抛物面天線是超高頻甚至微波頻段常見的高增益天線，常應用於衛星連線、射電望遠鏡以及某些廣域網路連線。在業餘無線電中，主要作為衛星連線的天線。我在此簡要介紹自己所了解的淺薄知識，希望能幫助想要入門衛星通訊的朋友。
首先再次強調相關法規，請大家在使用這些設備時，不要主動接收除了業餘業務之外的其他信號，以避免超出業餘無線電的許可範圍。
個人不得安裝和使用衛星地面接收設施。若有特殊情況，且個人確實需要安裝和使用衛星地面接收設施並符合国务院廣播電影電視行政部門規定的許可條件，必須向其所在單位提出申請，經當地縣、市人民政府廣播電視行政部門同意後，再報省、自治區或直轄市人民政府廣播電視行政部門審核。 （《衛星電視廣播地面接收設施管理規定》第八條）
常見的拋物面天線（或其一種，俗稱衛星鍋）的電子部分可以分為三個部分：拋物面、饋源（也稱為發射器）以及下變頻器。
如果你是天體學愛好者，很快就會聯想到反射例如，卡西歐型望遠鏡（特別是卡西歐型望遠鏡）也具有類似的結構。
巧的是，常見的拋物面天線也擁有卡塞格林（Cassegrain）結構。實際上，它們都利用了一個拋物面，透過聚焦的特性將近似平行的外來電磁波反射到焦點處，或者反過來——將焦點處的訊號源，平行地發射出去。
除了卡塞格林結構之外，還有一種叫做格里高利結構，同樣在光學望遠鏡/拋物面天線中廣泛應用。它有兩個反射結構：額外的第二個反射結構能夠更有效地接收電磁波，從而獲得比卡塞格林結構更大的增益。然而，安裝和調試需要精確的定位，成本較高。
拋物面 (反射鏡)
從第一性原理出發，拋物面只需要做一件事情：表面能夠將無線電波反射到一個集中點上，換句話說 導電 。如果還有其他事情，那就是必須要足夠堅固。
因此，最經濟的方法是製作一個彎曲的鍍鋅鋼板，然後在表面噴塗一層聚氨酯粉末以防止生鏽。有些便攜式的拋物線形結構，可以製作成類似折扇（或可摺疊蒸籠架）的結構。
還有更別出心裁的方法，直接在大型雨傘內部側貼上鋁箔膠帶。
（下圖為 B 站網友在嘗試接收民用氣象衛星訊號時，用雨傘自製的天線。）
真正的 parabolic 天線，稍微高階的版本使用鋁鎂合金，透過自身氧化來保護自己。表面保護層也從塑膠粉末升級為刷氟碳漆，這種更昂貴。另外還有使用玻璃鋼+鋁箔熱貼的，這種一次性成型的外觀比較光滑平整。
在工程應用中，會採用蜂窩狀鋁材來取得結構強度、重量和熱膨脹收縮性能之間的平衡，表面可以是鋁覆膜（我不太確定，待查），或是使用鋅鋼骨架+鋁網+鋁皮組合再進行鉚接。有些特定用途的產品，可能還會經過銀鍍處理。
有些用於移動的廣播車，會使用碳纖維浸料搭配鋁箔，但因為鋁箔是在蒙皮內部測試，因此不容易觀察到強烈的金屬光澤。外層再塗一層聚氨酯塗層，這樣既能防鏽，又能兼顧重量。
以下圖片顯示 ON4MU 使用的 2.4 公尺直徑摺疊式拋物天線（輸出功率 100W），用於 1.2 GHz 波段進行遠端無線電 (EME) 通訊。它就像一把雨傘。
拋物面天線的尺寸，顯然越大越好。當直徑小於約1個波長時，增益會急劇下降，且在0.5個波長以下幾乎沒有方向性。拋物面天線的增益 G = 4π * Ae/λ² （λ為波長，Ae為天線有效面積，Ae=πD²η/4，η為發射效率，D為拋物面口徑，有興趣的HAM可以自行推導，非常簡單）
尺寸越大，就能捕捉到更微弱的信號，例如地球與月球的反光通訊。（EME）其中，約需要數百瓦的功率才能在 2 公尺的距離內接收到回波；而直徑 26 公尺的拋物面只需要 3mW（毫瓦）的發射功率就能接收到回波！（相關資訊：2009 年 6 月 29 日「世界月球反射日」，慶祝阿波羅 11 号登月 40 週年前夕，澳洲塔斯馬尼亞大學發射，荷蘭德文溫厄洛望遠鏡接收）
