多焦点卫星接收天线及其安装调试方法 【技术领域】
本发明涉及一种接收通讯卫星信号的地面卫星接收天线，特别是能够同时接收多颗卫星的卫星接收天线。
随着卫星技术的发展，以及空间卫星数目的不断增加，使用一套目前世界上普遍采用的仅能接收一颗卫星的标准抛物面卫星接收天线来接收卫星转播广播的电视节目信号，已经远远不能满足现代社会高速发展的信息需求和卫星发展的需要。如何避免多颗星接收时，单焦点、单锅盖抛物面卫星接收天线需要数量多，占地面积大的问题，是信息时代地众望所盼。为此，本申请人在前提供了一种名称为“多功能卫星接收天线”，专利号为95242665.X中国实用新型专利。该专利虽然解决了在经度0°～60°夹角范围内同时接收多颗卫星的问题。但该天线为使焦点变成一条直线，采用了多个卫星接收馈源平齐的地安装在呈直线形的馈源调节架上的技术结构。这对垂直其上，要求高低不一的卫星接收馈源来说，就会存在与空中卫星俯仰角和方位角位置不易同步的偏差，进而导致了不同地区，不同经纬度安装调试天线参数的难度和缺收卫星的现象，甚至不能达到不同经纬度地区用户的使用要求。此外，它将天线接收馈源安装支撑在抛物面的辐射板上，一方面增加了天线的承重，另一方面偏移了天线的整体重心位置。这对有经常有强台风袭击的地区来说，容易造成风袭失稳。
【发明内容】
本发明的目的是进一步改进和发展上述卫星天线，提供一种接收经度夹角范围更大，调试灵活方便的卫星接收天线。
本发明的另一个目的是提供一种能够方便调试上述天线的方法。
为了实现上述目的，本发明提供的一种能够同时接收多颗卫星的多焦点卫星接收天线，包括口径呈椭圆形辐射板的天线本体和由支撑杆支撑的馈源调节架。所述的馈源调节架面向辐射板抛物面弯曲，正投影为弓形曲面，呈双弓形结构，其上装有至少两个以上同弧排列的天线馈源，所述的天线馈源非垂直地安装在馈源调节架上，偏移馈源调节架法线，形成一个很小的偏置锐角与所对应经度的卫星对应排列，所述的馈源调节架与所述的天线馈源上设置有多个自由度的调节机构。
本发明所述的馈源调节架与所述的馈源调节架与安装其上的天线馈源正投影呈V字折线形，俯视投影呈弧线形。
本发明的馈源调节架至馈源的高度可以是
h＝[tg(θ-θ1......)]L+H
式中：θ-是指靠近正南最近的一颗星的仰角值
θ1-是指各星的仰角值(从左到右类推)
L-是指(h-H)与θ角形成的直角三角形的底边长
H-是指按馈源的中心轴线至馈源调节架上边缘的馈源调节高度
本发明所述的辐射板抛物面的正投影为猪腰形椭圆。
本发明所述的椭圆是按圆心角为100°样板沿椭圆长短轴扫描拉伸成形板材对接组成的椭圆口抛物面接合体。
一种安装调试上述天线的方法，包括
(1)基准卫星和基准馈源的确定
以正南最近的一颗卫星为基准卫星，以两端对应卫星馈源方位之差除以2的角度值为天线的方位角，以此角度值作为最近的一颗对应卫星的基准馈源，并以这颗卫星对应的天线馈源作为天线的准心。
(2)天线俯仰角的选定：
按正南偏东或偏西最接近正南的一颗卫星的仰角为天线的俯仰角。
(3)确定各星的仰角差与馈源调节架至馈源的高度
各星的仰角差＝离正南最近的一颗星仰角参数减去各星的仰角参数(大数减去小数)该差值应＜24°，
馈源调节架至馈源的高度
h＝[tg(θ-θ1......)]L+H
式中：θ-是指靠近正南最近的一颗星的仰角值
θ1-是指各星的仰角值(从左到右类推)
L-是指(h-H)与θ角形成的直角三角形的底边长
H-是指馈源的中心轴线至馈源调节架上边缘的高度
(4)对应卫星馈源之间距离的选定
按表1两个卫星方位之差除以二等于相邻卫星方位角的商值，(方位角大参数减去相邻方位角小参数，按表1所列角度互减)。
对应卫星馈源之间的距离d，按下列公式计算：
d＝{sin[(α0...-α1...)/2]}×L1×2
式中：α0...-α1...＝α
α0-是指卫星方位角的大参数(由大到小；从东到西类推)
α1-是指卫星方位角的小参数(由大到小；从东到西类推)
L1-是指(α0...-α1...)与α角形成的三角形的边长
