什么是天線方向圖 衛(wèi)星地球站的天線性能指標(biāo)

今天我們要學(xué)習(xí)FCC有關(guān)衛(wèi)星地球站天線的性能指標(biāo)，具體的說(shuō)，是天線的方向圖（antenna pattern），或者叫做天線輻射方向圖（antenna radiation pattern）。這個(gè)指標(biāo)是決定衛(wèi)星之間最小間距的主要因素之一，因此也是決定能在多大程度上有效利用頻譜資源的主要因素。

那么什么是天線方向圖，我們都知道頻譜圖是指在一定的頻率范圍內(nèi)各頻點(diǎn)的功率情況，方向圖則是指在一定的角度范圍內(nèi)由天線輻射到各方向點(diǎn)的功率情況。不同的是，頻譜圖只需要考察頻率的維度，是一維的，但天線方向圖是立體的，嚴(yán)格說(shuō)應(yīng)該給出的是一個(gè)三維立體形狀，如下圖。但通常大家會(huì)取兩個(gè)相互垂直的切面去進(jìn)行考察，并且要看同極化，以及交叉極化的指標(biāo)。

同極化

25.209的條款（a）針對(duì)的是在FSS中運(yùn)行并向GSO衛(wèi)星發(fā)射的任何地球站天線的同極化（co-polarization）增益指標(biāo)，包括為FSS以外的衛(wèi)星服務(wù)提供饋電鏈路的地球站。?但需要注意的是條款（a）中定義的同極化要求，是一般性的標(biāo)準(zhǔn)限值要求，也就是說(shuō)還有非標(biāo)準(zhǔn)的特殊規(guī)定在條款（f）中進(jìn)行了說(shuō)明。

名詞解釋?zhuān)?/p>

Fixed-Satellite Service (FSS). ? A radiocommunication service between earth stations at given positions, when one or more satellites are used; the given position may be a specified fixed point or any fixed point within specified areas; in some cases this service includes satellite-to-satellite links, which may also be operated in the inter-satellite service; the Fixed-Satellite Service may also include feeder links of other space radiocommunication services. 固定衛(wèi)星服務(wù)（FSS）。? 當(dāng)使用一顆或多顆衛(wèi)星時(shí)，在給定位置的地球站之間提供的無(wú)線通信服務(wù)；給定位置可以是一個(gè)指定的固定點(diǎn)，也可以是指定區(qū)域內(nèi)的任何固定點(diǎn)；在某些情況下，這種服務(wù)包括衛(wèi)星與衛(wèi)星之間的鏈路，這些鏈路也可以在衛(wèi)星間服務(wù)中運(yùn)行；固定衛(wèi)星服務(wù)還可以包括其他空間無(wú)線通信服務(wù)的饋線鏈路。

簡(jiǎn)單地說(shuō)，同極化就是發(fā)射天線和接收天線的平面和方向相同，而交叉極化則相互垂直。我們上面說(shuō)了，由于天線輻射方向圖的立體性，同極化或交叉極化又分成了兩個(gè)相互垂直的平面內(nèi)的要求，我們先來(lái)了解一下對(duì)于衛(wèi)星地球站來(lái)說(shuō)這兩個(gè)平面是如何切分的，看下面兩個(gè)圖：

兩個(gè)平面分別是：在地球某點(diǎn)的衛(wèi)星地球站天線位置與GSO軌道弧的切線形成的面，叫做plane tangent to the GSO arc，以及與這個(gè)面垂直的面，叫做plane perpendicular to the GSO arc。以下為方便我們分別簡(jiǎn)稱(chēng)為GSO相切面和垂直面。

按照頻段以及切面的不同，同極化限值要求分為以下六種情況：

(1) 在與GSO弧線相切面內(nèi)，對(duì)于不在常規(guī) Ku 頻段、24.75-25.25 GHz 頻段或 27.5-30 GHz 頻段內(nèi)運(yùn)行的地球站，需滿足下表的要求：

其中θ是指從地球站天線到目標(biāo)衛(wèi)星指定軌道位置的方向圖主瓣軸線夾角。θ如果在 ±7-180°范圍內(nèi)的可以有10%的旁瓣超出上述包絡(luò)規(guī)定，但最多只能超出3dB；在主瓣溢出能量區(qū)域（region of main reflector spillover），如下圖所示，最多可超出 6 dB。

(2) 在與GSO弧線相切面內(nèi)，工作在常規(guī) Ku 頻段的限值要求如下：與（1）有相同的主瓣和旁瓣的超出要求。

(3)?在與GSO弧線相切面內(nèi)，工作在24.75–25.25 GHz或27.5–30 GHz 頻段的限值要求如下，與（1）有相同的主瓣和旁瓣的超出要求。

(4)?在與GSO弧線垂直面內(nèi)，對(duì)于不在常規(guī) Ku 頻段、24.75-25.25 GHz 頻段或 27.5-30 GHz 頻段內(nèi)運(yùn)行的地球站，需滿足下表的要求：

