正馈.偏馈的原理与应用

1.电磁波:卫星发射至烧友接收的C.KU信号都属电磁波

电磁波是由发射天线感应交变电场,交变电场产生交变磁场,交变磁场又感应交变电场,如此连续不断向远方空间传播;   电场方向.磁场方向.传播方向三者相五垂直,电场方向平行于地平线的波称为水平极化电磁波(见图A),电场方向垂直于地平线的波称为垂直极化电磁波(见图B);   电磁波在真空中传播的速度为30万公里/秒,通常C波段下行频为3.4-4.2G,其波长应是71.4-88.2毫米,KU段下行频为10.7-12.75G,其波长应是23.5-28毫米;

1.1电磁波的反射与折射:电磁波在两种不同密度介质的分界处会产生反射与折射现象,反射处在同介质面(空气中波返回空气中),折射则处在不同介质面(进入第二介质,类视光的折射);   介质间密度相差越大,反射量就越大,而折射量越小(实际应用就是利用锅与空气大密度差产生大反射量,而小折射的量就认为损耗);介质密度相差越小,反射量就越小,而折射量越大(电磁玻雨衰实际上是折射损耗);  无论空气配何种高密介质,折射损耗总是无可避免,再加上透射损耗(类视光透射),微观粒子撞击能损耗(电磁波可理解为电子运动,电子撞击高密介质产生热损耗)等,实际反射量约为入射量的50-85%;

1.2电磁波入射角对反射量的影响:反射角决定于入射角,入射角越大反射角也越大,反射量越大,折射量越小,反之入射角反射角越小,反射量就越小,折射量越大;  电磁波聚焦,采用调整各电磁波入射角(实际上采用介质间分界面不同切角,即锅的各点有不同切角)的方法,使平行电磁波反射后有不同的运动方向,最后会聚一点(焦点);  因入射角不同,通常锅中心反射量最大,边缘则因小入射角,反射量较小,深锅比浅锅尤为明显,正馈锅比偏馈锅明显,因此正馈锅加翅没有偏馈锅加翅有效果!

1.3电磁波的相位及互扰影响:电磁波理想的聚焦是电磁波会聚在一小点,并且到该点时电磁波的相位一致,实际因很多因素(特别是锅的精度)导致到焦点时各波有相位差;下面以图(见图C)说明:同相位时混合波的振幅大幅增加,反相位时混合波效果为零,有相位差的混合波的振幅与相位差成反比;因KU波波长较短(23.5-28毫米),因相位差对混合波振幅影响比C波(波长71.4-88.2毫米)尤为明显,所以对KU锅精度要求较高,而C波相对较长,对锅的精度相对要求低点,这也是正馈锅收KU波效果没有同尺寸偏馈锅效果的重要原因;  入射波与反射波相遇(此时相位差明显)会产生互扰,互扰的结果抵消部份能量,降低会聚后混合波总能量!    

1.4    电磁波的正馈与偏馈:

通常电磁波由反射体的正面正向入射~反射聚焦的方式称正馈,相应的反射体称之为正馈天线(或正馈锅),见图A1:正馈锅正收时焦点处在锅的中心轴线上H点,由于平行同向入射波到达锅切面M时相位相同(理论上将入射波按理想波讨论),因AH=BH+B'B=CH+C'C=DH+D'D=EH,电磁波到达焦点H时相位相同,运动方向则相互正交错;通常电磁玻由反射体的正面偏向入射~反射聚焦的方式称偏馈,相应的反射体称偏馈天线(或偏馈锅),见图A2:偏馈锅正装时焦点处在远偏锅的中心轴线的H点,同样平行同向入射波到达切面M'(垂直于波运动方向的切面)时同相,也因AH=BH+B'B=CH+C'C=DH+D'D=EH+E'E,电磁波至焦点H时同相,方向偏交错;可以看出,正馈正收与偏馈正装,电磁波入射前后的运动方向改变角度很大(大于180度.小于等于360度),并且方向由原来的平行同向变成交错异向

除上述两种方式聚焦,另外介绍两种不同方式聚焦:一是电磁波由反射体侧面正向入射~反射聚焦,见图B1,称号筒天线,此类基本不用,暂不作分析;二是电磁波由反射体侧面偏向入射~反射聚焦,见图B2,此类方式烧友比较熟悉,就是通常所说的偏馈锅倒装(个人认为应该叫偏馈侧装比较符实),可以看出:偏馈倒装时电磁波入射前后的运动方向改变角度较小(大于0度.小于等于180度),但结果基本与偏馈正装一样,即电磁波到焦点时同相,方向由原来的平行同向变成交错异向

1.5    正愦锅与偏馈效率(以理想锅为基础):

无论是正馈锅或是偏馈锅,反射效率由以下几方面决定:  1.  锅的材质密度影响,密度越大反射量越大,反射效率越高;  2.  波的入射角影响,入射角越大反射量越大,反射效率越高;  3.  电磁波的频率影响,同条件下,高频率入射波反射效率高于低频率波;  4.  锅的厚度与导电性能影响,厚度较厚.导电性能强的反射效率较高;

综合上述结论:同材质同厚度的锅,同频波的反射效率决定于的入射角大小,偏馈锅的平均入射角大于正馈锅(这是因为偏馈锅切面与入射波运动方向非垂直而带20-25度偏角),偏馈的反射效率略高于正馈;另外因正馈锅有馈源.馈杆影阴影响(偏馈无),偏馈锅有效入射面积大于正馈(偏馈锅有长短轴之分.标注尺寸为短轴尺寸),实际上同标注尺寸的偏馈锅与正馈锅效率相差较大