(5)天线方位的选定
由两端对应卫星馈源方位之差除以二确定天线的方位角。
(6)调节馈源的安装高度，按公式计算，值从大到小(由西向东)排列并进行微调。
本发明相比于现有技术具有如下有益效果。
按本发明接收68.5°～166°经度范围的卫星信号，不但解决了多颗星接收时，单焦点、单锅盖抛物面卫星接收天线需要数量多，占地面积大的问题，而且相比于现有技术扩大了近一倍的经度夹角。呈双弓形结构的馈源调节架及其非垂直安装其上同弧排列的天线馈源和灵活调节位置偏差的调节机构，避免了与空中卫星俯仰角和方位角位置不易同步，导致不同地区，不同经纬度安装调试天线参数的困难和缺收卫星的现象。按圆心角为100°沿椭圆长短轴扫描拉伸成形的椭圆辐射板抛物面，实际上构成了相对于100经度范围卫星接收面的交集集合区域，和多焦点、多频段、多极化、多波束的一体技术要素，从而大大扩展了天线接收卫星经度夹角的范围，实现了在经度100°夹角范围内对所有卫星转播的电视节目的接收。具有同时接收多频段(C、Ku、波段)，多颗星、多极化(垂直、水平、左右旋转极化)多波束一体功能。从根本上解决了多部传统圆形抛物面天线同时接收卫星信号，数量多，占地面大的问题，起到一站到位的作用。其中具有多个自由度调节的馈源和馈源调节架，为不同地区，不同经纬度的用户提供了安装调试天线的方便。并为将来换星或再增加新卫星时，提供了在经度范围内只需调节馈源调节架或再增加馈源即能满足要求的方便。试验证明，按本发明接收卫星转播的电视节目，画面质量和伴音质量优于同口径的传统圆形抛物面天线，所接收的模拟或数字电视信号图象质量高，图像画面清晰、伴音宏亮，达到了四级或四级以上的标准。
为了进一步说明而不是限制本发明的上述实现方式，下面结合附图和实施例给出最佳实施例，从而使本发明的细节和优点变得更为明显。
【附图说明】
图1为本发明的主视图。
图2为本发明的俯视图。
图3为本发明的侧视图。
图4为本发明的馈源后视结构示意图。
图5是图4的侧视剖视图。
图6是本发明另一实施例卫星天线辐射板与馈源调节架分体结构的正投影图。
图1～图3描述了本发明的一个最佳实施例。主要结构包括口径呈椭圆形镜面的辐射板1、安装天线接收馈源2的馈源调节架3、安装椭圆形镜面辐射板1的背架4、方位角座架5、俯仰角调节丝杆6、立柱7、支撑座8和馈源调节架支撑杆9。其中所述的镜面辐射板1的正投影呈椭圆形，优选方式的正投影为近似猪腰形椭圆，当然，也可以是制有圆角的矩形。馈源调节架3面向椭圆形辐射板抛物面弓形弯曲，同时面向地面向下弯曲，馈源调节架与安装其上的天线馈源正投影呈V字折线形，俯视投影呈弧线形。总体结构呈双弓形结构，并由装在椭圆形辐射板抛物面的馈源调节架上下支撑杆9支撑。所述的支撑杆9可以是可以调节长度的管套杆，，优选方式的调节结构可以是螺纹旋升结构。馈源调节架上装有按68.5°～166°经度夹角范围，与空间所有卫星对应排列的天线馈源2。所述的天线馈源2非垂直地安装在馈源调节架3上，并偏移馈源调节架弧形法线形成一个很小的锐角与所对应的卫星方位同向。所述的馈源2的轴线大体相互平行，其投影垂直于椭圆长轴。它通常安装在馈源调节架3的可移动滑槽内(图1中未详细示出)。为适应不同地区，不同经纬度的安装，保证馈源调节架上处于中心位置的馈源与相对应的正南卫星基准卫星正确对应，在馈源调节架的中部通常可以制有一个V形转折10，该转折10通常要由所处的经度决定，但在我国境内一般在中部。在图1中，安装在馈源调节架3上的偏置馈源2是按图1中所示对应卫星经度排列的。镜面辐射板1通常采用优质铝合金板材，可使用先进的数控拉伸成型及热处理淬火强化，表面阳极化处理压铆连接技术，以增加天线抗风、抗冰雹、抗腐蚀的三防能力。
图4图5描述了制有可调节馈源2位置和方位偏差的调节机构18。所述的的调节机构18包括：馈源固定板11、使天线馈源能够作上下升降的馈源升降器12、使天线馈源作前后移动的馈源平移座13、连接天线馈源2和馈源转角器15的馈源连接板14、固定天线馈源的馈源固定夹16和转轴17。
