編者按：隨著我國電視直播衛(wèi)星即將發(fā)射升空，近來，在因內(nèi)市場上再次出現(xiàn)了平板天線。它的重量輕、體積小、占用空間少、風(fēng)阻小、效率高等優(yōu)勢，立即引起了大家的關(guān)注。為了使大家進(jìn)一步了解和明白各種平板天線，本楊慶增先生特特將2000年撰寫的《細(xì)說平板天線》一文整理、補充，以《再說平板天線》發(fā)表，搏目前市場上流行的振子式平板天線和縫隙式平板天線進(jìn)行技術(shù)原理上分析和使用特點上的介紹，以饗讀者。
　　
　　上個世紀(jì)末期，平板天線曾出現(xiàn)在國內(nèi)的相關(guān)展覽會和市場上，當(dāng)時能見到的多為日本和韓國生產(chǎn)制造的，如圖1所示的兩款平板天線。但是，由于當(dāng)時這些平板天線價格昂貴，有些技術(shù)指標(biāo)也不太適合我國使用，所以沒有多久因為打不進(jìn)中國市場，很快便消聲匿跡了。其實，平板天線在國外，也沒有流行起來，原因多種多樣，而其中主要原因是價格問題，平板天線比反射面天線要貴很多，再加之制造工藝要復(fù)雜的多，所以在一定程度上是競爭不過目前流行的反射式拋物面天線的。
　　但是，由于今年我國要發(fā)射首顆電視直播衛(wèi)星，這將帶動衛(wèi)星電視產(chǎn)業(yè)有一個較大的發(fā)展，因此在國內(nèi)，近來再次出現(xiàn)了平板天線。這些平反天線多數(shù)是國內(nèi)廠家自己生產(chǎn)的，本刊也刊有相應(yīng)的平板天線的廣告。正因為這些平板天線是國內(nèi)廠家生產(chǎn)的，因此它考慮到國內(nèi)所需產(chǎn)品的特點，使國產(chǎn)平板天線既可以接收自己的直播星，也可以出口海外。因此目前國內(nèi)生產(chǎn)的平板天線一改往曰純進(jìn)口平板天線的特點，適用性提高了。同時由于工藝上的改善，平板天線的技術(shù)指標(biāo)也大大改觀，再加之由于是國內(nèi)生產(chǎn)，其生產(chǎn)成本也降低了不少。因此可以說，平板天線在我國已進(jìn)入了實用性階段。
　　
　　應(yīng)該說，平板天線與我們現(xiàn)在已大量使用的反射式拋物面天線有很大的不同。反射式拋物面天線是采用一次或二次反射式的接收天線，而平板天線是直接接收式天線，前者的天線面是起反射作用的，后者的天線面就是直接接收的天線，因此二者有本質(zhì)的不同。
　　目前，平板天線有振子式、縫隙式等幾種，它們集中的特點是體積小、重量輕、風(fēng)阻小、安裝使用方便；內(nèi)置高頻頭使天線與高頻頭一體化，調(diào)節(jié)便利；平板天線的效率較高，特別適用于直播星電視的接收。
　　
　　
　　振子式平板天線結(jié)構(gòu)的揭秘
　　
　　如果我們將過去進(jìn)口的一款振子式平板天線的天線面縱向切開的話，我們就會見到這個天線面是由五層材料組成。如圖2。
　　第一層和第五層為天線保護層，又稱天線罩，是用耐腐蝕介質(zhì)做成。它起到防止氧化、衰減紫外線對印刷板電路的影響、防雨、雪侵蝕的作用。圖2的結(jié)構(gòu)圖中沒有畫這二層。
　　第二層為接收天線層。是一層印刷電路板金屬層，它的上面印刷著許許多多排列整齊的單元振子形成的天線陣，故可稱天線基板層。這一層決定著平板天線的技術(shù)質(zhì)量。單元振子的形狀是多樣的。
　　第三層為印刷電路板的介質(zhì)層，它支撐著第二層。
　　第四層為接地導(dǎo)體層，它是一層金屬箔板，既起到對天線陣的反射作用，又是饋線的一部分，組成微帶傳輸線。天線陣的輸出，與裝在平板天線板后的高頻頭聯(lián)接。
