天线,伺服系统

大型反射面天线系统在国防和民用领域用途广泛，其伺服系统的设计直接关系到整个天线的性能。本项目以超大型全可动天线QTT(Qitai Radio Telescope)为对象，为了实现高指向精度要求，对其伺服系统的结构与精密控制进行研究。首先研究机械结构因素对伺服系统性能的影响，设计适用于超大口径、高频段、慢速的天线伺服系统的精密控制策略，然后建立伺服系统结构和控制的耦合分析模型。在此基础上对天线伺服系统进行优化设计，使伺服系统整体性能达到最优。基于本项目的研究，伺服设计人员能够深入、定量地认识超大型全可动天线伺服系统中机械结构因素与控制之间的影响关系，制定合理的控制设计方案，并在保证满足控制性能指标的前提下，大大降低对伺服系统结构的要求。这对降低伺服系统设计难度与缩短研制周期意义重大。

在交流伺服系统中，一般采用两相交流电动机作为执行部件。它的一个绕组是作为固定激磁用的,另一个绕组为控制绕组,两个绕组上电压的相位相差90°。两相交流电机工作可靠，交流放大器结构简单且没有零点漂移，加上测量元件又都采用交流电（例如旋转变压器），所以交流伺服系统简单可靠。但是交流电动机的效率较低,因此交流伺服系统一般仅用于100瓦以下的小功率场合。交流伺服系统的设计比直流伺服系统复杂得多，用于改善系统性能的校正装置（见控制系统校正方法）在结构上也比较复杂。2100433B

移动通信常用的基站天线、直放站天线与室内天线。

天线15.1 板状天线

无论是GSM 还是CDMA， 板状天线是用得最为普遍的一类极为重要的基站天线。这种天线的优点是：增益高、扇形区方向图好、后瓣小、垂直面方向图俯角控制方便、密封性能 可靠以及使用寿命长。

板状天线也常常被用作为直放站的用户天线，根据作用扇形区的范围大小，应选择相应的天线型号。

天线15.2 天线指标

频率范围： 824-960 MHz

频带宽度： 70MHz

增益： 14 ~ 17 dBi

极化： 垂直

标称阻抗： 50 Ohm

电压驻波比≤ 1.4

前后比 >25dB

天线15.3 板状天线

1. 采用多个半波振子排成一个垂直放置的直线阵

2. 在直线阵的一侧加一块反射板 （以带反射板的二半波振子垂直阵为例）

增益为 G = 11 ~ 14 dBi

1. 为提高板状天线的增益，还可以进一步采用八个半波振子排阵

前面已指出，四个半波振子排成一个垂直放置的直线阵的增益约为 8 dBi；一侧加有一个反射板的四元式直线阵，即常规板状天线，其增益约为 14 ~ 17 dBi。

一侧加有一个反射板的八元式直线阵，即加长型板状天线，其增益约为 16 ~ 19 dBi。 不言而喻，加长型板状天线的长度，为常规板状天线的一倍，达 2.4 m 左右。

天线15.4 高增益栅状

从性能价格比出发，人们常常选用栅状抛物面天线作为直放站施主天线。由于抛物面具有良好的聚焦作用，所以抛物面天线集射能力强，直径为 1.5 m 的栅状抛物面天线，在900兆频段，其增益即可达 G = 20dBi。它特别适用于点对点的通信，例如它常常被选用为直放站的施主天线。

抛物面采用栅状结构，一是为了减轻天线的重量，二是为了减少风的阻力。

抛物面天线一般都能给出 不低于 30 dB 的前后比 ，这也正是直放站系统防自激而对接收天线所提出的必须满足的技术指标。

天线15.5 八木定向天线

八木定向天线，具有增益较高、结构轻巧、架设方便、价格便宜等优点。因此，它特别适用于点对点的通信，例如它是室内分布系统的室外接收天线的首选天线类型。

八木定向天线的单元数越多，其增益越高，通常采用 6 - 12 单元的八木定向天线，其增益可达 10-15dBi。

天线15.6 室内吸顶天线

室内吸顶天线必须具有结构轻巧、外型美观、安装方便等优点。现今市场上见到的室内吸顶天线，外形花色很多，但其内芯的构造几乎都是一样的。这种吸顶天线的内部结构，虽然尺寸很小，但由于是在天线宽带理论的基础上，借助计算机的辅助设计，以及使用网络分析仪进行调试，所以能很好地满足在非常宽的工作频带内的驻波比要求，按照国家标准，在很宽的频带内工作的天线其驻波比指标为VSWR ≤ 2 。当然，能达到VSWR ≤ 1.5 更好。顺便指出，室内吸顶天线属于低增益天线, 一般为G = 2 dBi。

天线15.7 环形天线

环形天线和人体非常相似， 有普通的单极或多级 天线功能。再加上小型环形天线的体积小、高可靠性

和低成本，使其成为微小型通信产品的理想天线。典型的环形天线由电路板上的铜走线组成的电回路构成，也可能是一段制作成环形的导线。其等效电路相当于两个串连电阻与一个电感的串连( 如图1 所示) 。Rrad 是环形天线实际发射能量的电阻模型，它消耗的功率就是电路的发射功率。

假设流过天线回路的电流为I，那么Rrad 的消耗功率，即RF 功率为Pradiate=I2·Rrad。电阻Rloss 是环形天线因发热而消耗能量的电阻模型，它消耗的功率是一种不可避免的能量损耗，其大小为Ploss=I2·Rloss。如果Rloss>Rrad，那么损耗的功率比实际发射的功率大，因此这个天线是低效的。天线消耗的功率就是发射功率和损耗功率之和。实际上，环形天线的设计几乎无法控制Ploss 和Prad，因为Ploss 是由制作天线的导体的导电能力和导线的大小决定的，而Prad 是由天线所围成的面积大小决定的。

天线15.8 室内壁挂天线

室内壁挂天线同样必须具有结构轻巧、外型美观、安装方便等优点。

现今市场上见到的室内壁挂天线，外形花色很多，但其内芯的购造几乎也都是一样的。这种壁挂天线的内部结构，属于空气介质型微带天线。由于采用了展宽天线频宽的辅助结构，借助计算机的辅助设计，以及使用网络分析仪进行调试，所以能较好地满足了工作宽频带的要求。顺便指出，室内壁挂天线具有一定的增益，约为G = 7 dBi。