一种用于卫星通信天线的极化隔离度测试装置及其测试方法与流程

1.本发明涉及卫星通信监测技术领域，具体涉及一种用于卫星通信天线的极化隔离度测试装置及其测试方法。


背景技术：

2.在卫星通信系统中，为了在有限频带宽度内实现更大通信带宽通常采用圆极化和线极化两种极化工作方式。目前常用的c频段和ku频段的卫星通信系统通常采用线极化方式，而线极化又分为水平极化和垂直极化两种极化方式。从理论上讲两个正交极化波应该是完全隔离的，这就意味着一个天线可以配置两个接收或发射端口，每个端口只与一个极化波匹配，而与另一个极化波完全正交。在卫星通信系统中，利用正交极化这种特性可以进行频率复用，即在同一频带内可以采用两种不同的极化方式传输两套不同的信号，只要两者之间存在足够的极化隔离就可以互不干扰。在工程上，将衡量卫星天线设备这种极化隔离特性性能好坏的指标称为极化隔离度，极化隔离度的高低直接影响了卫星通信天线的通信效果，有的卫星通信天线因为极化隔离度过小导致干扰卫星资源而被卫星公司禁止适用。
3.在通常情况下，卫星下行信号的极化方式并不是理想的水平或垂直于地面，而是随着卫星通信天线所处的地球经纬度位置而不同。为了使卫星通信天线的接收极化方向和卫星下行信号极化方向一致，接收卫星下行信号时需要需要让馈源后面的omt(正交模转换器)波导口相对于地面倾斜一个角度，这个角度在卫星系统中就被称为卫星通信天线的极化角。
4.现有的卫星通信天线测试极化隔离度的方法为：先让被测试卫星通信天线对准测试卫星，通过被测试卫星通信天线在一个极化角上发射一个卫星公司指定的cw连续波信号，卫星主站同时接收水平极化信号和垂直极化信号，借助频谱仪对比两个极化信号强度的差值，即得到卫星通信天线的极化隔离度。
5.上述卫星通信天线极化隔离度测试方法只能测试卫星通信天线的一个或者两个极化角度上的极化隔离度，比如公开号为cn114171918a的中国专利，其公开了一种卫星移动通信天线极化隔离度的标校方法，虽然可自动对卫星通信天线的极化隔离度进行准确标校，且不必受限于卫星主站等第三方设备设施，但是在其测试过程中，通过控制极化轴改变极化角时只能测试卫星通信天线的两个极化角度上的极化隔离度，而卫星通信天线在使用过程中，使用的极化角度是随卫星通信天线的经纬度信息和卫星轨道信息变化而不断变化的，所以现有的卫星通信天线极化隔离度测试方法无法在一个经纬度地点上测试卫星通信天线需要使用到的所有极化角度对应的极化隔离度，即不能保证卫星通信天线在出厂后全球使用时极化隔离度都满足卫星公司要求。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种用于卫星通信天线的极化隔离
度测试装置，可实现在同一经纬度地点测试卫星通信天线所有极化角度对应的极化隔离度，测试更为全面且测试效率高。
7.本发明的目的通过以下技术方案来实现：
8.一种用于卫星通信天线的极化隔离度测试装置，包括天线主面、副反射面、馈源、极化中心轴、极化电机、测试转台、测试电机和底座，天线主面固定于测试转台顶面，极化中心轴转动设于测试转台上，极化中心轴位于天线主面的中心线上，馈源套设在极化中心轴上端，副反射面设于馈源顶部，极化电机固定于测试转台上，测试转台转动设于底座上，测试电机固定于底座上，极化电机通过极化传动机构带动极化中心轴转动，测试电机通过测试传动机构带动测试转台与极化中心轴同轴转动，测试转台的转动方向与极化中心轴的转动方向相反。
9.进一步地，极化中心轴下端设有与馈源配合的正交模转换器和上变频功率放大器。
10.进一步地，测试转台包括顶板、底板和支撑杆，顶板通过支撑杆与底板固定连接，天线主面固定于顶板的顶面，极化中心轴通过转动轴承与顶板转动连接，极化中心轴上端向上穿过天线主面，极化中心轴下端向下穿过顶板，极化电机固定于顶板的底面，底板转动设于底座上。
11.进一步地，极化传动机构包括极化带轮和传动皮带，极化带轮固定于极化中心轴下端，极化电机通过传动皮带带动极化带轮转动。
12.进一步地，底板底部固定有转动座，转动座通过转动轴承与底座转动连接。
13.进一步地，测试传动机构包括主动齿轮和从动齿轮，转动齿轮固定于测试电机的输出轴上，从动齿轮固定在转动座上，主动齿轮和从动齿轮互相啮合。
14.根据上述用于卫星通信天线的极化隔离度测试装置，本发明还提供了该测试装置对应的测试方法，其包括以下步骤：
15.s1、对天线主面、副反射面、馈源、极化中心轴、极化电机、测试转台、测试电机和底座进行安装，使天线主面、副反射面和馈源组成卫星通信天线，通过极化电机和测试电机调整卫星通信天线和测试转台的位置，使卫星通信天线和测试转台同时对准待测卫星，然后通过卫星通信天线向待测卫星发射cw连续波。
