抛物面天线是超高频乃至微波波段的常见高增益天线，常用于卫星链路、射电望远镜、一些广域网链路。在业余无线电中，主要是充当卫星链路天线。我在此简要介绍自己了解的浅薄知识，以方便想要入门卫星通信的同好。
首先还是重申一下法规，大家使用此类设备不要有意接收业余业务以外的信号，避免超出了业余无线电的许可范畴。
个人不得安装和使用卫星地面接收设施。如有特殊情况，个人确实需要安装和使用卫星地面接收设施并符合国务院广播电影电视行政部门规定的许可条件的，必须向所在单位提出申请，经当地县、市人民政府广播电视行政部门同意后报省、自治区、直辖市人民政府广播电视行政部门审批。 （《卫星电视广播地面接收设施管理规定》第八条）
常见的抛物面天线（或者其中一类，俗称卫星锅）的电气部分可以分成三块：抛物面、馈源（也称作照射器）和下变频器。
如果你是天文爱好者，很快就能联想到反射式望远镜（尤其以卡塞格林望远镜为代表）也有类似的结构。
巧了，常见的抛物面天线也拥有卡塞格林（Cassegrain)结构。实际上，他们都利用了一个抛物面，通过聚焦的形状特性将近似平行的外来的电磁波反射到焦点处，或者反过来——反照焦点处的信号源，将其平行地射出。
除了卡塞格林结构，还有一种叫做格里高利结构，同样在光学望远镜/抛物面天线中广泛采用。它有两个反射结构：多出来的第二个反射结构接收时能够更加聚集电磁波，从而获得比卡塞格林结构更大的增益。但是安装和调试需要精确定位，成本较高。
抛物面（反射器）
从第一性原理出发，抛物面它只需要干一件事：表面能够反射射频到一个集中的点上，或者换句话说 导电 。如果还有第二件事，那就是要足够结实。
所以它最便宜的做法就是个冲压出弧度的镀锌钢板，上面喷一层聚氨酯粉末来防锈。有的便携式抛物面，弄成一片一片折扇（或者可折叠蒸笼架）似的结构。
还有更别出心裁的ham，直接在大号雨伞内侧贴铝箔胶带——
（下图为B站网友尝试接收民用气象卫星信号时用雨伞DIY的天线
正经的抛物面天线，稍微上档次些的用的是铝镁合金，通过自身氧化效应来保护自己。表面保护层也从塑料粉末升级成刷氟碳漆，这种贵一些。还有用玻璃钢+铝箔热贴的，这种一次性成型外观比较光滑平整。
工程上，会用蜂窝铝来取得结构强度、重量和热伸缩性能的平衡折衷，表面是铝蒙皮（我不是很确定，待查），或者用锌钢骨架+铝网+铝皮的，再铆接。有些特定用途的可能还会上镀银工艺。
有些移动用的广播车，会用碳纤维浸料+铝箔，但是铝箔是在蒙皮内测，所以看不出太强的金属光泽。外面上一层聚氨酯涂层，这样防锈也兼顾重量。
下图为ON4MU 的口径2.4m的折叠抛物面天线（功率100W），在1.2G波段做EME通信用。也像个雨伞
抛物面天线的尺寸，很明显越大越好，直径小于约1个波长时，增益急剧下降，小于0.5个波长时几乎无方向性。抛物面天线的增益G=4π*Ae/λ² （λ是波长，Ae是天线有效面积，Ae=πD²η/4，η是发射效率，D是抛物面口径，感兴趣的HAM可以自行推导，很简单）
尺寸越大就能捕捉到约微弱的信号，比如地月反射通信（EME）中，2m的大约需要数百瓦的功率，而直径26m的抛物面只需要3mW（毫瓦）的发射功率就能接收到回波！（相关信息：2009年6月29日“世界月球反射日”，庆祝阿波罗11号登月40周年前夕，澳大利亚塔斯马尼亚大学发射，荷兰德文温厄洛望远镜接收）
但由于场地限制，实际上民用普及的天线也不会太大，得益于电视卫星的相控/波束成形技术发展，使用60cm甚至45cm直径的小锅就能够稳定接收远在地球同步轨道上发射出的电视节目信号（说你呢户户通）。还有一个原因是国内的卫星电视普及工程户户通所使用的中星9号的11Ghz的波长只有几厘米，抛物面天线相比于这个波长足够大，这也是Ku波段的尺寸优势。