可以看出,同一偏馈锅正装.倒装,因平均入射角相同,效率相同; 正馈锅正收效率高于偏收,原因有二点:一是偏收时波聚焦不良(散焦),偏角越大越严重,导入高频头率减少;二是偏收时波到达定义焦点(因散焦,取中性点为定义焦点)相位有误差,偏角越大误差也越大,最终使复合混合波振幅减小; 偏馈锅偏收同理

1.6   电磁波如何正确导入高频头:

电磁波通过锅的反射聚焦,最终需有效导入降频器(俗称高频头)才有用,如何有效地将电磁波导入高频头,在信号接收环节中极为重要,见图C1.C2.C3:高频头导波口在x.z位置时,电磁波A.E无法导入,从而降低了电磁波的导入率,只有高频头导波口在y位置(焦点位置)时电磁波导入率最佳;由此可见,不但高频头导波管的中心轴线必须与锅的中心轴线处在同一位置,并且高频头导波口必须处在焦点位置!正馈正收,烧友在调星时往往容易忽略高频头前后位置的仔细调节,从而得不到最佳接收效果

馈源盘的使用方法及原理

馈源盘是用来弥补正馈天线聚焦不良
 由于抛物面正馈天线(俗称大锅)，尤其是分瓣式正馈天线，精度一般都不太高，信号焦点常常会大于高频头的信号接收口，如果在高频头上正确安装一个馈源盘，馈源盘就会把错过高频头的信号口的那部分信号再次反射回天线反射面（锅面），信号经过天线反射面再次聚焦，焦点就会更小，更容易进入高频头的信号口，从而提高天馈系统信号的接收性能，由于天线精度，焦点形状，高频头性能和馈源盘本身的面积、精度和安装位置等原因影响，已安装和没安装馈源盘的天线比较，信号接收性能大约提高2%到20%不等，具体需要尝试。需要注意的是，对于一部分焦点形状不良和馈源盘质量不好的天线，安装馈源可能还要稍稍影响接收质量。
 天线偏收卫星时偏收头上的馈源盘性能会因它跟主焦距离的增加而急剧下降
 天线偏收卫星时如果偏收头上也有馈源盘，那么偏收高频头上的馈源盘的性能会随着它跟主焦点距离越来越远而直线下降，在距离大的时候，甚至它带来的增益还不如它遮挡住的信号，所以偏收距离大，最好不要安装馈源盘。每个天线偏收卫星时偏收头上的馈源盘位置和对信号的影响都不一样，所以要在接收时尝试来确定是否使用馈源盘。不过可以确定的是，偏收的馈源盘位置对信号的影响更加敏感，其是否跟天线面平行等原因都会对信号有一定的影响。另外经过计算，偏收馈源盘的正确形状已经不是圆形平底，而应该是随着跟主焦距离拉长，越来越像被拉长的水滴的形状。如果有能力的朋友也可以自行尝试制作，可以用光学法，作出来的形状可以把光反射到天线面中心并形成一圆型。
 馈源盘并非越大越好
 馈源盘对信号的影响是一把双刃剑，它提高了一些信号接收性能的同时，也阻挡了一部份信号，它能提高一些信号当然是大家乐见的，不过如果它挡住的信号比它提升的信号还多的话，那馈源盘就失去作用，转而变成累赘了。从具体使用中观察，当天线口径越大，馈源盘效果越好，天线口径越小，馈源盘效果不明显，甚至不如不用。
 馈源盘对信号影响甚为微妙和精密
 由于馈源盘是反射经过聚焦一次的信号，而高频头最后是接收馈源盘反射回天线面而再次聚焦的信号，此信号已汇聚、反射了三次之多，就像一个超高倍望远镜，一点点器材的晃动都会对其效果造成非常大的影响。由于是多次反射，影响信号的原因变得交错和复杂。比如，馈源盘的高度，角度，深度，平整度，高频头的插入深度，插入馈源的角度，高频头的信号口是否圆滑平整，天线面中洞甚至都对信号有影响。而这一切影响的效果还是放大规模的，比如馈源盘一毫米(mm)的晃动，可能对信号的影响是3到5厘米 (cm)等级的，不可小视。一般来说家用卫星接收系统远没那么精密，所以这也造成了馈源盘的性能下降，或对性能的影响很起伏不定，这也是就造成很多朋友对馈源盘的印象偏激。还是那句话，一切要在实际情况中尝试确定。
 莫忘调整好馈源盘的位置
 大家都知道天馈接收系统的大三角（方位角、仰角、极化角），也有很多朋友也知道调整高频头的聚焦，不过大家别忘了，馈源盘也要有最佳的聚焦位置，不过由于天线支杆固定这个位置不太好调整，一般只能稍稍扭扭位置，大动作只能换支杆，一般来说大品牌正版天线馈源位置几乎是正确的，作一些微调就可以，至于杂版天线就只能自己动手改造了，没办法，这也符合少花钱多费事的道理。不过由于各天线不同影响情况非常复杂，无法确定一至的位置，大家动手试试吧，可以用光线法大概确定一下。还要顺便说一下，高频头在馈源盘里也是有方向，虽然可调空间不大，不过也是可调整大至上下左右，大家在调极化角时别忘了把高频头在馈源盘里的位置最佳化一下，拧紧馈源上固定高频头的螺丝时要注意，可固定就好，别太用力，不然把高频头的信号口挤变形会影响信号接收。