16.s2、通过卫星主站接收并观察卫星通信天线的水平极化信号和垂直极化信号，并通过极化电机带动副反射面和馈源随极化中心轴继续转动，使卫星通信天线的极化隔离度达到最大值。
17.s3、通过测试电机带动卫星通信天线和极化中心轴同时随测试转台转动一个角度。
18.s4、通过极化电机带动副反射面和馈源随极化中心轴相对于测试转台同角度反方向转动，使卫星通信天线对待测卫星发射的cw连续波的极化角度达到最佳极化角度。
19.s5、通过卫星主站接收卫星通信天线的水平极化信号和垂直极化信号的信号差值并记录。
20.进一步地，在步骤s2中，卫星通信天线(1)的极化隔离度的最大值不小于30db。
21.本发明具有以下优点：
22.1、本发明通过天线主面、副反射面、馈源、极化中心轴、极化电机、测试转台、测试
电机和底座的设置，将天线主面、副反射面和馈源安装组合为卫星通信天线，利用极化电机、测试转台和测试电机对通信天线的极化角度进行调整，可在同一经纬度地点测试卫星通信天线所有极化角度对应的极化隔离度，提高了卫星通信设备的生产测试覆盖性，可避免卫星极化干扰的风险，从而保证卫星通信天线的极化隔离度都能满足卫星公司要求。
23.2、本发明在测试过程中可利用电机控制器对极化电机和测试电机进行自动化控制，进而可实现卫星通信天线极化角度的自动调整，提高了测试效率和极化调整精度。
附图说明
24.图1为本发明的整体结构示意图；
25.图2为图1中卫星通信天线和极化电机的安装结构示意图；
26.图3为图1中测试转台和测试电机的安装结构示意图；
27.图4为本发明的工作流程示意图；
28.图中：1、卫星通信天线；11、副反射面；12、馈源；13、正交模转换器；14、上变频功率放大器；2、天线主面；3、极化中心轴；4、极化电机；5、测试转台；51、顶板；52、底板；53、支撑杆；6、测试电机；7、底座；8、转动轴承；9、极化带轮；10、传动皮带；15、转动座；16、主动齿轮；17、从动齿轮。
具体实施方式
29.下面结合附图对本发明做进一步的描述，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
30.如图1-3所示，一种用于卫星通信天线的极化隔离度测试装置，包括天线主面2、副反射面11、馈源12、极化中心轴3、极化电机4、测试转台5、测试电机6和底座7。其中天线主面2、副反射面11和馈源12共同构成卫星通信天线1，极化中心轴3位于天线主面2的中心线上，馈源12套设在极化中心轴3上端，副反射面11设于馈源12顶部，天线主面2和极化电机4通过螺栓固定安装在测试转台5上，测试电机6通过螺栓固定安装在底座7上，极化电机4可通过极化传动机构带动极化中心轴3在测试转台5上转动，测试电机6则可通过测试传动机构带动测试转台5在底座7上与极化中心轴3同轴转动，且测试转台5的转动方向与极化中心轴3的转动方向相反。
31.在极化中心轴3下端安装有正交模转换器13和上变频功率放大器14。其中上变频功率放大器14用于把卫星modem输出的l波段信号进行变频和功率放大，最终把信号传输给正交模转换器13；正交模转换器13作为分离或混合两个相互正交的极化波的微波元件，把上变频功率放大器14输出的单一极化波混合后给馈源12辐射出去，同时分离卫星辐射下来的两个相互正交的极化波到信号接收端的频谱仪上；馈源12用于将上变频功率放大器13输出的射频功率以电磁波的形式向副反射面11辐射；副反射面11用于将馈源12辐射的电磁波辐射能量有规律的反射到天线主面2上；天线主面2用于将副反射面11发出的电磁波按一定要求向某一方向集中反射，以加强发射效果的导电曲面。
32.具体的，如图1、2所示，测试转台5包括顶板51、底板52和支撑杆53。其中顶板51通过支撑杆53与底板52固定连接，使得顶板51由支撑杆53支撑在底板52上方，底板52转动设于底座7上，优选的，顶板51和底板52处于水平。天线主面2通过螺栓固定在顶板51的顶面，
极化中心轴3通过转动轴承8与顶板51转动连接，且极化中心轴3上端向上穿过天线主面2，下端向下穿过顶板51；极化电机4通过螺栓固定安装在顶板51的底面；馈源12套设在极化中心轴3上端，副反射面11设于馈源12顶部，正交模转换器13和上变频功率放大器14设于极化中心轴3下端。天线主面2和副反射面11的辐射都是通过空间实现的，所以两者安装时只要满足焦点的相对位置即可，馈源12、正交模转换器13、上变频功率放大器14在安装时直接用螺丝让射频元件无缝精密组合即可。
