多频道微波分配系统天线设计研究

何建锋

摘 要：多频道微波分配系统是国际上发展最快使用最普遍的一种电视节目传输系统，具有很广阔的发展前景和空间。多频道微波分配系统的重点在于天线设计，这需要根据实际需求结合现有技术实现多频道微波分配系统的天线设计。本文对微波技术做了简单分析，对两种天线设计模式进行的分析研究，以期提升相关工作。

关键词：多频道微波；分配系统；天线设计；研究

多频道微波分配系统的技术基础是微波技术，其使电视行业得到了巨大的进步发展。天线设计需要考虑实际需求，就我国实际而言，使用最多的就是MMDS天线系统，根据不同的使用场合调整方位平面角度，以达到切实的使用目的。

1 微波技术简要介绍

通常，频率在300兆赫兹到300G赫兹之间的电磁波被称为微波，是一类频带有限的无线电波简称。通常微波的波长在一毫米到一米之间，按照波长单位不同又可以分为毫米波、厘米波和分米波。微波也被称为超高频电磁波，比一般的无线电波频率要高一些。微波与其他波一样，具有基本的波属性，比如波粒二象性。微波一般具有吸收、反射和穿透这三个基本性质，水和食物就可以吸收微波达到加热的目的，比如微波炉；而瓷器、塑料和玻璃等物体则不会吸收微波；金属性质的物体会使微波发生反射。

由于微波的波长更长，因此其比红外线、远红外线等一些辐射加热的电磁波具有更加优良的穿透性。在微波穿过介质的时候，能够和介质分子产生相互作用，微波粒子具有了微波能可以强化介质分子的热运动，使其震动频率大幅上升。一般，介质分子的震动频率和微波频率是成正相关的，微波频率越高，介质分子震动越剧烈，对介质的加热效果也就越明显。

但是，微波的微波能具有一定的上限，无法破坏介质内部分子之间的连接键，也无法改变介质内部分子的结构。值得注意的是，并非全部介质都是如此，微波能可以破坏橡胶内部分子之间的分子键，进而对废弃橡胶进行再生。根据物理学的相关知识可知，原子核如果处在外部电场环境下，可以在周期性的电磁力作用下表现出许多共振现象，这些共振现象都保持在微波范围内。由此可见，微波可以成为研究物质基本性质和内部结构的有效方式，甚至可以根据这一性质制作一些微波器件用于实际工作。

微波的频率很高，但是带宽却比较窄。但是在较窄的带宽下可用的频带在数百到上千赫兹，可以分为多个频道设计使用方案，这远远优于低频无线电波。可使用的频带很宽，意味着微波可以携带大量信息，所以目前很多通信系统都是在微波频段进行数据传输。不仅如此，极化信息、相位信息以及多普勒信息都可以由微波信息提供。

2 多频道微波下分配系统的天线设计浅析

2.1 同轴缝隙天线阵简要分析

同轴缝隙天线正的辐射场一般可以通过公式求出，经过多年研究得出了辐射场求解公式：EΦ=Acos（π/2cosθ）M（x，Φ）/sinθ，Hθ=-EΦ/120π。这两个式子中，M（x，Φ）为圆柱空间因子，圆柱空间因子可以根据相应的经验公式求出。值得注意的是，x=kasinθ，其中a是相位距离。当Φ小于或等于九十度的时候，a（x，Φ）=a（x，0）-πx（1-cosΦ）/3+Δ（x，Φ）。当Φ处于九十度到一百八十度之间时，a（x，Φ）=a（x，0）-x（Φ-π/6）+Δ（x，Φ）。式中Δ是相位函数产生的偏移。将多元缝隙在圆周方向进行分散排列，布置在不同位置，就可以形成缝隙阵，进一步获取所需的方向图，这就是缝隙辐射方向图。

根据计算机计算软件可以对不同角度下的波束宽度进行计算，一般可以选取90o，180o，270o和360o这几个角度，以圆轴方向的缝隙配置和圆柱直径的参数进行基本计算。根据实验计算结果，二元缝隙阵单元间距为90o。计算结果为93o，实验结果为91o；一元缝隙的计算结果是189v，实验结果是172o。可见在不同角度下进行实验时，一元缝隙、二元缝隙阵和三元缝隙阵的计算结果和实验结果都存在一定的差距，说明角度的影响还是比较明显的。下图为180o波束实测宽度和计算宽度图。

从图中不难看出，在180o的条件下，实测宽度和计算宽度存在较为明显的区别。所以，在进行天线设计时，角度的考量是十分重要的，对多频道微波分配系统的发展具有极其重要的作用。

2.2 圆柱上的对称振子阵简要介绍

对称振子使用十分广泛，具有经典的理论基础，使用方式也很多样。对称振子即指两臂长度相等的振子，单臂长度为波长的四分之一，全臂长度为波长的二分之一，该类振子就被称为半波对称振子。单一的半波对称振子可以用作天线的反馈源，既可以单独使用，也可以配合其他技术。多个半波对称振子可以有效组合成为天线阵。除此之外，还有一种异型半波对称振子，其具有普通半波对称振子的部分性质，但又和普通半波振子存在一定的区别。

根据经典理论的描述，可以将多元对称振子在圆周方向分散排列，将其布置在不同位置以组合成对称振子阵，进而获取缝隙方向图。对对称振子天线圆周方向实验结果显示，二元对称振子阵计算结果为360o，实验结果也为360o；一元对称振子阵计算结果187o，实验结果为189o。由此可见，对称振子阵相对于同轴缝隙天线阵而言，可靠性和稳定性更加良好，性能更加强大。这两种天线设计方案各有优劣，不仅解决了MMDS天线的设计难点，具有非常广阔的应用空间。

3 结束语

多频道微波分配系统主要是电视行业的重要技术，能够对电视行业的发展起到积极的推动作用。多频道微波分配系统的天线设计主要有同轴缝隙天线阵以及圆柱对称振子阵两种模式，使用时需要根据实际情况选择合适方案进行天线设计。

参考文献：

[1]王松强.应用于微波无损检测的微带阵列天线设计[J].科技创新与应用，2015.

[2]张范琦，项铁铭，王成龙.基于LDS工艺的多频段手机天线设计[J].杭州电子科技大学学报，2015.endprint