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卫星通信中的天线设计与优化一、引言随着科技的发展，卫星通信在日常生活中扮演着越来越重要的角色。
在卫星通信系统中，天线作为传输与接收信号的重要装置，其设计与优化对于卫星通信的质量和稳定性有着至关重要的影响。
为了保证卫星通信的高品质和长期运行，科研人员需要借助现代科技手段，对卫星通信天线的设计与优化进行深入研究。
二、卫星通信天线的设计标准卫星通信天线设计需要满足以下标准：1.匹配性能：天线的阻抗应与其输入信号源的阻抗相匹配，以保证信号的传输质量。
2.辐射性能：天线在接收信号和传输信号的过程中，需要保证其正常的辐射性能以保证信号的接收和传输质量。
3.极化性能：卫星通信天线需要满足不同极化要求，以适应各种通信需要。
4.方向性能：天线应具有高度指向性，能够接收特定角度内的信号，以保证通信的指向性和安全性。
5. 稳定性能：天线应当具有良好的温度补偿和红外防护能力，以保证其在恶劣气候条件下的工作。
三、卫星通信天线的设计原理卫星通信天线的设计需要有效地应用电磁学、数学、信号处理等诸多知识，以下是一些常见的设计原理：1.天线的结构设计原理卫星通信天线的结构设计可以采用抛物线、开口波导、离子电波等结构，不同结构的天线适应不同的通信需求。
2.微带天线的设计原理微带天线通常是由金属片与底座之间的不导电介质绝缘层构成的，使用优秀的金属材料和介质，可以让微带天线具有小体积和良好手性比率的特征。
3.反射器天线的设计原理反射器天线主要利用反射器与驱动器之间产生的相互作用，可以调节天线的高度和极化方向，使其满足各种卫星通信需求。
四、卫星通信天线的优化方法为了提高卫星通信天线的性能并适应不同的通信需求，需要采用多种优化方法。
以下是一些常见的优化方法：1.测量方法使用测量方法可以获取有关天线各种性能以及反应的数据，包括阻抗、辐射特性和方向性能等。
2.仿真方法通过仿真方法可以模拟不同的天线学习和优化不同的结构以及设计方案等参数，从而提高天线的性能和稳定性。
常用的几类天线的优缺点木雨 2014-11-14 07:04:16因各位对天线的认识不同，所以这里简单介绍一下我们最常用的几类天线的优缺点，供大家参考！并对广大HAM比较典型的问题作解答：第一、让我们来认识一下什么天线适合我们，我们最常用的天线就是偶极天线DP（dipole antenna）、其次就是垂直接地天线GP（Ground Plane Antenna），还有长线天线（Longwire ANT)、八木天线（YAGI)等。
DP天线架设简单、有着极高的效率和信噪比适合中近程距离通讯的入射仰角，和接近8字形的辐射波辨，成本最低所以是使用最普遍的一种天线。
GP天线有着全向并且低入射仰角的优点适合DX 越洋通信。
长线天线配合自动天调或者手动天调是一种效率接近60%的一种天线，适合没有空间架设短波天线的一种补充。
八木天线有着高增益的定向天线，非常适合DX远距离通讯的一款天线。
每一款天线都有着它的优点和缺点，比如DP有着极高的效率和信噪比但是它有方向性（虽然方向性并不强但是的确的方向性），GP天线有着全向辐射和低仰角的优点，但是因为是垂直架设底噪大就是GP的缺点。
长线天线因为是不对称天线所以底噪相对也较大一些，效率稍低、但是优点就是配合天调不用修剪振子即可使用，长线天线只是没有办法架设短波天线的一种办法。
八木天线有着极高方向性的天线，低仰角并且可以转向、可以说指到那打到那里，缺点造价高、要通过转动天线才不会漏掉弱信号。
没有十全十美的天线，所以我们可以根据自身的环境和经济条件来选择适合自己的天线。
第二、天线频率越低波长越长，所以短波低波段的天线都是很长。
标准全尺寸DP就是1/2波长并非一波长（很多新HAM不懂什么叫全尺寸），比如40米波段（7MHZ）全尺寸偶极天线全长就是20米，一对振子对应就是一个波段，如果要实现多波段就要增加振子。
三波段全尺寸天线就要三对（6条振子），所以在城市我们几乎没有几个HAM家里有足够的空间来架设这么长的天线。
制作短波天线常用的短波天线主要分为3类，第一类是垂直天线（GP），第二类是偶级天线（DP），第三类为八木天线（YAGI）。