　　由此我們可以看出，平板天線有一個較為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，采用著微波技術(shù)中的微帶電路技術(shù)，對其工藝要求的又很高，特別是天線陣中饋電相位的同相性要求極其嚴(yán)格。它和反射式拋物面天線的結(jié)構(gòu)相差很大，因此設(shè)計與制造都有較大的難度。平板天線理論的提出已有二十余年的歷史，至今才見到質(zhì)優(yōu)價廉的平板天線的出現(xiàn)于國內(nèi)市場，其原因恐怕就在如此。
　　
　　
　　
　　振子式平板天線及其工作原理
　　
　　衛(wèi)星直播電視的出現(xiàn)，使衛(wèi)星下行信號的頻率提高到12GHz，波長變短達(dá)到2．5cm，這為平板天線的出現(xiàn)提供了可能。因為平板天線不可能做的很大，只有波長較短時，平板天線才可能做的較小些。
　　實際上平板天線是從雷達(dá)和無線電通信中常用的陣列式天線移植到Ku波段衛(wèi)星電視接收天線上來的。
　　所謂陣列式天線，就是將許許多多半波振子單元天線進(jìn)行有規(guī)律地排成行和列而形成。如圖3。通常每個相鄰半波振子單元之間，包括行距與列距，相隔半個波長的整數(shù)倍，從而構(gòu)成一個天線陣。半波振子的單元的數(shù)量取決于平板天線的增益要求，增益要求愈高，其采用的半波振子單元也就愈多。例如，平板天線增益要求達(dá)到34dB，那么平板天線的半波振子單元，就得有480個之多。因此振子單元愈多，增益愈高，平板天線的面積也就愈大。
　　
　　何謂半波振子單元天線呢?如圖4(1)，這是一付對稱天線，其每一端臂長1／4波長，是用金屬導(dǎo)體制作而成，兩端全長為1／2波長，這種天線稱半波振子天線。如果一付天線長度恰好為半個波長，此時的天線呈現(xiàn)為諧振狀態(tài)，其特性阻抗最小且為純阻，無電抗，損耗最小故輻射最大。其輻射的方向性圖如圖4(2)，即以半波天線為軸，向垂直于軸線的四周輻射，從剖面看形成8字形輻射。如果再在半波振子天線平行—側(cè)口一反射板，其輻射方向就成為圖4(3)所示，輻射成了單方向性的。除主瓣輻射之外，增加了二個副瓣輻射，即有了其它方向輻射，盡管較小。
　　當(dāng)我們明白了單一的半波振子天線的輻射特性后，就可以分析由若干個半波振子天線單元形成的天線陣，即陣列式天線的特性了。由垂直于天線陣的方向來看，由于入射電波距各個振子的行程相同，電波的相位都相等，天線陣的輻射能量為各個半波振子輻射能量相加，因此天線陣輻射能量為單個振子輻射能量的倍數(shù)。
　　
　　而從天線陣的行與列平面的方向即從平行于平板天線方向來看，入射波到每個半波振子的行程不等，相差半個波長，因此每個半波振子電波相位都差半個波長，即相差180°，故半波振子間相位相反，輻射相互抵消，總的輻射為零。這就意味著，天線陣的平面方向無輻射，如圖5。
　　對于既不是垂直于平板天線也不是平行于平板天線的其它方向電波而言，如圖6，各振子間在該方向電波行程差為L。不難看出，由于不同方向電波，目口不同入射角9的電波，所形成的行程差L也不相同，天線在該方向形成的輻射強度也不相同，因此天線會出現(xiàn)一些不同于主輻射的輻射方向，即出現(xiàn)旁瓣輻射。旁瓣輻射的數(shù)量和強度與半波振子的數(shù)量相關(guān)，振子越多，旁瓣越多，其強度越弱。
　　由以上分析我們得知，陣列式天線在接收垂直于天線面方向上電波能量最強，而來自天線面平行方向上的電波是最弱的，是接收不到的。至于接收其它方向的電波能力，也有一點，而這是我們所不歡迎的，可以通過加大天線陣中半波振子的數(shù)量，來加以消除。因此我們可以說，平板天線主接收方向是垂直于天線的法線方向。如圖7。同時我們也由此感覺到，平板天線與反射式拋物面天線一樣，天線口徑越大，方向性越強，天線口徑越小，方向性越差。這也說明只有小口徑天線，
才可能實現(xiàn)一鍋多星的道理。
　　
