卫星天线校准程序

卫星天线校准不需要授权

以卫星电视节目的接收为例

无论是现在使用的C波段，还是Ku波段，接收天线的主要形式都是抛物面天线。对于卫星天线的调试，它包括天线的方向（仰角和方位角）、馈源的位置、极化取向和极化角调整等数项内容（可在论坛上查到所需信息）。调试天线一般在天线安装场地进行，首先要设置好卫星接收机接收电视信号的数据参数，连接好卫星接收天线上的LNB和卫星接收机、电视监视器的电缆，然后按照下面的步骤开始调整天线。

一、   天线的固定

将天线连同支架安装在天线座架上。天线的方位通常有一定的调整范围，应保证在接收方向的左右有足够的调整余地。对于具有方位度盘和俯仰度盘的天线，应使用权之方位度盘的0°与正北方向，俯仰度盘的0°与水平面保持一致。正北方向的确定，一般采用指北针测出地磁北极，再根据当地的磁偏角值进行修正，也可利用北极星或太阳确定。

较大的天线一般都采用分瓣包装运输，故在安装时，应将各部分重新组装起来。天线组装后，型面的误差、主面与副面之间的相对位置、馈源与副面的相对位置，最好应用专用工具进行校验（校准的简单方法，可以采用小镜子利用对着太阳的反射让每个投影都照着接收面）。

天线馈源安装是否合理，对天线的增益影响极大。对于前馈天线，应合馈源的相位中心与抛物面焦点重合；对于后馈天线，应将馈源固定于抛物面顶部锥体的安装孔上，并调整副反射面的距离，使抛物面能聚焦于馈源相位中心上。天线的极化器安装于馈源之后。对于线极化（水平极化和垂直极化），应使馈源输出口的矩形波导窄边与极化方向平行；对于圆极化波（如历旋圆极化波），应使矩形导波口的两窄边垂直线与移相器内的螺钉或介质片所在平面相交成45°角的位置。

二、天线方向的调整

 确定正南方向。用罗盘（或指南针）大致确定地磁南极方向，因为天线座架的实际指向一般都对着正南方向，帮可直接以天线座架的指向作参考，进行天线调整。

  进行方向调试。天线方向的调试，具体地说就是根据事先算出的仰角和方位角(最好到卫星论坛上查表资料获取，计算很烦很难)，将天线的这两个角度分别调到这两个数值上，使之对准所要接收的卫星，这就是粗调。然后再进行细调，使所收的信号最佳。粗调是基础，

 如何判断天线的仰角和方位角已调到事先所算出的角度上，根据现场的条件和个人的不同条情况，可以有多种简易而有效的方法。

1、方位角的调整

天线安装好以后，将高频头有标牌的一面水平朝上，然后利用指南针（最好是地质便携式方位仪--一百多大头，他有仰角和方位刻度）找到正南方向，并在天线的立柱上做好正南的标记。同时应了解要找的卫星方位角是正南的偏东或偏西多少度。然后找一皮尺测量立柱的周长为多少厘米，在用360度除以它，得到每厘米为多少度。然后再用方位角去除以每厘米对应的度数，也就是得到了需要转动多少厘米。即可将天线转动到附近位置。

2、仰角的调整 ，仰角应为：将计算出的仰角减去20度的值（因为采用的不同天线误差在19度～22度之间）(偏馈天线，正馈不需要)。然后将指南针放置，细调仰角使指针为计算出的差值（误差在正负1度之间），仰角常常是天线调试成败的关键。

3、极化角的调整 

天线指向调整前，高频头馈源波导口极化角P预置方向应大致正确，待收到信号后再进行细调，一般只需根据经度差（经度差=卫星所在经度-接收点经度）正负，即可大致判断极化角正负，经度差为正时极化角也为正，经度差为负时极化角也为负，经度差绝对值越大极化角也越大。

根据资料可以知道极化角的参数。现将高频头上有一横线的标记对准天线支架上的0刻度线，人站在天线口的前面，当极化角大于零度时，高频头顺时针转动；当极化角小于零度时，高频头逆时针转动。

当接收水平极化信号时，馈源波导口窄边应平行于地面，根据经度差正负及其绝对值大小预置极化角P，待收到信号后再进行微调。当接收垂直极化信号时馈源波导口宽边应平行于地面，根据经度差正负及其绝对值大小预置极化角P。Ku波段通常采用馈源一体化高频头，为便于区别有的馈源一体化高频头在其端面有“Up”标志（英文“向上”），标有“Up”端面向上即为“水平极化”，旋转90°即为“垂直极化”。