θ如果在 ±3-180°范圍內(nèi)的可以有10%的旁瓣超出上述包絡(luò)規(guī)定，但最多只能超出6dB，如下圖所示，在主瓣溢出能量區(qū)域（region of main reflector spillover）最多可超出 6 dB。

(5)?在與GSO弧線垂直面內(nèi)，工作在常規(guī) Ku 頻段的限值要求如下，與（4）有相同的主瓣和旁瓣的超出要求。

(6)?在與GSO弧線垂直面內(nèi)，工作在24.75–25.25 GHz或27.5–30 GHz 頻段的限值要求如下，與（4）有相同的主瓣和旁瓣的超出要求。

交叉極化

先來(lái)看一個(gè)同極化（co-polarized）和交叉極化（cross-polarized）方向圖的例子，分別如下圖中實(shí)線和虛線所示：

交叉極化的限值要求如下：

(1)?在與GSO弧線相切面內(nèi)，不在 24.75-25.25 GHz 或 27.5-30 GHz 頻段內(nèi)運(yùn)行的地球站，需滿足以下要求，θ的定義同（a)(1）。

19–25logθ?dBi?for?1.8°?

(2)?在與GSO弧線垂直面內(nèi)，不在 24.75-25.25 GHz 或 27.5-30 GHz 頻段內(nèi)運(yùn)行的地球站，需滿足以下要求，θ的定義同（a)(1）。

19–25logθ?dBi?for?3°?

(3)?在與GSO弧線相切面或者垂直面內(nèi)，在 24.75-25.25 GHz 或 27.5-30 GHz 頻段內(nèi)運(yùn)行的地球站，需滿足以下要求，θ的定義同（a)(1）。

19–25logθ?dBi?for?2°?

某些地球站的干擾保護(hù)權(quán)力

(1)?根據(jù)第25.115(b)(1)和(b)(3)節(jié)（Receive-only earth stations：僅接收的地球站），獲得許可與 GSO FSS 空間站一起運(yùn)行或登記接收來(lái)自此類(lèi)空間站傳輸?shù)牡厍蛘?，如果使用接收波段增益模式符合本?jié)(a)和(b)段規(guī)定的天線，不會(huì)對(duì)該地球站造成有害干擾，則該地球站無(wú)權(quán)獲得免受授權(quán)運(yùn)行的其他臺(tái)站的干擾保護(hù)。

(2) 17/24 GHz BSS（broadcasting-satellite service：廣播衛(wèi)星服務(wù)）遙測(cè)地球站無(wú)權(quán)受到來(lái)自授權(quán)空間站運(yùn)行的有害干擾的保護(hù)，如果該地球站使用的天線的接收波段增益模式符合本節(jié)(a)和(b)段規(guī)定的水平，則不會(huì)對(duì)該地球站造成有害干擾。但在17/24 GHz BSS中僅接收的地球站有權(quán)在第25.224節(jié)（Protection of receive-only earth stations in the 17/24 GHz BSS）規(guī)定的范圍內(nèi)免受其他空間站造成的有害干擾。

reserved

無(wú)法調(diào)整偏斜角的地球站

使用不對(duì)稱(chēng)天線且不具備偏斜角（skew angle）調(diào)整能力的地球站，必須符合本節(jié)(a)(1)段規(guī)定的增益值，在與天線主平面正交的平面上，或者在與地球站可能位于的任何地點(diǎn)所經(jīng)歷的最大偏斜角相對(duì)應(yīng)的平面上。偏斜角是什么，可參考下圖：

不符合上述要求的特殊地球站

GSO FSS 地球站的天線如不符合本節(jié)(a)和(b)段中的適用標(biāo)準(zhǔn)，只有在申請(qǐng)者證明該天線不會(huì)造成不可接受的干擾時(shí)，才會(huì)得到批準(zhǔn)。該證明必須表明地球站的傳輸符合第25.218節(jié)（Off-axis EIRP density envelopes for FSS earth stations transmitting in certain frequency bands：特定頻段發(fā)射的FSS地球站的離軸 EIRP 密度曲線）的要求，或者申請(qǐng)人必須證明地球站的運(yùn)行已根據(jù)25.220（Non-routine transmit/receive earth station operations：非常規(guī)發(fā)射/接收地球站操作）進(jìn)行了協(xié)調(diào)。

reserved

NGSO地球站天線限值

工作在10.7-11.7 GHz、12.75-13.15 GHz、13.2125-13.25 GHz、13.8-14.0 GHz 和/或 14.4-14.5 GHz 頻帶內(nèi)與NGSO FSS衛(wèi)星通信的網(wǎng)關(guān)地球站的任何發(fā)射天線的增益必須低于如下定義限值：

θ的定義同（a)(1），θ如果在 ±7-180°范圍內(nèi)的可以有10%的旁瓣超出上述限值規(guī)定，但最多只能超出3dB。

編輯：黃飛