除此之外，还有框型、钻石型、碟型等等，这里我们主要讨论前三类天线，其中重点探讨偶级天线及其变形。
从使用来看，GP天线主要用于近距离—中距离通讯，尤其是近距离通讯依靠地波传送，效果非常好。
而DP天线的近距离通讯效果很不好。
由于高度的限制，不可能架设很高的天线，一般来说5-10米高度的GP天线适合自己架设。
通常GP天线用于21-29M频段较为普遍，再低的频段就不再使用GP天线了。
此外，GP天线的防雷也比较难做，总不可能在天线旁边树一根比天线还高的铁管做避雷针吧？这是一支典型的DP天线的结构，其中红色部分为绝缘子，和两端的牵引绳隔开。
主振子长度为1/2波长*0.95缩短率。
为何要采用1/2波长呢？这是因为1/2波长中心抽头后两端各为1/4波长，这样天线的阻抗为50欧姆，才能够和发射机相匹配。
DP天线主要采用天波通讯，远距离通讯的效果非常好，且架设简单，不需要竖起很高的天线，制作成本低廉，因此为大多数无线电爱好者所采用。
DP天线有许多变形，下面我向大家一一做个介绍。
倒"V"天线，这是DP天线的一种变形方式，这样做的一则可以节省天线的占地面积，另一方面，可以改善原先DP天线的近距离地波通讯效果。
但这样做之后，天线具有了方向性，参见图中的最大辐射方向。
由于短波发射机可以工作在0-30M的各个波段，因此单一长度的天线就不能满足我们的需要了，而为每一个波段分别制作一根天线又不现实。
这样，我们就需要一根多波段的倒"V"天线。
这样做的好处是节省占地面积，又不需要几根天线来回切换。
但这样做的坏处是各波段振子相互影响，需要逐个修剪振子的长度，以达到最佳的匹配状态。
偶级天线需要制作两半一模一样的振子，对于有经验的HAM来说，一个小时就可以制作完成一副多波段天线。
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业馀无线电里四分之一波长的天线应该算是最简单而且效果也不差的一种天线所以它在无线电界里占有相当多的比例举个例子如果你有注意的话警车上的天线大部分是四分之一波长的天线像是你在用的430MHZ的手机它的天线绝大部分也都是四分之一波长还有你注意一下大部分的大哥大行动电话也都是四分之一波长的天线由此可知四分之一波长的天线绝对是有它的效果存在.如果你不是对电子方面有概念的话你也许会问什麽是四分之一波长呢? 简单来说它是一个天线长度单位是以频率来计算它有一个公式: %0
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所算得出来天线的长度(单位公尺) 举个例子来说你如果要做一只频率144.00MHZ的天线首先要先算出天线长度就以上面的公式来计算: (300 / 144.00MHZ) * 0.25 * 0.96 = 0.5 (公尺) ~VF5S
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所以我们得到0.5公尺也就是50 公分的长度再来就要准备材料我们准备5只50公分的铜条和一个M型座的接头(如图1) gP。
GP天线制作方法[多图]
1/4波长天线的制作1/4波长天线的制作及应用。
什么叫1/4(四分之一)波长天线？
简单来说它是一个天线长度单位,是以频率来计算,它有一个公式:
天线的长度(波长)= (300/f)*0.25*0.96, f表是频率，单位为MHz，0.96是波长缩短率。
最后的计算结果单位是米。
所算得出来天线的长度(单位公尺) 举个例子来说你如果要做一只频率144.00MHZ的天线首先要先算出天线长度就以上面的公式来计算: (300 / 144.00MHZ) * 0.25 * 0.96 = 0.5 (M)
得到0.5M（50CM)的长度
四分之一波长天线的应用
在业余无线电里,四分之一波长的天线应该算是最简单而且效果也不差的一种天线, 所以它在无线电界里占有相当多的比例. 举个例子,如果你有注意的话,警车上的天线大部分是四分之一波长的天线; 像是你在用的430MHZ的手机,它的天线绝大部分也都是四分之一波长;;大部分的大哥大行动电话也都是四分之一波长的天线. 由此可知四分之一波长的天线绝对是有它的效果存在.