在进行上述调整时，应一边缓慢转动天线，一边注意观察电视监视器的屏幕显示和卫星接收机的信号强度指示条，注意调整到信号最强的位置固定这一项调整位置。调整时应一个项目一个项目顺序进行，每调整好一个调整点就固定住它，调整顺序是：方位角——〉仰角——〉极化角，全部参数都整好后，最后将天线固定。

三、高频头的安装与调整：

高频头的安装较为简单，将高频头的输入波导口与馈源或极化器输出波导口对齐，中间加密封橡胶垫圈，并用螺钉固紧。高频头的输出端与中频电缆线的播送相接拧紧，并敷上防水粘胶或橡皮防水套，加钢制防水保护管套效果更理想。

数字卫星电视接收时可用数码专用高频头，由于不可避免的频偏和漂移，为使接收机工作在最佳状态应对高频头输出中频频率进行微调。先让它接收卫星上的模拟信号，并降低或升高频率使噪声点最小、图像最佳，再转回进行数字台接收。

卫星天线安装公式

卫星天线安装主要调整三个角度，按先后次序分别为仰角、方位角、高频头极化角。

方位角计算公式：Az=arctg(tgX/sinY)

仰角计算公式：El=arctg[(cosXcosY-01513)/(1-cos�0�5Xcos�0�5Y)开根]

极化角=X（当X为正值，高频头顺时针转动X度，反之逆时针转动）

X=卫星经度-接收地经度

Y=接收地纬度

山东省临沂市平邑

正装天线。（就是锅面基本上是立起的，基本平放就是倒装）

仰角4075度，由于小锅的高频头不在天线的焦点上，有偏心。这个偏心的角度各个天线是不同的，一般在20多度的样子，调星时要减去这个值（倒装变成加上）也就是仰角不到二十度了。

方位角21932度,即南偏西3932度

极化角-3106度,由于中星9号是圆极化，极化角对信号影响很小，可忽略，任意角都可以。

1) 极化的概念

为了说明电磁波的场强方向的取向,接下来引入波的极化的概念波的极化是指空间

固定点上场强方向随时间变化的方式,通常用电场强度矢量端点随着时间在空间描绘出的

轨迹来表示电磁波的极化,波的极化也叫波的偏振前面介绍的均匀平面电磁波的电场强

度矢量端点在空间沿直线变化,画出的轨迹是一条直线,称此种波为线极化波一般情况

下,对于沿z轴方向传播的均匀平面波,电场强度矢量应写成两个分量,其表达式为

kz

yx

kz

yxyx

yxEyExEyExEyExjj

m

j

m

j

00e)e^e^(e)^^(^^ +=+=+= E (5-4-1)

两个分量写成瞬时值为

+ =

+ =

)cos(

)cos(

m

m

yyy

xxx

kztEE

kztEE

ω

ω

(5-4-2)

此时合成矢量E随时间变化的矢量端点轨迹就不一定是一条直线,有可能是一个椭圆,也

有可能是一个圆,也就是说波的极化不一定是直线极化对于按正弦规律变化的电磁波,

波的极化可分为直线极化,圆极化及椭圆极化三种

(2) 平面电磁波的极化方式

① 直线极化

当电场的两个分量没有相位差(同相)或相位差o180(反相)时,合成电场矢量是直线极

化

先讨论同相的情况,即yxkztkzt ω ω+ =+ ,也就是0 ==yx,则合成电磁

波的电场强度矢量的模为

)cos(0

2

m

2

m

22 ω+ +=+=kztEEEEEyxyx (5-4-3)

电场强度矢量与x轴正向夹角θ的正切为

===

m

mtan

x

y

x

y

E

E

E

E

θ常数 (5-4-4)

