极化器对极化波的接收与极化调整

　　1．极化波
　　
　　电波在空间传播时，其电场矢量的瞬时取向称为极化。如果电波传播时电场矢量的空间描出轨迹为一直线，它始终在一个平面内传播，则称为线极化波。线极化波又有水平极化波和垂直极化波之分。若电场矢量在空间描出的轨迹为一个圆，即电场矢量是围绕传播方向的轴线不断地旋转，则称为圆极化波。
　　
　　电波的极化特性取决于发射天馈线系统的极化特性。接收天线必须与发射天线具有相同的极化和旋向特性，以实现极化匹配，从而接收全部能量。若部分匹配，则只能接收部分能量。一个线极化波可以分解为两个旋转方向相反的圆极化波；一个圆极化波也可分解为相互正交的线极化波。所以，接收线极化波的天线也可接收圆极化波，接收圆极化波的天线也可接收线极化波，但是会有3dB的能量损失。无论是线极化天线，还是圆极化天线，都不能接收它们自己的正交分量。
　　
　　2．极化器
　　
　　极化器是控制天馈系统极化方向的装置，用于选择与卫星电视信号一致的极化型式，并抑制其他型式的极化波，以获得极化匹配，实现最佳接收。现代卫星电视传输中，还利用垂直极化与水平极化、左旋圆极化和右旋圆极化的相互隔离之特性传送不同的电视节目，以提高卫星的传输容量。圆极化波和线极化波各有优缺点，圆极化波在穿过雨雾层和电离层时，引入的损耗小，也不存在线极化波极化面旋转的问题，而线极化波的最大优点是实现简单。
　　
　　3．天线馈源对线极化波的接收
　　
　　值得注意的是，卫星转发器发射的线极化波是以卫星的轴系为基准来定义的。例如，广播卫星的水平极化波是和同步轨道在卫星定点处的切线平行的，而垂直极化波是和切线垂直的。从卫星往地球看，水平极化波的接收如下图所示。图中与卫星定点经度相同的地面站A，接收到的水平极化波没有变化；而不同经度的站B，接收到的水平极化波产生了倾斜，离卫星定点经度越远，倾斜越严重。为了实现匹配，必须对站B的馈源作相应的极化补偿，即转一个角度P。而在赤道上的站C，是极端情况，在那里接收水平信号时，馈源要转90°。　　

　　4．极化调整
　　
　　所谓极化是指电波在空间传播时，其电场矢量的瞬时取向或方式。按电场矢量的轨迹分为线极化波和圆极化波。而线极化波又以地平线为准，分为水平极化波，垂直极化波和斜极化波。因极化波以电场矢量的旋转方向，分为右旋圆极化波和左旋圆极化波。
　　
　　目前我国租用的国际卫星(IS-V)上的天线发射的是右旋圆极化波，而我国通信卫星发射的是水平极化波。所以，一般卫星电视接收天线通常应能工作于圆极化和线极化两种状态，以便在不影响性能的情况下，方便地进行转换。
　　
　　在实际应用中，当馈源的极化形式与电磁波的极化形式一致时，电磁波才能在馈源波导中有效地传输。
　　
　　否则，接收信号将在馈源波导中迅速衰减。这种极化失配引入的损耗可用下图来表示。
　　
　　由图中可以看出，接收天线必须与发射天线具有相同极化且旋向相同的特性，以实现极化匹配，接收全部的能量。若部分匹配，则只能接收部分能量。无论是线极化还是圆极化天线都不能接收正交分量。现代的卫星接收天线，大多都用装有控制极化方向的极化器来选择与卫星电视信号一致的极化型式，并抑制其他形式的极化波，以获得极化匹配，实现最佳接收。
　　
　　在用圆极化天线接收圆极化波时，只要旋向正确便可正常接收。在用线极化天线接收线极化波时，不仅要使接收天线指向卫星，还要调整馈源极化方向，使其与接收的电波实现极化匹配。若用水平极化天线接收垂直极化波（或相反），用左旋圆极化天线接收右旋圆极化波（或相反），则会因附加损耗而收不到信号。若用线极化天线接收圆极化波或用圆极化天线接收线极化波，则会丢失一个分量而产生约3 dB的极化失配损耗。
　　
　　圆极化形式与线极化形式在技术上没有优劣之分。在使用中，圆极化馈源的结构比较复杂，但安装和维护简单；线极化馈源的结构比较简单，但安装和使用比较复杂，特别在接收过程中更换卫星时，往往需要重调馈源的极化方向。为此，线极化天线一般采用由地面控制便于调整的电调极化馈源。

　　　在实际工作中，除应知道要接收卫星下行电波传播的极化方式外，还应对馈源中极化器极化形式做出正确的判别。下图列出极化器的安装与接收卫星电波极化特性的关系。
　　
　　图中是从天馈线系统与高频头的接口处向天线看去的，是逆电波传输方向的截面图。对前馈天线，向着来波方向看去，当介质片所在的平面沿顺时针方向与矩形波导宽边平面呈45。角时，为右旋圆极化，当呈135°角时为左旋圆极化。因此，只要将介质片所在的平面旋转90。就能改变左、右旋圆极化方向。要使圆极化馈源变为线极化馈源，可将介质所在平面旋转45。或拆去极化变换段的介质片。有时，为了减少损耗，缩短馈源尺寸，可将整个极化变换段去掉。
　　
　　在接收线极化波时，极化方向可由矩形波导口的方向确定。当波导口的窄边与地面平行时为水平极化，当宽边与地平面平行时为垂直极化。
　　
　　调整过程中，可在天线的极化方向与接收波的极化方向大体一致的情况下找出信号，再在此基础上调整极化方向，直到极化效果最佳为止。
　　
　　当用圆极化天线接收圆极化波时，只要馈源的旋向正确即可。
　　
　　如何使用卫星信号场强覆盖图来选择接收天线口径，或者说掌握场强图与接收天线的选择关系是该步骤中的关键。
　　
　　总的来说，在进行该步骤工作时，首先是要了解到欲收卫星信号覆盖的分布情况，是全波束覆盖还是分片波束覆盖，进而根据接收地所处波束覆盖的实际场强值(EIRP值)和区别是集体接收站还是个体单收站等情况，去选择接收天线的口径大小。如大家早已熟悉接收的亚洲1号卫星就是南北两个波束覆盖卫星信号。北波束中心场强36～37dBw，主要覆盖中国、蒙古、尼泊尔、朝鲜和韩国等范围，南波束中心场强37dBw，覆盖东南亚地区。
　　
　　当作为个体接收选用1.5m天线时，在中国大部分地区可以正常收视其北波束卫星电视节目，却不能正常接收南波束的卫星电视节目。又例如：位于东经1134的印尼C2星，虽然说是一颗大功率卫星，C波段信号的中心场强值高达40dBw，可由于该卫星信号主要覆盖东南亚，因而在我国大部分地区就不能以1.5m天线进行正常信号接收。还有2001年升空的“中新1号”卫星，它的Ku波段是分K1东南亚波束跟K2中亚波束。其中K1波束又分为高功率点波束(52dBw)和中功率波束(49dBw)，在我国地域上，除东南沿海的少数地区外，绝大多数省区内都不可能接收到该卫星的Ku波段信号。

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