33.如图2所示，极化传动机构包括极化带轮9和传动皮带10，其中极化带轮9固定于极化中心轴3下端，极化电机4通过传动皮带10带动极化带轮9转动，进而带动极化中心轴3以天线主面2的中心线为旋转轴心线转动，极化中心轴3转动时也随即带动卫星通信天线1整体转动，以此实现对卫星通信天线1的极化角度的调整。
34.如图3所示，底板52的底部通过螺栓固定有转动座15，转动座15通过转动轴承8与底座7转动连接；测试传动机构包括主动齿轮16和从动齿轮17，其中转动齿轮固定于测试电机6的输出轴上，从动齿轮17固定在转动座15上，主动齿轮16和从动齿轮17互相啮合。优选的，转动座15的旋转中心线与天线主面2的中心线共线，这样测试电机6通过主动齿轮16和从动齿轮17带动底板52转动时，整个测试转台5即与极化中心轴3同轴转动。
35.在使用上述用于卫星通信天线1的极化隔离度测试装置进行极化隔离度测试时，其整个测试流程如图4所示，主要包括以下步骤：
36.s1、对天线主面2、副反射面11、馈源12、极化中心轴3、极化电机4、测试转台5、测试电机6和底座7进行安装，使天线主面2、副反射面11和馈源12组成卫星通信天线1，通过极化电机4和测试电机6调整卫星通信天线1和测试转台5的位置，使卫星通信天线1和测试转台5同时对准待测卫星，然后通过卫星通信天线1向待测卫星发射cw连续波。
37.具体的，先将底座7固定好，然后对天线主面2、副反射面11、馈源12、极化中心轴3、极化电机4、测试转台5和测试电机6进行安装，其中极化电机4和测试电机6均优选为步进电机，安装好后将极化电机4和测试电机6接到电机控制器上，这个过程为常规技术手段，这里不再详细赘述。
38.s2、通过卫星主站接收并观察卫星通信天线1的水平极化信号和垂直极化信号的信号差值，并通过极化电机4带动副反射面11和馈源12随极化中心轴3继续转动，使卫星通信天线1的极化隔离度达到最大值。
39.具体的，卫星主站接收到水平极化上和垂直极化上的cw连续波，并将接收到的cw连续波信号接入频谱仪，进而通过频谱仪观察水平极化上和垂直极化上的cw连续波信号差值，即卫星通信天线1的极化隔离度。
40.根据intelsat组织以及国内卫星公司的要求，线极化卫星通信天线1的极化隔离度最少要达到30db，所以在此步骤中使卫星通信天线1的极化隔离度达到的最大值不得小于30db。
41.s3、通过测试电机6带动卫星通信天线1和极化中心轴3同时随测试转台5转动一个角度。
42.具体的，若测试电机6带动测试转台5顺时针转动xo，进而卫星通信天线1和极化中心轴3也随即顺时针转动xo，此时卫星通信天线1对卫星发射的cw连续波的极化角度就偏移了xo；对应的，若测试电机6带动测试转台5逆时针转动-xo，进而卫星通信天线1和极化中心
轴3也随即逆时针转动-xo，此时卫星通信天线1对卫星发射的cw连续波的极化角度同样偏移了xo，其中
“‑”
仅表示转动方向相反。
43.s4、通过极化电机4带动副反射面11和馈源12随极化中心轴3相对于测试转台5同角度反方向转动，使卫星通信天线1对待测卫星发射的cw连续波的极化角度达到最佳极化角度。
44.具体的，以步骤s3中测试电机6带动测试转台5转动的转动角度为5
°
为例，卫星通信天线1对卫星发射的cw连续波的极化角度即偏移了5
°
，若测试转台5为顺时针转动5
°
，则在此步骤中通过极化电机4带动极化中心轴3逆时针转动-5
°
，进而使得卫星通信天线1对待测卫星发射的cw连续波的极化角度达到最佳极化角度，即使得卫星通信天线1的接收极化方向和卫星下行信号极化方向一致；同理，若测试转台5为逆时针转动5
°
，则使极化中心轴3顺时针转动-5
°
即可，，其中
“‑”
仅表示转动方向相反。
45.s5、通过卫星主站接收卫星通信天线1的水平极化信号和垂直极化信号的信号差值并记录。
46.具体的，经过s3和s4的操作后，利用频谱仪观察卫星主站接收的卫星通信天线1水平极化信号和垂直极化信号的信号差值，进而得到最终测试的极化隔离度。重复步骤s3和s4，直到所有极化角度全部被覆盖测试，并对测得的所有极化隔离度进行记录。
47.通过上述测试方法，即可在同一经纬度地点测试卫星通信天线1所有极化角度对应的极化隔离度，进而提高了卫星通信设备的生产测试覆盖性，可避免卫星极化干扰的风险，从而保证卫星通信天线1的极化隔离度都能满足卫星公司要求。在测试过程中可利用电机控制器对极化电机4和测试电机6进行自动化控制，进而可实现卫星通信天线1极化角度的自动调整，提高了测试效率和极化调整精度。
48.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。