即=θ常数如图5-4-1(a)所示(图中取0=z),虽然电场矢量E的大小随时间作正弦变化,

但其矢端轨迹是一条直线,故称为线极化(Linear Polarization)因此直线位于一,三象限,

所以也称为一,三象限线极化

同理反相时,有π ±= yx,= ==

m

mtan

x

y

x

y

E

E

E

E

θ常数,如图5-4-1(b)所示,矢端

轨迹也是一条直线,不过此直线位于二,四象限,为二,四象限线极化

- 2 - 电磁场与微波技术

当mmxyEE=时,

4

π

θ=(同相)或

4

3π

(反相);如果0=yE,则0=θ,电场E只有xE

分量,称E为x轴取向的线性极化波;如果0=xE,则

2

π

θ=,电场E只有yE分量,称E

为y轴取向的线性极化波

对于时谐变电磁场的线极化波,某一时刻,在沿着传播方向的某一直线上各点的电场

强度矢量端点的轨迹如图5-4-2所示,此即线极化波的波形

② 圆极化

当电场的两个分量振幅相等,相位相差

2

π

±时,合成的电场矢量端点的轨迹为一个圆,

称这样的波为圆极化波

设mmmEEEyx==,

2

π

±= yx,0=z,则

)cos(mxxtEE ω+=,)sin()

2

cos(mmxxytEtEE ω

π

ω+±=+=m (5-4-5)

消去t得2

m

22EEEyx=+,此为圆心在原点,半径为mE的圆方程合成电磁波的电场强度矢

量E的模及与x轴正向夹角θ分别为

m

22||EEEyx=+=E,)(

)(

)sin(

arctanx

x

xt

t

t

ω

ω

ω

θ+±=

+

+±

= (5-4-6)

可见E的大小不随时间变化,而E与x轴正向夹角θ随时间变化因此合成电场强度矢量

的矢端轨迹为圆,称为圆极化(Circular Polarization)

由于θ的变化方式有两种,即θ以角速度ω随时间线性增加或线性减小,因此E矢端

沿圆轨迹的旋转方向不一样如果

)(xt ωθ++=,如图5-4-3(a)所

示,电场矢量端点将以角速度ω

在xOy平面上沿逆时针方向作等

角速旋转此时

2

π

= yx,即

xE的相位比yE超前

2

π,θ取正

值,并随时间的增加而增加电场旋转方向与传播方向(此处为z+方向)符合右手定则,称

此情况为右旋圆极化如果)(xt ωθ+ =,如图5-4-3(b)所示,E将以角速度ω在xOy平

图5-4-1 线极化

y

x O

θ

y

z=0

(a) 一,三象限线极化

Exm

Eym E

O

Exm

Eym

x

(b) 二,四象限线极化

z=0Eθ

y

xO

x

(a) 右旋圆极化

Ex

Ey

Eθ

ω

y

xO x

(b) 左旋圆极化

Ex

Ey

E θ ω

图5-4-3 圆极化

O

y

x

z图5-4-2 线极化波波形

某一时刻z轴上各点电场矢量的端点轨迹

电磁场与微波技术 - 3 -

面上沿顺时针方向作等角速旋转,此时

2

π

= yx,即xE的相位比yE滞后

2

π,θ取负

值,并随时间的增加而减小,电场旋转方向与传播方向符合左手螺旋关系,称此情况为左

旋圆极化[1]具体判断时也可按如下方式进行:将右手大姆指指向电磁波的传播方向,其余

四指指向电场强度E的矢端并旋转,若与E的旋转一致,则为右旋圆极化波;若与E的旋

转相反,则为左旋圆极化波

对于圆极化平面波,某一时刻,在沿着传

播方向的某一直线上各点的电场强度矢量端

点的轨迹如图5-4-4所示,此即圆极化波的波

形,此波形为螺旋形,螺旋天线就可以辐射这

样的电磁波

③ 椭圆极化

如果xE和yE的振幅和相位为除①和②以外的任意数值,则合成电场矢量端点的轨迹

为椭圆,称这样的波为椭圆极化波

取0=z,消去式(5-4-2)中的t,得

2

2

mmm

2

m

sincos

2

=

+

y

y

yx

yx

x

x

E

E

EE

EE

E

E

(5-4-7)

式中yx =该式表示以xE和yE为变量的椭圆方程,

如图5-4-5所示

该椭圆的中心在坐标原点,当

2

π

±= =yx时,椭

圆的长短轴在坐标轴上,当

2

π

±≠ =yx时,则长短轴

不在坐标轴上根据左,右旋的定义,可知当π < 时为右旋椭圆极化,当0< < yx π时,为左旋椭圆极化此时旋转的角速度不能简

单地认为还是常数ω,而是时间的函数

通常用椭圆极化角和椭圆率这两个参量来表示椭圆极化特性定义椭圆极化角为椭圆

长轴与x轴所夹的角,用θ表示,可以求得

2

m

2

m

mmcos2

2tan

yx

yx

EE

EE

=

θ (5-4-8)