为减少天线的承重和天线重心的偏移，提高天线的稳定性。本发明给出了图6所示的将天线馈源架3与抛物面辐射板1分体安装的实施例。在本实施例中，馈源调节架3和安装其上的天线馈源2与抛物面辐射板分离。将支撑馈源调节架3的支撑杆9改为可安装于地面的立柱支架。并面对抛物面辐射板。
安装时，根据各卫星定点的不同经度和不同地区的高低纬度，调节天线的俯仰和方位角，同时对镜面辐射板参数进行修正，通过馈源调节架多个自由角度调节机构18对所排列的馈源进行调节，使焦点的投影由一点变为一条线。在天线的仰角差不大于24°条件下，即可确保高低纬度不同地区的使用要求。
本发明天线镜面辐射板口径的大小通常由短轴尺寸确定，短轴的尺寸依据标准圆形抛物面天线口径尺寸来选择。接收经度的大小范围按长轴的尺寸选择。短轴为天线的技术指标，长轴尺寸决定所接收卫星的数量。在同时接收多颗卫星时，应按卫星信号中最弱的一颗来选择天线短轴尺寸。卫星接收天线天馈系统技术性能参数见下表：
天线天馈系统技术性能表 工作频段 C/Ku 型号 DGN 3.0 3.5 3.7 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 7.0 7.5 天线短轴 3.0M 3.5M 3.7M 4.0M 4.5M 5.0M 5.5M 6.0M 7.0M 7.5M 天线长轴 4.6M 5.2M 6.3M 7.2M 10.6M 12M 13.5M 14.2M 15.6M 16.9M 接收范围 40° 52° 58° 58° 90° 100° 100° 100° 100° 100° 同时接收在经度0°～100°夹角范围内所有卫星电视信号 天线效率 大于等于65％ 天线增益C 40.1dB 41.4dB 41.9dB 42.6dB 43.6dB 44.5dB 45.3dB 46.1dB 47.4dB 48.1dB 天线增益Ku 59.8dB 51.4dB 51.9dB 52.6dB 53.6dB 54.5dB 55.3dB 56.1dB 57.4dB 58.1dB 驻波比 小于等于1.2 轴比 小于等于1.3 噪音温度 小于等于34°K 第一旁瓣电平 小于等于-14dB 极化形式 左、右旋转极化，垂直、水平线极化任意改变 天线跟踪形式 手控跟踪 天线方位旋转 正负60°或360° 天线俯仰 0°～90° 天线重量 0.18T 0.7T 0.8T 1.2T 1.9T 2.4T 3T 3.6T 4T 4.6T 抗风能力 45M/S
卫星接收天线调试方法：
参见图6，因卫星定点的经度不同，故天线的俯仰方位不同，在同时接收多颗卫星信号时，天线俯仰方位按以下方法选定。
1.俯仰角的选定：
当同时接收经度166°E～68.5°E范围内的多颗卫星时，俯仰角的选定按正南偏东或偏西最接近正南的一颗卫星的仰角为天线的俯仰角。例如：在天津地区的俯仰角选定(见表1)：
表1(单位：度) 经度 166 148 146 138 134 128 116 110.5 108 105.5 100.5 91.5 88 83 80 78.5 76.5 68.5 俯仰 22 34.6 35.7 39.8 41.4 43.3 44.6 44.1 43.6 43 41.4 37.4 35.5 32.6 30.7 29.7 28.3 22.8 θ θ1 θ2 θ3 θ4 θ5 θ6 θ θ7 θ8 θ9 θ10 θ11 θ12 θ13 θ14 θ15 θ16 θ17 方位 -61 -43.3 -41 -31 -25.5 -16.8 1.9 10.5 14.4 18.1 25.4 37.3 41.5 47 50.2 51.7 53.7 61 α α0 α1 α2 α3 α4 α5 α6 α7 α8 α9 α10 α11 α12 α13 α14 α15 α16 α17
注：“-”号表示为正南偏东，反之“+”为正南偏西
从表中166°E～68.5°E中已知“韩星3号”116°E卫星方位是正南偏西1.9°。此星靠正南最近，故该地区的天线俯仰角为44.6°。因偏置天线的仰角与圆型天线差22°，故俯仰角为44.6°-22°＝22.6°，故该星在当地的仰角为22.6°。