更大的天线用在哪里？据一些公开资料介绍，运营商会使用1m左右的Ku波段做VSAT（卫星互联网）小站，1.8m直径左右的锅通常用于接收C波段卫视，一些卫星的地球遥测站/天地网关需要3-9m口径，更大的恐怕就是射电天文用途。
上图为陕西的卫星地面测控站
顺便提一下，卫星所使用的波段，除了UHF（300Mhz-3Ghz）、 SHF(3-30Ghz）等缩写区分法，还有一种频段表记，比如C代表4-8Ghz，Ku代表12-18Ghz，Ka代表27-40Ghz。
在广播电视服务，C波段资源已经几乎分配完毕，虽然它受雨衰影响较少，但它需要的天线口径较大（1.8m+），Ka波段雨衰明，主要用于高速微信通信、HDTV、实时新闻采集、直接到户（DTH，direct to home）等业务，感觉还是方兴未艾。
高频段意味着天线尺寸的缩小，以及更大的带宽容量，但同时也会受到雨衰、多径效应的影响。对调制、功放电路的设计和制造工艺要求也高。
除了雨衰（雨水导致信号被吸收、不规则散射）外，卫星通信也会受到日凌干扰——意思就是太阳在卫星背后，充当巨大的电磁辐射源，让卫星信号半淹没在噪声里，拉低信噪比。Look4sat应用在白天会出现“日照中”的提示就是这个意思。
抛物面天线可以不是连续成片的，它可以是有孔洞的筛网。只要筛网的孔小于波长的1/10。市面上售卖的2.4Ghz wifi格栅天线（常作为户外大功率网桥）也是抛物面天线的变种
在天线指向时，可以用Look4sat、satdump、Gpredict等软件提供仰角和方向数据（Az/El）来辅助，也可以用信号强度计（尤其是某些卫星带有信标，用信标强弱来确定自己跟踪上）。对于非同步卫星，可使用伺服电机持续跟踪（这玩意有开源方案，廉价化指日可待）
抛物面天线的抛物面本身不涉及电信号共振，因此它可以在很宽的带宽内工作。（就好比不同颜色的光纤，与人的眼球眼底成像位置无关），真正的电气处理发生在馈电部分。馈电部分就是馈源和LNB。
馈源（照射器）
然后说馈源（feedhorn），这个单词看起来就很形象： feed（馈送）+ horn（动物的角，喇叭）。它所处的位置是抛物面的焦点处，馈源能够将反射面聚焦给自己电磁波其引导给后端的接收设备（如LNB）。接收时，（相对于后面的信号处理电路）是作为外来信号源，负责将聚焦的信号馈送入LNB，而发射时，又作为电磁波发射源（此时也叫做“照射器”），把射频照射到抛物面上，通过抛物面的反射，把射频相对有方向性地平行地发射出去。虽然说是“馈源”，但它是一种无源结构。
无源结构代表着不需要外部电力供应就能运作。后面讲到的LNB是有源的。
三种常用的馈源结构，分别是Poty、Septum Feed、Choke Ring Feed。此处涉及波导的深奥知识……
实际上，馈源的形状多样。在比较低的频段，也可用八木形状或DP振子做馈源。
极化方式在天线安装中不可忽视。“极化”好比光线的偏振，只有电磁波和接收部分（这里指馈源的小天线，通常是一段铜丝）极化方式相同，才能够接收到相对较强的信号。
为了改进安装的容错率，或为了同时接收两路信号，也有双极化天线。双极化天线是电气上正交的两个极化天线：垂直水平（V/H）这两种线极化算正交，左旋和右旋（LHCP/RHCP）这两种圆极化也算一种正交。有一个指标叫做XPD，来衡量这种双极化天线的正交分离能力。