四分之一波长天线的制作
准备5只50CM的铜条和一个M型座的接头(如图1)
然後用烙铁把M型的主轴与其中一只的铜条焊接起来再把其他四支用螺丝锁在四边或是焊上再把四只各向下45度(如图2)
在主振子的顶端弯曲了一个环，这样可以方便地挂在室外或屋顶。
上面用到的是一个M型母头，馈线上接上M公头直接拧在母头上，非常方便。
利用这种方法，我们可以制作各种简易的小型天线，例如工作在98Mhz的FM调频天线，其振子长度仅为74cm，非常轻巧。
适合调频发射爱好者自行制作。
DIY《便携3波段GP天线》
一.材料
（1）10米玻璃钢鱼杆一根。
（2）RG59同轴电缆若干2米。
（3）电线若干米。
（4）直径40mmPVC管2段外加堵头4个。
（5）不锈钢螺钉，焊片若干。
二.同轴Trap计算软件
下载下面文件
制作方法网上有大量说明自己搜一搜
三.调试问题
天线是1/4波长地网天线，因为加了Trap的缘故会有缩短，调试中修剪电线长短即可。
地网用3根1/4波长电线，分别对应14，21，28中心频率。
成功的关键是Trap的中心频率是否准确，我看到网上有很多ham自制Trap不成功，我认为同轴电缆参数不标准是主要原因，因此制作出来的Trap中心频率有可能偏差好几兆，因为是多波段天线，Trap频率不准天线自然很难调试出来，建议最起码要用扫频仪调整一下Trap中心频率。
祝大家DIY成功！
BG7ISO。
GP天线的设计问题——加感线圈
GP天线基本形式定型为 1/4 波长的加感天线（参看：1/2还是1/4？这是一个问题），相信大家当然和我一样不会满足于动手做一根6米波段或者10米波段的简单1/4波长的GP，我打算做的是一根可以覆盖20米以下的短波加感GP天线。
或者应该换成另外一种说法：14MHz以上的短波天线？呵呵，无论它应该叫什么名字，既然要工作在10米甚至更低波段，就不得不需要用到加感线圈了。
基本原则：
一、加感天线的原则：加感线圈在整根天线中所处的相对位置越高，则效率越高。
依据这个原则，对天线结构进行了调整，原来线圈上方的拉杆天线是1米的，换成75CM；原来线圈下方支撑杆是120CM的，换成150CM的，以期得到线圈较高的相对位置。
二、使线圈的长度与直径一致：在全部其它条件相同的情况下，线圈的外貌比值（长度对直径的比值）影响它的的 Q 值。
长度与直径接近的时候有一个最佳点。
不要用很长（大于两倍直径）或很窄（小于一半直径）的线圈。
依据这个原则，线圈骨架直径从 10MM 增加到 20MM，以期望得到比较高的线圈Q值。
三、天线是一寸长、一寸强的
依据这个原则，调整天线时保持线圈上方的拉杆天线处于最长状态，仅仅依靠增、减线圈匝数来使天线谐振。
四、线圈上方振子长度调整是非常敏感的（相对线圈和下方振子长度）。
问题：
1、GP天线在中部加感时，线圈上、下方的振子哪个是天线功率的主要辐射部分？
按照原则一来解释，应该是主要依靠线圈下方振子向外辐射电磁波。
因为在天线整体长度不发生变化的情况下，线圈位置提升所带来的变化就是下方振子长度增加。
这样理解是否正确？
2、依照上述第四点来分析的话，在线圈上移之后，线圈上方振子缩短了，而对应的下方振子有所增加，但是由于线圈上、下振子的敏感程度不同，理论上线圈部分应该有所增加才能使天线重新谐振，这样是正确的吗？
几点意见：
1、线圈的Q值大些比小些肯定要好，10mm的直径有些小了。
ARRL天线手册上用的Loading Coil直径都在50mm左右；
2、天线长度就做1/4波长的，不要考虑其他波长了。
缩短时一样没效率，还增加了匹配的麻烦；
3、调试好的话，只更换加感线圈就可以各个波段使用。
不过实际情况下可能要稍微调整上端的振子长度。
便携GP天线第二版——增加15米波段测试通过，首先向配合我测试的 BG6AHU （安徽宁国市距离郑州大约700KM）表示深深的感谢，因为这也是我在15米波段的首通记录。
以下是详细的测试数据：