然而，由於場地限制，實際上民用使用的天線也不會太大。 藉由電視衛星的相控/波束成形技術發展，即使使用60公分甚至45公分的鍋子，也能穩定接收來自地球同步軌道發射出的電視節目訊號（例如「戶戶通」）。 另一個原因是國內的衛星電視普及工程。戶戶通所使用的「中星9號」的11GHz頻率，其波長僅有幾公分，相較之下，拋物面天線的尺寸足以應對這個波長，這也是Ku頻段尺寸上的優勢。
更大的天線主要用於哪些地方？根據一些公開資料顯示，運營商會使用約1公尺的Ku頻段來設置小型VSAT（衛星網路）基地台，通常使用直徑約1.8公尺的天線來接收C頻段的有線電視訊號。有些衛星的地球遙測站或天地網路關需要3-9公尺的口徑。而更大的天線，可能主要用於射電天文用途。
上方圖片為陝西省的衛星地面測控站。
另外，值得一提的是，衛星使用的頻帶除了UHF（300Mhz-3Ghz）、SHF(3-30Ghz）等縮寫之外，還有一種頻帶的標示方式，例如C代表4-8Ghz、Ku代表12-18Ghz、Ka代表27-40Ghz。
在廣播電視服務中，C頻段的資源已經幾乎全部分配完畢。雖然它受雨衰影響較小，但需要的天線尺寸較大（1.8m+），而K頻段則受到雨衰的明顯影響，主要用於高速微信通訊、高清電視、即時新聞採集、直接到戶（DTH）等業務，感覺目前仍處於發展初期。
高頻段意味著天線尺寸縮小，以及更大的頻寬容量，但也同時會受到降雨衰減、多徑效應等因素的影響。對調變、放大電路的設計與製造工藝的要求也較高。
除了雨衰（雨水導致訊號被吸收、不規則散射）外，衛星通訊也會受到日凌干擾——意思是太陽位於衛星背後，充當巨大的電磁輻射源，讓衛星訊號半淹沒在雜訊中，降低信號與雜訊的比例。Look4sat應用在白天出現「日照中」的提示就是這個意思。
拋物面天線不一定是連續的一片，它可以是帶有孔洞的篩網。只要篩網的孔徑小於波長的1/10。市面上販售的2.4GHz Wi-Fi 格柵天線（通常用作戶外高功率網路橋）也是拋物面天線的變種。
當天線指向目標時，可以使用 Look4sat、satdump、Gpredict 等軟體來提供仰角和方位 (Az/El) 的數據，也可以利用訊號強度計（特別是某些衛星帶有信標），藉由信標的訊號強度來確定追蹤目標。對於非同步衛星，可以使用伺服馬達持續追蹤（這項技術已經有開源方案，價格合理化指日可待）。
拋物面天線本身的拋物面形狀並不會產生電訊號共振，因此它可以工作在非常寬的頻帶內。（就好比不同顏色的光纖，與人眼底成像位置無關），真正的電訊處理發生在饋源和LNB部分。
饋源 (照)\\射器)
然後說「饋」來源（饋送頭），這個詞聽起來就很形象：feed（饋送）+ horn（動物的角、喇叭）。它所處的位置是拋物面焦點處，饋源能夠將反射面聚焦給自己的電磁波，並引導給後端的接收設備（如LNB）。在接收時，（相對於後面的訊號處理電路而言），它是作為外來訊號源，負責將聚焦的訊號饋送入LNB；而在發射時，則作為電磁波發射源（此時也稱為「照射器」），將無線頻率發射到拋物面上，透過拋物面的反射，將無線頻率以有方向性的方式平行地發射出去。雖然說是「饋來源「，但這是一種沒有來源的結構。」
無源結構代表著不需要外部。電力只要有供應，就可以運作。 後面提到的 LNB 是有源型的。
常見的三種饋源結構分別為 Poty、Septum Feed 和 Choke Ring Feed。這裡涉及到導波路的複雜知識……
實際上，饋源的形狀可以多樣化。在較低頻段，也可以使用「八木」或 DP 振子作為饋源。
在天線安裝中，「極化」的方式不容忽視。「極化」就像光的偏振，只有電磁波和接收部分（這裡指的是饋源上的小天線，通常是一段銅線）的極化方式相同，才能接收到相對較強的訊號。