这里有个问题：我们很快会发现，在抛物面在正前方有馈源和支架，明显会遮挡波束，从而也会影响整体效率（专业名词叫孔径堵塞）。尤其是家用的小尺寸天线，馈源和锅面差不多大，那是很要命的。所以要想办法把焦点从抛物面的正前方挪开，那怎么挪呢？把抛物面设计成椭球体的一部分，让一根小小的单一短臂从锅边伸出，就不会挡住主要波束了。还要把馈源弄成可以旋转移动的，好灵活调整极化方向。（更加现代的设计是相控阵，比如starlink的平板天线，通过相位叠加来控制波束方向，这样就不用机械移动结构）
| 正馈 | 偏馈 |
|---|
| 口面遮挡 | 有（支杆+馈源）→ 效率 55-65 % | 几乎无遮挡 → 效率 70-75 % |
| 旁瓣/噪声 | 支杆绕射大，噪声温度高 | 旁瓣低，雨衰略好 |
| F/D （焦比） | 0.3-0.4（深） | 0.6-0.7（浅） |
| 极化调整 | 整机旋转锅或馈源 | 仅旋转馈源盘，方便 |
| 多频共用 | C波段双极化、双波段容易 | Ku波段为主，C波段难 |
这里着重再提两个参数：一个是孔径效率eA（或者写作Ae），efficiency of aperture。它等于天线实际增益 / 理想均匀照射口径的增益，它是一个百分比，描述了能量利用得怎么样。那么那些没按原定路径发射出去的功率跑哪里去了？有可能馈源能量没打中反射面，被支杆遮挡了，馈源中心偏移，安装因素等导致抛物面不是个完美抛物面等……
另一个是焦径比 F/D。F/D = 抛物面焦距 F ÷ 口径直径 D。这个很好理解，F/D越小，表示这个抛物面是一个“深碗”，而F/D高表示它是很平的盘（浅焦）。深碗形状意味着需要宽波束馈源（比如喇叭口形状的）。
LNB
LNB 大家应该比较陌生。它的存在感不如LNA（low noise amplifier低噪声放大器）出名。但是LNB有一个土名叫做高频头。LNB的学名是低噪声块变频器（Low Noise Block downconverter），这里的Block指的是“块”变频，也就是整个波段一次性变频。
LNB在下变频之前，首先要把先把高频部分放大（这部分由微波低噪声放大器完成），然后再进行振荡混频，最后把得到的中频再放大。下变频部分有的教程也会单独区分出来叫做LNC（converter）。
下变频时，使用的本振（LO，local oscillator）常见的有9.75GHz、10.6GHz等。本振f0和信号源f1经过混频后，滤掉输出的频率较高的部分（f0+f1），剩下的就是f0-f1，也就是只有数百Mhz的输出频率。此时，在后端的信号处理（比如SDR）中，应该观测这个输出频率。
观测输出频率的强度，也可以为旋转馈源、确定最佳极化配合角度提供参考。
图为与馈源连接在一起的LNB（左边圆盘为馈源）
实际上，在常见的卫星抛物面天线中，LNB通常和馈源做在一起，包裹在方块状或圆柱状的白色塑料盒子里（白色是减轻日射热量聚集，装盒子里是防水）。它的功能就是把高频率的信号变成低波段的，比如说把10Ghz左右的Ku波段弄到900Mhz的UHF波段，好方便后面的信号处理，这种变频的电路很成熟，就是个振荡晶体和混频器，再滤波一下，成本也低（一个只要十来块钱吧）
LNB有一个有趣的功能叫做22kHz切换音：当接收机在同轴线缆上叠加一个0.5 Vpp、22 kHz的方波，LNB内部滤波器检出后就把本振从9.75 GHz跳到10.6 GHz，或反过来。那么同一套下行链路就能覆盖低段10.7–11.7 GHz和高段11.7–12.75 GHz，不用手动拆机换高频头，虽然个人觉得对业余应用来说这个功能没啥用处。