∙21.000MHz ： 1.60
∙21.050MHz ： 1.60
∙21.100MHz ： 1.60
∙21.150MHz ： 1.60
∙21.200MHz ： 1.60
∙21.250MHz ： 1.60
∙21.300MHz ： 1.60
∙21.350MHz ： 1.60
∙21.400MHz ： 1.60
∙21.450MHz ： 1.60
∙21.500MHz ： 1.55
测试环境：
∙底部支撑：15 CM；
∙下半部分振子：30 CM *4；
∙线圈（接线部分）：17 CM；
∙上半部分拉杆天线：50 CM；
∙线圈（导线部分）：150CM；
∙地网： 310cm（250CM用于10米波段的+2根30CM跳线）；
从上述测试数据来看，整体的驻波比有些偏高；在15米波段的高端有下降趋势，理论上需要增长部分振子来调整振子的谐振频率。
本打算进一步对线圈尺寸进行调整，让拉杆天线在其最长长度时能谐振，以得到更好的发射效果，但是测试过程由于其他原因被迫中断，只好暂时记录上述信息，以备下次有机会调整天线时使用。
天线的缩短与加感
在很多时候，为了减少天线的占用空间，我们常常需要将天线的尺寸减少。
那么怎样在天线尺寸减少的情况下，天线仍然能准确地产生谐振呢？这是我们下面讨论的问题
一根短于1/4波长倍数的天线是呈容性的。
这是由于它不产生谐振而且其电流和电压的合成相位关系与电容性电路的相位关系很相似的缘故。
那么，我们可在天线上加一个电感来使天线产生谐振。
一个偶极子天线，天线的两臂小于1/4波长，这时我们可在两臂上分别接入一个电感使天线产生谐振。
这两个电感装在离天线的接线端约几公分位置比装在臂的两端效果更好，电感的大少可通过实验的方法获得。
例如，我们可通过测试天线的驻波比来获得合适的加装电感量的大少。
将一条长度为半波长的导线绕成螺旋形式，其效果和一条四分之一波长的天线相差无几，这种设计称为螺旋天线。
由于这种天线很少能找到与之匹配的传输电缆，所以这种天线多用在不需要传输电缆的设备中，如手提电话、手持式无线对讲机等。
通常我们称1/4波长的天线为鞭状天线。
这种天线也是一些小型的无线收发设备用得最多的一种天线。
在实际应用中由于受到体积的限制，往往天线的长度总是做成小于1/4波长的，所以要在天线上加电感，电感的加载方式有三种：1、底部加载，2、中部加载，3、顶部加载，每一种加载方式都有其优点和缺点，从机械的角度看，底部加载最为理想，但是这种加载方式的辐射电阻很低而且由于大多数能量是从加载线圈
辐射出来，因此效率比较低。
中部加载的辐射电阻会增加，但在这种情况下会消耗掉电台的许多功率
垂直架设的鞭状天线只能接收垂直极化波，但有时我们可把1/4波长天线制成垂直和水平相结合的组合结构天线。
即既可接收垂直极化波又可以接收水平极化波，在这种情况下，我们可将垂直部分的长度做成大于1/4波长，使天线呈电感性，然后在天线的顶部用一个十字形导线与垂直部分形成一个电容而使天线发生谐振
天线最佳长度是这样算吗？
当天线的长度为无线电信号波长的1/4时，天线的发射和接收转换效率最高。
因此，天线的长度将根据所发射和接收信号的频率即波长来决定。
只要知道对应发射和接收的中心频率就可以用下面的公式算出对应的无线电信号的波长，再将算出的波长除以4就是对应的最佳天线长度。
频率与波长的换算公式为：
波长=30万公里/频率
=300000000米/频率（得到的单位为米））
例：求业余无线电台的天线长度
已知业余无线电台使用的信号频率为435MHz附近，其波长为:
波长= 300000公里/435MHz
= 300000000/435000000
= 300/435
= 0。
69米
对应的最佳天线长度应为0。
69/4 ，等于0。
1725米
当频率为439MH时，将计算公式简化为
波长=300/439
=0。
683米
最佳天线长度为0。
683米/4，等于0。
17米。
