，因此其比紅外線、遠(yuǎn)紅外線等一些輻射加熱的電磁波具有更加優(yōu)良的穿透性。在微波穿過(guò)介質(zhì)的時(shí)候，能夠和介質(zhì)分子產(chǎn)生相互作用，微波粒子具有了微波能可以強(qiáng)化介質(zhì)分子的熱運(yùn)動(dòng)，使其震動(dòng)頻率大幅上升。一般，介質(zhì)分子的震動(dòng)頻率和微波頻率是成正相關(guān)的，微波頻率越高，介質(zhì)分子震動(dòng)越劇烈，對(duì)介質(zhì)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(wú)法破壞介質(zhì)內(nèi)部分子之間的連接鍵，也無(wú)法改變介質(zhì)內(nèi)部分子的結(jié)構(gòu)。值得注意的是，并非全部介質(zhì)都是如此，微波能可以破壞橡膠內(nèi)部分子之間的分子鍵，進(jìn)而對(duì)廢棄橡膠進(jìn)行再生。根據(jù)物理學(xué)的相關(guān)知識(shí)可知，原子核如果處在外部電場(chǎng)環(huán)境下，可以在周期性的電磁力作用下表現(xiàn)出許多共振現(xiàn)象，這些共振現(xiàn)象都保持在微波范圍內(nèi)。由此可見(jiàn)，微波可以成為研究物質(zhì)基本性質(zhì)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的有效方式，甚至可以根據(jù)這一性質(zhì)制作一些微波器件用于實(shí)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(shù)百到上千赫茲，可以分為多個(gè)頻道設(shè)計(jì)使用方案，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于低頻無(wú)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(tǒng)都是在微波頻段進(jìn)行數(shù)據(jù)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(tǒng)的天線設(shè)計(jì)淺析

2.1 同軸縫隙天線陣簡(jiǎn)要分析

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

根據(jù)計(jì)算機(jī)計(jì)算軟件可以對(duì)不同角度下的波束寬度進(jìn)行計(jì)算，一般可以選取90o，180o，270o和360o這幾個(gè)角度，以圓軸方向的縫隙配置和圓柱直徑的參數(shù)進(jìn)行基本計(jì)算。根據(jù)實(shí)驗(yàn)計(jì)算結(jié)果，二元縫隙陣單元間距為90o。計(jì)算結(jié)果為93o，實(shí)驗(yàn)結(jié)果為91o；一元縫隙的計(jì)算結(jié)果是189v，實(shí)驗(yàn)結(jié)果是172o。可見(jiàn)在不同角度下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，一元縫隙、二元縫隙陣和三元縫隙陣的計(jì)算結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果都存在一定的差距，說(shuō)明角度的影響還是比較明顯的。下圖為180o波束實(shí)測(cè)寬度和計(jì)算寬度圖。

從圖中不難看出，在180o的條件下，實(shí)測(cè)寬度和計(jì)算寬度存在較為明顯的區(qū)別。所以，在進(jìn)行天線設(shè)計(jì)時(shí)，角度的考量是十分重要的，對(duì)多頻道微波分配系統(tǒng)的發(fā)展具有極其重要的作用。

2.2 圓柱上的對(duì)稱振子陣簡(jiǎn)要介紹

對(duì)稱振子使用十分廣泛，具有經(jīng)典的理論基礎(chǔ)，使用方式也很多樣。對(duì)稱振子即指兩臂長(zhǎng)度相等的振子，單臂長(zhǎng)度為波長(zhǎng)的四分之一，全臂長(zhǎng)度為波長(zhǎng)的二分之一，該類振子就被稱為半波對(duì)稱振子。單一的半波對(duì)稱振子可以用作天線的反饋源，既可以單獨(dú)使用，也可以配合其他技術(shù)。多個(gè)半波對(duì)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(duì)稱振子，其具有普通半波對(duì)稱振子的部分性質(zhì)，但又和普通半波振子存在一定的區(qū)別。

根據(jù)經(jīng)典理論的描述，可以將多元對(duì)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(duì)稱振子陣，進(jìn)而獲取縫隙方向圖。對(duì)對(duì)稱振子天線圓周方向?qū)嶒?yàn)結(jié)果顯示，二元對(duì)稱振子陣計(jì)算結(jié)果為360o，實(shí)驗(yàn)結(jié)果也為360o；一元對(duì)稱振子陣計(jì)算結(jié)果187o，實(shí)驗(yàn)結(jié)果為189o。由此可見(jiàn)，對(duì)稱振子陣相對(duì)于同軸縫隙天線陣而言，可靠性和穩(wěn)定性更加良好，性能更加強(qiáng)大。這兩種天線設(shè)計(jì)方案各有優(yōu)劣，不僅解決了MMDS天線的設(shè)計(jì)難點(diǎn)，具有非常廣闊的應(yīng)用空間。

3 結(jié)束語(yǔ)

多頻道微波分配系統(tǒng)主要是電視行業(yè)的重要技術(shù)，能夠?qū)﹄娨曅袠I(yè)的發(fā)展起到積極的推動(dòng)作用。多頻道微波分配系統(tǒng)的天線設(shè)計(jì)主要有同軸縫隙天線陣以及圓柱對(duì)稱振子陣兩種模式，使用時(shí)需要根據(jù)實(shí)際情況選擇合適方案進(jìn)行天線設(shè)計(jì)。

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