定义椭圆率为椭圆短轴与长轴之比,用ρ表示,即

长轴短轴

=ρ

由定义可知极化角θ表示了椭圆的取向,椭圆率表示出了椭圆是扁的还是趋向于圆的,若

1→ρ则椭圆趋向于圆,若0→ρ则椭圆趋向于直线其实直线极化与圆极化只是椭圆极

[6] 有关左,右旋的定义并不统一,在阅读有关参考书时须注意这里采用IRE标准,此标准规定:观察

者顺着波传播方向看去,电场矢量在横截面内的旋转方向为顺时针,则定为右旋极化,反之则为左旋极化

y

x O Ex

Ey

E

θ

图5-4-5 椭圆极化

z

x

y

ω

O

图5-4-4 圆极化波波形(右旋)

- 4 - 电磁场与微波技术

化的一种特例

前面讨论的不同极化(偏振)可看作若干个具有同传播方向同频率的平面电磁波合成的

结果若场矢量具有任意的取向,任意的振幅和杂乱的相位,则合成波将是杂乱的

圆极化波在雷达,导航,制导,通信和电视广播上被广泛采用因为一个线极化波可

以分解为两个振幅相等,旋向相反的圆极化波,一个椭圆极化波可以分解成两个不等幅的,

旋向相反的圆极化波用圆极化天线来接收信号的话,不管发射的极化方式如何肯定能收

到信号,不会出现失控的情况

例5-4-1 判断下列平面电磁波的极化方式

(1) )

4

sin(4^)

4

cos(3^

π

βω

π

βω+ + =xtzxtyE

(2) kzyxEj

0e)^j^( + =E

(3) kyzxEj

0e)^j2^( +=E

(4) yzx)120j010(e)25^j25^(+ + =E

解 (1) )

4

cos(3

π

βω =xtEy,)

4

cos(4)

