细说高频头

细说高频头(一)
-说起高频头来都不陌生，知道高频头这是俗称，它的正式名称为高频调谐器。这对于从事卫星电视、卫星通信专业人员以及卫视爱好者来讲并不陌生。高频头是卫星电视、卫星通信设备系统中甚为重要且不可缺少的一个器件。在电视接收机中，也有一个高频头器件。两者的名子一样，作用也相似，只是它们工作的频段不一样而已。
现在的高频头（LNB及LNBF）一般由两部分组成，一部分是无源部分又称天馈部分，一部分是有源部分即高放。本振、混频部分。如图一和图二所示。
天馈即天线与馈源，这一部分是由天线（振子）和放置天线的谐振波导而构成的辐射器组成。说到这里，有些读者可能感到困惑，怎么天线竟然在高频头里？天线不是几米大的庞然大物吗，就是小型偏馈天线也要有0.6m、0.75m……这么大的天线怎么一下子跑到小小的高频头里？实际上我们常说的几米几米的大天线，那不是真正意义上的天线，而是天线的反射面或反射器。电波通过这个几米大的反射面（器）反射并聚焦到馈源天线上去（即接收）。或者天线上的电信号，经馈源射通过反射面（器）传播到空中去（即发射）。因此真正意义上的天线是存在于高频头馈源里面的那个像探针一样的小小的振子，如图三其几何尺寸是远远小于天线反射面的尺寸的。我们把这个小小的天线称为天线振子或者耦合振子简称振子，就是因为它是线性天线中最基本的谐振天线单元。在卫星接收中，就是这个称为振子的天线将天线反射面（器）反射过来的电波吸收并耦合到高频头的高放中去，经过后面的一系列处理，从而获得完整的图像信号和伴音信号。
这个小小的振子天线的长短是与接收的电波的波长有关的。因为它属于线性的单谐振天线的非对称型的半波天线，因此它的长度应该是它所接收的电波波长的1/4左右。比如C 波段，频率范围在f=3.7～4.2GHz之间，它所对应的波长λ＝7.143～8.108cm。那么C波段高频头内天线振子是1/4波长，对应的尺寸长度在1.786～2.027cm范围。考虑到天线在使用中有个末端效应，即实际天线振子在谐振工作时总要比λ/4的整数倍略短，因此这个振子的实际长度还要考虑有一个缩短系数α，则振子天线的长度L＝λ/4·α。缩短系数α一般取0.85～0.9之间，因此C波段高频头中天线长度应在L＝1.518～1.824之间。我们不妨实际看看C波段高频头中的振子长度是否在这个范围内。
单极化高频头中只有一个振子天线，在双极化高频头中就应该有二个相同的振子天线，这二个振子相隔一定距离且相互垂直如图四，它们分别承担着接收水平和垂直的线性极化信号。以此类推，在Ku波段，如频率f=11.7～12.75GHz，对应的波长λ＝2.353～2.564cm，天线振子长度实际为L＝5～5.77mm左右。
细说高频头(二)
-前面说的高频头是线性极化的，它的天线自然也是线性的。而如果接收圆极化电波时，首先应考虑使用圆极化的高频头，其次也可以使用线性高频头。使用线性高频头来接收圆极化波，实质上是用线性天线来接收圆极化电波。读者会有过这样的经验，当极轴天线转至接收80°E或90°E的俄罗斯卫星电视时，极轴天线上的线性高频头仍然可以接收到俄罗斯卫星信号，但是相对效果要差些，信号要损失一部分。这是因为用线性高频头上的振子天线来接收圆极化波信号，振子天线所收到的信号是圆极化信号的水平分量或者垂直分量，而不是圆极化的全部能量。当收到圆极化信号的水平分量时，就会把它的垂直分量丢失掉；反之，收到圆极化的垂直分量时，就会把它的水平分量丢失。因此用线性天线的高频头收圆极化卫星信号的效果不是最好的原因就在这里。解决这一问题最好的办法，是在线极化高频头的馈源波导中插入恰当的塑料片，以此来改变馈源波导中电磁场存在方式，从而改善接收效果。比如接收110°E的日本百合花卫星和116°E的韩星1、2号时所使用的高频头就是这样处理的。
高频头的馈源部分是由内置有天线振子的微波波导管和馈源环组成。微波波导管为一终端封闭的微波传输波导，另一端是开口的，电波通过开口处向外辐射，因此波导管又称辐射器。因其内有天线振子，故实为天线辐射器。此辐射器（微波波导管）全段可以是圆形的（馈源一体化的高频头大多如此），也可以是一端是矩形波导（内置天线的一段），一端是圆形，中间采用变形波导予以过渡（分体高频头多是如此）。作为辐射器的波导管内的天线在工作（接收或发射）波段内应处于谐振状态。这样才能使传来的电波尽量的被辐射器所吸收并全部耦合给天线振子（接收）；或者天线振子本身能量通过辐射器全部辐射（发射）出去。
为了改善波导管或称辐射器的效率及辐射方向，在波导管的开口端加以可变可调或者固定的波导环或称扼流环（如图五）。它的作用是保证工作电波的正常传输，抑制非工作电波的入侵和干扰。在C波段由于采取的中心馈电式即正馈式，其所加的波导环好似一个盘，所以又称馈源盘或称馈源环。这个馈源环可以是双环的也可以是三环的，由于环间间距不同和环糟的深度不同，又有高效馈源和普通馈源的区别。由此我们看出馈源环是相当重要的，馈源的效率高低，主要取决于馈源环。同时调节馈源环与波导管的卡合位置，即调节馈源环卡在波导管的深浅程度，便可调节天线的主瓣辐射的半功率角的大小，这里所说的半功率角俗称为张角，从而调节天线的接收或发射指向和范围。大家在实际调天线时，可能有此体会。目前市场上出售的C波段馈源一体化高频头，由于馈源是固定的，馈源盘是不可调的，因此它的辐射主瓣半功率角是固定的，因此不便使用在偏馈天线上。
但是最近，中卫公司新生产出一种专为用偏馈天线来接收C波段信号的专用馈源如图六，它是将平面的馈源盘变成梯形馈源环，为用小型Ku天线接收C波段信号提供了方便。最近，笔者在北京使用这种新馈源与中卫0.75m偏馈天线配合，接收到亚洲3S的C波段信号。由此看来，接收C波段的天线尺寸又可以大大降低了。
Ku波段高频头大部分是一体化的，如图二。它的馈源环是梯形多环式，并紧紧固定在波导管周围。如图七。除此之外，也有少量Ku波段非一体化高频头。其波导管一般是矩形，其馈源一般为矩形-喇叭型的变形馈源。由于其使用不便、效率不高，已逐步被一体化馈源所替代。