為了提高安裝的容錯性，或是同時接收兩路訊號，也有些使用雙極化的天線。雙極化天線是指電路上彼此垂直的兩個極化天線：垂直與水平。（V/H）這兩種偏振方向是互相垂直的，分別為左旋和右旋。（LHCP/RHCP）這兩種圓極化也可以被視為一種正交。有一個指標叫做 XPD，用來衡量這種雙極化天線的正交分離能力。
這裡有個問題：我們會很快發現，當拋物面在前方有饋源和支架時，會明顯遮擋波束，從而也會影響整體效率（專業術語為「孔徑堵塞」）。尤其是在家用的小尺寸天線上，饋源和天線主體差不多大，這非常危險。因此，如果想要將焦點從拋物面的前方移開，該怎麼做呢？可以將拋物面設計成橢球體的其中一部分，讓一根小小的單臂從天線邊緣伸出，這樣就不會阻擋主要波束了。此外，饋源也應該設計成可以旋轉移動的，以便更靈活地調整極化方向。（更現代化的設計是相控陣，例如Starlink的平板天線，透過相位疊加來控制波束方向，這樣就不需要機械移動結構）
| 正向饋送 | 偏饋 |
|---|
| 口罩遮擋 | (支桿 + 饋源) → 效率 55-65% | 幾乎沒有遮蔽 → 效率 70-75% |
| 副頻道/雜訊 | 射擊時，槍管長度過大，導致噪音溫度升高。 | 天氣晴朗，降雨機會不大。 |
| F/D (焦比) | 0.3-0.4 (深) | 0.6-0.7 (淺) |
| 極化調整 | 全機旋轉鍋或饋源 | 僅旋轉饋源盤，操作更方便。 |
| 支援多個頻率 | C頻段雙極化、雙頻帶容易 | 以 Ku 波段為主，但 C 波段較難。 |
這裡重點說明兩個參數：第一個是孔徑效率eA（或寫作Ae），代表「孔徑效率」。它等於實際天線增益 / 理想均勻照射孔徑的增益，是一個百分比，描述能量利用的狀況。那麼那些沒有按照原定路線發射出去的功率跑到哪裡去了呢？可能因為饋源能量沒打中反射面、被支架遮擋、饋源中心偏移、安裝因素等導致拋物面不是一個完美的拋物面等等……
另一個是焦徑比 F/D。F/D = 拋物面焦距 F ÷ 直徑 D。這個很容易理解，F/D 越小，表示這個拋物面是一個「深碗」，而 F/D 高表示它是很平的盤（淺焦）。深碗形狀意味著需要寬波束饋源（例如喇叭口形狀）。
LNB
LNB 對大家來說可能不太熟悉。它不像 LNA (低雜訊放大器) 那麼有名。但 LNB 有一個俗稱，叫做：高速頭。LNB 的學名是低雜訊塊變頻器 (Low Noise Block （下頻轉換器），這裡的「Block」指的就是「塊」狀頻變，也就是整個頻寬一次性進行頻變。
在 LNB 下變頻之前，首先需要將高頻部分放大（這部分由微波低噪音放大器完成），然後進行振盪混頻，最後將得到的 中頻再次放大。有些關於下變頻的部分的教學也會單獨區分出來，稱為 LNC (converter)。
在下變頻時，常用的本振 (LO, local oscillator) 包括 9.75GHz、10.6GHz 等。當本振 f0 和訊號源 f1 經過混頻後，會濾掉輸出的高頻部分 (f0+f1)，剩下的就是 f0-f1，也就是只有數百 MHz 的輸出頻率。在此時，在後端的訊號處理 (例如 SDR) 中，應該觀察這個輸出頻率。
觀察輸出頻率的強度，也能作為參考，以確定旋轉饋源的最佳極化配合角度。
圖中顯示了與饋源連接在一起的 LNB（左邊的圓盤是饋源）。
實際上，在常見的衛星抛物面天線中，LNB通常與饋源整合在一起，並置於方型或圓柱型的白色塑膠盒內（白色是為了減少日射熱量聚集，而盒子則有防水功能）。它的功能是將高頻訊號轉換為低頻段，例如將約10GHz的Ku波段轉換為900MHz的UHF波段，方便後續的訊號處理。這種變頻電路非常成熟，主要由一個振盪晶體和混頻器組成，再經過濾，成本也較低（一個大約只要十幾塊錢）。