　　平板天線中半波振子單元的幾種等效輻射單元
　　
　　在平板天線中，采用陣列式天線，而它的基本單元是半波振子單元。而這種基本單元，我們又可以稱其為天線的輻射單元。在Ku波段，頻率范圍如果是恫．7—12．75GHz，那么對應(yīng)的波長在2．353-2．564cm之間。1／2波長為7．177-1．282cm，取其平均值，半個波長為1．23cm在實際使用中，由于還要考慮天線有個縮短因素，因此半波振子單元的實際長度還要乘以縮短系數(shù)0．85-0．9，所以實際半波振子單元長度為1．0455—1．107cm之間，取其平均值便是1．076cm，目口11mm左右，這個長度范圍便是平板天線中單元(半波)振子的長度，只有在這個長度范圍內(nèi)的生產(chǎn)制造的平板天線，才適合接收11—12 GHz的Ku波段衛(wèi)星信號。
　　上面我們分析了平板天線中的基本單元或稱輻射單元是半波振子天線，但由于它僅能接收線極化的電波，形式單一，尺寸也不能縮小。所以在實際使用中，人們常用其它各種等效形式的輻射元來替代它。這樣生產(chǎn)出來的平板天線不僅面積、尺寸減少些，而且有的可以接收圓極化波。現(xiàn)在就讓我們認(rèn)識一下這些等效輻射元。
　　
　　1、片狀形等效輻射元：如圖8中(1)，依靠上、下電極組成的極片作為輻射單元。片狀圖形種類較多，圖8(1)僅為片狀形一例。
　　2、同平面電極形等效輻射元：如圖8中(2)，依靠電極與周圍的接地線構(gòu)成。同平面電極在其相鄰的縫隙處產(chǎn)生電場，來輻射電波。此例為圓極化輻射單元。
　　3、槽縫形等效輻射元：如圖8中(3)，由上下兩塊金屬板形成封閉波導(dǎo)，而上板開有許多槽縫，將空間電波導(dǎo)入并在內(nèi)部匯集由波導(dǎo)引出。這方面技術(shù)將在后述內(nèi)容中介紹。
　　4、線狀形等效輻射元：如圖8中(4)，沒有單元振子，而依靠傳輸線上各不同位置的電流分布產(chǎn)生同相輻射。因此將線做成曲折矩形，變折部分為傳輸線，平直部分為輻射振子。
　　
　　振子式輻射單元間的饋電
　　
　　平板天線中的輻射單元的饋電是一個難度較高的技術(shù)性問題，必須保證各輻射單元完全是同相饋電，才能使平板天線有較高的增益和較強的方向性。振子式平板天線各輻射單元依靠微帶饋線來饋電，饋電線路不僅要保證各個輻射單元要同相饋電，而且要保證各個輻射單元之間聯(lián)接與微帶饋線間的阻抗匹配問題，這樣才能達(dá)到衰耗小、效率高。
　　由于各輻射單元振子是多個連接使用，因此電路是不斷地并聯(lián)。每二個輻射單元并聯(lián)一次，阻抗便降低一半，所以饋線的特性阻抗會發(fā)生改變，國此要特別注意它們之間的匹配。微帶傳輸線是做在同一基板上，不可能用改變帶間距離的方法來改變阻抗，所以只有改變微帶寬度來控制阻抗變化。為了使不同線段間匹配，饋線上還裝有許多入／4阻抗變換器。
　　為了保證處于不同部位的單元振子都能得到同相位的饋電，因此在設(shè)計振子式平板天線布線時，通過調(diào)整微帶饋線的長短來達(dá)到這一目的。
　　
　　振子式平板天線與高頻頭的聯(lián)接
　　
　　由于平板天線各輻射單元是靠微帶饋線聯(lián)接的，電波在振子處已變?yōu)楦袘?yīng)電流，各微帶饋線集中匯總后可以直接以電流形式傳輸給高頻頭中下變頻器。既不需要饋源，也減少了由電波的電場形式轉(zhuǎn)換為電流形式的損失，有利于信號的接收。
　　此時的高頻頭，可以是集中參數(shù)式，也可以是分布參數(shù)微帶式。而且還可以把高頻頭直接裝在平板天線后面，或者通過微帶式高頻頭直接做在平板天線里面，使其成為天線－高頻頭一體化的新型結(jié)構(gòu)，既美觀也改善了可靠性，真是一舉雙得。目前，市場上平板天線已絕大部分是平板天線＋高頻頭一體化的平板天線了。