4

sin(4

π

βω

π

βω =+ =xtxtEz,波

沿x轴正向传播,

4

π

==zy,xE与yE同相,所以波为一,三象限的直线极化波

(2) 此为复数形式,由于2

j

j2

j

0

j

0ee)^e^(e)^^(jj

ππ

kzkzyxEyxE +=+=E,可以看出xE

和yE振幅相等,且xE相位超前yE相位

2

π

,电磁波沿z+方向传播,故为右旋圆极化波

(3) ykzxEj2

j

0e)e^2^( +=

π

E,zE相位比xE超前

2

π

,振幅

不相等,所以为椭圆极化,又从ykje 可知波沿y+方向传播,所

以E的旋转方向如图5-4-6所示,可见此电磁波为右旋椭圆极化

波

(4) yyzx120j2

j

010e)^e^(e25

+=

π

E,在空间固定点,xE与zE振幅相等,且zE相位

比xE超前

2

π

,波沿y+方向传播,所以此波为右旋圆极化波顺便提一下,y010e 在此表

明波沿y+方向衰减程度

542 色散与群速

我们熟知,当一束太阳光射到三棱镜上时,在三棱镜的另一边就可看到红,橙,黄,

绿,蓝,靛,紫的彩色光,这就是光谱段电磁波的色散现象,原因是由于不同频率的单色

光在同一媒质中具有不同的折射率(即具胡不同的相速度)所导致的

媒质的色散是由于媒质的参数ε, 和σ与频率有关理想媒质其参数不随频率而变,

则称是非色散媒质如果是有耗媒质,在交变电磁场情况下,媒质的带电粒子的运动跟不

上交变场的变化而产生滞后现象,此时要引入复介电常数,此复介电常数与频率有关,所

以有耗媒质有色散特性当交变电磁场的频率接近于媒质的固有频率时,带电粒子将从交

y

x

O

E

图5-4-6 例5-4-1(3)用图

z

ω

电磁场与微波技术 - 5 -

变场中吸收能量而造成散射损耗

波的色散是指波的相速与频率有关在有耗媒质中的电磁波,相速与频率有关,所以

其中传播的电磁波必然要发生色散由于

ε β

ω1

p==v,波的相速度只取决于媒质的参

数ε和 ,因此对于理想媒质波的相速与频率无关对于非理想媒质,介电常数ε是频率ω

的函数,β为ω的复杂函数,在这种情况下相速pv与频率有关如良导体中的相速为

σ

ω

β

ω2

p==v引起波的色散的原因是多方面的,这里讨论的是由于媒质的色散引起波

的色散要了解更详细的介绍请读者自行查阅有关参考书

当包含不同频率的信号加到电磁波载体上时,如果信号所包含的各频率分量相速不等,

那么信号传播一段距离后,信号各分量合成的波形将与起始时的波形不同,引起信号的波

形失真,称这种失真为色散失真图5-4-7表示矩形脉冲波(可利用傅里叶展开将其表示为

无数不同频率正弦波的叠加)经过光纤长距离传输后因色散而畸变为钟形波(各种不同频率

正弦波叠加后不再是矩形脉冲波)光脉冲变宽后有可能使接收端的前后两个脉冲无法分辨

场强表达式以)cos(^

0kztEx =ωE形式表示的平面波是在时间,空间上无限延伸的单

一频率的电磁波,称之为单色波,一个单一

频率的正弦电磁波不能传播信号,并且理想

的单频正弦电磁波实际上是不存在的,信号

加到电磁波上就不再是单色波实际工程中

的电磁波在时间和空间上是有限的,它由不

同频率的正弦波(谐波)叠加而成,称为非单

色波,是以某种频率0ω为载波频率的有狭

窄频带ω 的波,称为波包,如图5-4-8所

示,这是按正弦变化的调制波,虚线为信号的包络,此包络移动的相速度称为群速,用gv表

示,从图可以看出gv与相速度pv是不一样的概念pv是信号等相位面的速度,而gv是包

络波等相位点推进的速度由于群速是波的包络上一个点的传播速度,对于频谱很宽的信

号,其包络在传播过程中发生畸变,即包络形状将随波的传播而变化,此时群速已无意义,

所以群速只对窄频带信号有意义

对于窄频带信号(ωω <<)群速的表达式为

β

ω

d

d

g=v (5-4-9)

图5-4-7 矩形脉冲波经过光纤传输后变成钟形波

图5-4-8 相速与群速

O

vp(波的运动) vg(包络运动)

- 6 - 电磁场与微波技术

而相速

β

ω

=pv,相速与群速之间的大小关系由相速随频率的变化关系决定可以证明,当

相速不随频率变化时,即0

d

dp=

ω

v

,则pgvv=,群速等于相速,此时的媒质为非色散媒质;

当0

d

dp<

ω

v

时,pgvv

ω

v

时,pgvv>,

即群速大于相速,称此种情况为反常色散,导体中的色散就是反常色散可以对正常色散

及反常色散现象加以利用,使其相互补偿,从而改善相位频率特性

锅要这样调，把线接好，找到：安装与信号检测界面，先调仰角，把信号强度调到最高，然后调方位角，中九在我国一般都是南偏西三十度左右，从正南向西慢慢转锅，出现信号质量并调到最高，最后可以再稍微转一下高频头，把信号调到最高，看所有台是否都收下来，固定就可以了

仰角，就是卫星接收天线的中心波束线同地平线的夹角。就是从接收点到卫星画条连线，这条连线同它自己在地平面上的垂直投影间的夹角。（别告诉我地球是圆的，所以投影是弯曲的）

极化角，通俗讲就是把高频头在天线支架上放正后，为了能正确接收信号而需要进行旋转的角度。这是因为卫星信号是有极化标准的，具体分为线极化和圆极化两种。线极化又可分为垂直极化和水平极化，圆极化又分为左旋圆极化和右旋圆极化。线极化中，定义是沿信号传输方向，由电磁波的电场矢量方向来定义的，同地面平行则称水平线极化，同地平面垂直则称为垂直线极化。一般收视卫星信号，就国内而言，目前多为线极化，（中星9号，为圆极化）。

极化角的确认，一般按“东来顺”的原则进行调整，也就是天线对准卫星后，工整放置高频头，（上面有刻度），星位在你所在方位的东边，就顺时针旋转所示的极化角度数量值；反之，在西边，则逆时针旋转。注意，顺时针逆时针是针对你面对天线而言的，并且是对于前馈型天线而言的。

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