2、天线方位的选定
从表中已知当接收166°E～68.5°E夹角以内多颗卫星时，166°E卫星方位是正南偏东61°，68.5°E卫星是正南偏西61°，两星方位之差除以二等于(偏西61°-偏东61°)÷2＝0°，故该地区天线方位角为正南。
3、天线仰角差的确定与馈源调节架至馈源的高度
各仰角差是靠馈源调节架的长短保证的，而馈源调节架的高度由仰角差确定，仰角差是靠正南最近的一颗星仰角度参数减去各星的仰角参数即等于各星的差值(大数减去各星的小数等于仰角差值，该差值应＜24°，反之增益下降)。具体方法按以下公式计算：
[tg(θ-θ1.....)]L+H＝h
式中：θ-是指靠近正南最近的一颗星的仰角值
θ1-是指各星的仰角值(从左到右类推)
L-是指(h-H)与θ角形成的直角三角形的底边长4050mm
H-是指馈源的中心轴线至馈源调节架上边缘的高度200mm
h-是指馈源调节架至馈源的高度例：表中已知θ＝44.6° θ7＝44.1° L＝4050mm H＝200mm
则h＝[tg(44.6°-44.1°)]×4050mm+200mm＝235mm
从式中得知：当接收166°E(θ1)卫星时它的仰角差θ-θ1＝22.6°，小于了24°满足了理论值；
当接收110.5°E(θ7)卫星时它的仰角差0.5°；馈源调节架至馈源高度分别为1886mm和235mm。由此说明仰角差越大馈源调节架至馈源越高，反之越短。
4、对应卫星馈源之间距离的选定
按表1两个卫星方位之差除以二等于相邻卫星方位角的商值，(方位角大参数减去相邻方位角小参数，按表1所列角度互减)。
对应卫星馈源之间的距离d，按下列公式计算：
d＝{sin[(α0...-α1...)/2]}×L1×2 ①
d＝[sin(α/2)]×L1×2 ②
式中：α0...-α1...＝α
α0-是指卫星方位角的大参数(由大到小；从东到西类推)
α1-是指卫星方位角的小参数(由大到小；从东到西类推)
L1-是指(α0...-α1...)与α角形成的三角形的边长
例：已知参数中166°E卫星方位角正南偏东61°(α0)，相邻卫星148°E方位角正南偏东43.3°(α1)，L1＝2980mm
则：d＝{sin[(α0...-α1...)/2]}×L1×2
＝{sin[(61-43.3.)÷2]}×2980×2
＝917mm
从而得出：在接收166°E和148°E卫星时，对应卫星馈源之间的距离为917mm；当接收148°E卫星和146°E卫星时，对应卫星馈源之间的方位角为α1-α2＝α
代入②式 得d＝[sin(α/2)]×L1×2
＝[sin(43.3-41)/2]×2980×2
＝120mm由此说明两相邻卫星的方位角越大，两相邻天线馈源的尺寸越长，反之越短。
5、调试方法
以表1为例接收多颗卫星按以下几个步骤进行：
1)将天线的俯仰角调至22.6°
2)选择任意的卫星作为调试基点，本例选用116°度卫星为基点，把调节架装在天线馈源调节架中心处固定后，再将馈源装在调节架上高度200mm处，然后天线向正南方位转动，调出比较理想的位置后，锁紧固定俯仰和方位机构。
3)对馈源进行十二个(横向左、右；纵向上、下；焦距前、后；仰角的上、下角；方位左、右角；极化逆顺转角)驱动微调，保证相位差。直到电平信号最大，然后锁紧所有的驱动机构。
4)基准卫星调试完毕后，相邻卫星的距离和馈源的高度按公式计算，值从大到小(由西向东)排列并进行微调。
6、地基方位的选定
接收经度夹角以内的多颗卫星为天线的指向参考点1，当接收166°E～68.5°E范围内多颗卫星信号时，参考点1应指向正南；参考点前方应有8m×6m的开阔平地，以便调试多颗卫星的相位差；在天线指向的前方应有开阔的弧线视野。
上述仅列出了本发明的一个具体实施例，对本领域的技术人员来说，在不超出权利要求所限定的范围的情况下，对本发明所做的修改或修正应在本发明的保护之列。