由于业余卫星对频率稳定性要求较高，HAM经常有改装民用LNB的操作。其目的是通过更换或外接更高稳定度的频率参考源，来抑制 LNB 内部 25 MHz（或 27 MHz）晶体振荡器随温度、时间产生的频率漂移。这里的晶振也就是本振的来源。本振通过锁相环进行数百倍的倍频到10Ghz级
具体操作有两种方法，一种是用装一个GPS 驯服振荡器来作为PLL（锁相环）的时钟参考，另一种是用温补晶振（TCXO）代替原来晶振。 前者能做到±50Hz级的稳定性，后者效果稍差（大概还是会出现数百Hz的缓慢漂移）
TCXO——温度补偿晶体振荡器(Temperature Compensate X'tal(crystal) Oscillator)“该振荡器设计为在环境温度变化较大的情况下工作。TCXO装有热敏电阻，该热敏电阻负责感知周围温度的连续变化并补偿晶体振荡器。它的精度高于普通晶振，但低于GPS驯服晶振。
前面说到LNB是有源器件，但我们一般不会给LNB单独接一路供电，实际上，LNB的供电有三种情况，大多数民用设备会通过同轴电缆向LNB提供电源。其同轴电缆上会有18V左右的电压，通过LNB内部D4202等集成芯片（电源管理用）来转换成为LNB的工作电压（有的LNB也把电压作为极化方式的切换信号）。
一些玩过RTL-SDR接收卫星信号的HAM，应该还记得LNA需要偏置三通（Bias-T）来供电。偏置三通实际上也用在部分特殊的需要额外供电接口的LNB上，功能同样是确保电流朝向LNB一侧，而不倒灌进SDR/接收机。
双工器、功放和驱动链
很多新手以为“装好锅+LNB就能发信号”，其实普通的LNB只能接收，发射最好使用独立的馈源+功放+双工器。
简单来说，民用的LNB电路是为了接收的微功率设计的，功放出来的大功率它承受不了。所以我们还需要安装双工器或环行器实现收发共馈（feed-sharing）。
双工器（duplexer） 的原理是频率分向，也就是用两个带通滤波器（或高通/低通、带通/带阻）把发射频段 与接收频段 劈开。在具体接法上是使用 功放 → 双工器公共口 → 馈源，以及馈源 → 双工器公共口 → LNA（或SDR的处理前端）。也就是说双工器到馈源只需要1根同轴线缆或波导，实现了单馈双频。
环形器（circulator）——或者叫做射频单向三通。它里面有一片铁氧体＋磁铁。射频信号路过时，铁氧体被磁场“拧”了一下，信号只能顺时针走。或者说好比一个有三个口的交通环岛。三个口依次是分别是天线、SDR、功放。信号可以在这个环岛里单向流动，从SDR到功放，从功放到天线，或者天线到SDR，但不准反着走。
结语
得益于现代软件无线电技术的发展，比如说硬件上FPGA和直采等芯片的普及，软件上GNU Radio、SDRangel、gqrx等开源工具/框架的演进，普通爱好者调制和解调C、Ku等高频率的信号也变得容易。HAM逐渐向微波频段进军，抛物面天线就成为收发实验的利器。
抛物面天线用一张看似简单的“锅”完成了定向、高效、双工三大使命。它既可以是农村屋顶上 45 cm 的小偏馈，也可以是山巅 数十米宽的 的地面站；它既能捕捉 0.1 微瓦的深空信标，也能把千瓦载波送上3.5万公里以外的同步轨道。
口径有限，而人类的技术与想象力无限。愿这口“锅”继续盛装人类对天空的好奇，把每一次微小的射频涟漪，变成连接世界的澎湃回声。 （这两段AI写的，另外千瓦载波需要C执照，超出功率许可范围的通信试验需要提前获得许可）
希望大家能有所收获，适度发展爱好，get a balance，玩得开心。
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