2026/8/11

上午：
上午我阅读了两面的《英语科技论文写作》。第一面承接昨天看到的表示实验目的的单词，比如for brevity。在第二面我积累了一些表示实验严谨程度的单词，如rigorous(严谨的)/vigorous(剧烈的)/pristine(纯净的)。除此之外，我还学到spicemen(样本)。
之后，我结束了论文的section4并开启section5的阅读。论文的section4最后讲到的是带有圆柱基底的网格穹顶相控阵天线。该款天线将网格穹顶的底部替换成圆柱形阵面。这种设计的优点有两个，首先是建造方便；其次，圆柱基底的设计使得相控阵在水平方向上产生额外的增益。通常天线在水平方向上与卫星之间呈最小偏角时的距离最长，因此在这种情况下的通信损耗就会增加。除此之外，卫星与地面站之间在水平方向上由于多径效应和对流层损耗，产生的色散也比较严重。因此，在水平方向上产生额外的增益刚好可以弥补这两个问题。
先去吃饭，section5的部分下午再写。继续加油！！！
下午：
section5的部分负责讲述相控阵天线系统的结构，分为天线阵元、T/R组件、波束成形网络、数字信号处理组件四个部分。

首先是天线阵元。相控阵天线阵元需要同时辐射左旋圆极化波和右旋圆极化波以提升辐射效率和信号质量。而实现高隔离度的辐射模式比较困难，即便是两个正交辐射模式仍会出现辐射泄漏的情况。通常使用的天线阵元有两类，分别是交叉偶极子天线（cross-dipole)和交叉缝隙天线(cross-slot)。最近，一种可以实现两种高隔离度的辐射模式的天线种类收到广泛讨论。
其次是T/R组件。T/R组件是相控阵天线中价值最高的部件。T/R组件内部由环形器(duplexer)分成收发链路两个部分。对于接收链路，依照接收信号的路径分别是低噪放（LNA），移相器（phase-shifter），混频器（mixer），ADC（模拟转数字采样器）；对于发射链路，依照发射信号的路径分别是DAC（数字转模拟采样器），混频器（mixer），移相器（phase-shifter），功率放大器（PA）。

放大器分为低噪放和功率放大器。低噪放负责接收来自天线端的微弱的外部信号并传递给后级。功率放大器负责将来自移相器的信号进行功率放大。为了保证信号传输的信噪比，放大器放必须能抵御外部信号噪声的干扰和内部的串扰。尤其需要抵御三阶交调(3-order intermodulation)干扰，因为噪声信号在此情况下的产生的串扰刚好落在混频器的载波信号的频段范围内。
收发链路的移相器功能相同，均是对信号进行相位搬移。理想的移相器期望在搬移任意的相位差的情况下，都可以实现较低且一致的损耗。移相器的设计要求是在任意频带下的相移均具有频率一致性。对于窄带信号而言，这种要求很容易满足；对于宽带信号而言，我们通常使用时延单元（true time delay，TTD）直接对相邻的天线阵元进行阶段时延操作，使得天线阵元的波束主瓣在目标方向上。
混频器则是对发射信号进行调制操作、接收信号进行解调操作。由于功能原理比较简单，在此就不多赘述了。
ADC和DAC的要求是采样时序必须仔细设计来最小化时间差。
接着是波束成形网络。波束成形网络最初是完全由模拟微波元件构成，并且每个天线阵元对应一组微波元件，M个阵元则对应M组微波元件。这种纯模拟的设计结构带来的负面作用是成本较高、结构复杂、占用空间较大。之后随着数字集成电路的发展，波束成形网络的前端仍为模拟电路，而后端的加权求和操作则被替换呈了数字电路。再到21世纪初，波束成形网络承接了T/R组件内部的移相、信号分发并且全部由数字集成电路构成，形成数字波束成形（digital beamforming）。
最后是数字信号处理部分。相控阵天线的数字信号处理部分通常由FPGA(Field-Programmable-Gate-Array)和DSP(Digital signal processor)和软件定义无线电(SDR)。该部分在地面站中负责测控、测量卫星运行速度、高度、轨道倾角等工作。测控不必多说。测量卫星运行速度则是通过接收信号的多普勒频偏计算得到。卫星高度则是通过传输PN码获得信号星地往返一周所需要的时间再乘以光速后二分得到。轨道倾角则是通过丹麦中跟踪技术得到。
section6部分则是关于地面站使用相控阵时的工程挑战。具体分为设计trade-off、校准、故障检测、冷却四个部分，在此就不多说了。
先休息，明天继续加油！！！