LNB 有一個有趣的特色，叫做：22 kHz 變頻音：當接收機在同軸線纜上疊加一個 0.5 Vpp、22 kHz 的方波時，LNB 內部的濾波器偵測到後，會將本振從 9.75 GHz 調整到 10.6 GHz，或反之。這樣一套向下鏈路就能覆蓋低頻段的 10.7–11.7 GHz 和高頻段的 11.7–12.75 GHz，不需要手動拆機更換高頻頭。雖然個人覺得對於業餘應用來說，這個功能並無實用價值。
由於業餘衛星對頻率穩定性要求較高，因此 HAM 經常會進行修改民用 LNB 的操作。其目的是透過更換或連接更高穩定的頻率參考源，來抑制 LNB 內部的 25 MHz（或 27 MHz）晶體振盪器因溫度、時間產生的頻率偏移。這裡的晶體就是本振的來源。本振透過鎖相環進行數百倍的倍頻，達到 10 GHz 級。
具體的操作方式有兩種：一種是使用帶有 GPS 訊號來作為 PLL (鎖相環) 的時鐘參考；另一種則是使用溫補晶體。（TCXO）取代原來的晶體震盪器。前者可以達到 ±50Hz 的穩定度，而後者的效果略遜一籌（可能仍然會出現數百 Hz 的緩慢偏移）。
TCXO——溫度補償晶體振盪器 (Temperature Compensate X'tal(crystal) Oscillator)「此振盪器設計為在環境溫度變化較大的情況下運作。 TCXO 內置熱敏電阻，該熱敏電阻負責感知周圍溫度連續的變化並對晶體振盪器進行補償。 它的精確度高於普通晶體震盪器，但低於 GPS 訓練晶體震盪器。」
前面提到 LNB 是一種具有電源的功能，但我們通常不會直接為 LNB 提供電源。實際上，LNB 的供電有三种情況：大多數民用設備會透過同軸電纜向 LNB 提供電源。該同軸電纜上的電壓約為 18V，透過 LNB 內部的 D4202 等整合晶片（用於電源管理）來轉換成 LNB 的工作電壓（有些 LNB 也將電壓作為極化方式的切換訊號）。
一些曾經使用 RTL-SDR 接收衛星訊號的 HAM，應該還記得 LNA 需要使用「偏置三通」（Bias-T）來提供電力。實際上，「偏置三通」也常被用於某些特別需要額外供電接口的 LNB 上，其功能同樣是確保電流朝向 LNB 一側，而不是反向流入 SDR/接收機。
雙工器、放大器和驅動鏈
許多新手誤以為「只要把天線連接到 LNB 就有訊號」，實際上，普通的 LNB 只能接收訊號，如果要發送訊號，最好還是使用獨立的饋源、放大器和雙工器。
簡單來說，用於民用用途的 LNB 電路是為了接收低功率信號而設計的，無法處理放大後產生的高功率信號。因此，我們還需要安裝雙向天線或環狀天線來實現收發共饋（feed-sharing）。
雙向通訊器 (duplexer) 其原理是頻率分割，也就是利用兩個帶通濾波器（或高通/低通、帶通/帶阻）將發射頻段與接收頻段分隔開。在具體接法上，使用放大器 → 雙工器的公共口 → 饋源，以及饋源 → 雙工器的公共口 → LNA（或SDR的處理前端）。換句話說，從雙工器到饋源只需要一根同軸電纜或波導，實現了單饋雙頻。
環狀電路 (circulator)——也可以稱為「射頻單向三通」。它內部包含一片氧化鐵＋磁鐵。當射頻訊號經過時，「氧化鐵」會受到磁場的影響而稍微扭曲，因此訊號只能沿順時針方向傳送。或者說，就像一個有三個入口的交通環島。三個入口分別是天線、SDR（數位無線電接收器）和放大器。訊號可以在這個環島內單向流動，從SDR到放大器、從放大器到天線，或從天線到SDR，但不能反向傳送。
結語
得益於現代軟體無線電技術的發展，例如硬體方面FPGA及直接採集的晶片的普及，以及軟體方面GNU Radio、SDRangel、gqrx等開源工具/框架的演進，普通愛好者也能輕鬆地調製和解調C、Ku等高頻訊號。HAM逐漸向微波頻段進軍，天線也成為實驗的重要工具。
拋物面天線，僅使用一個看似簡單的「鍋」狀結構，即可完成定向、高效、雙向通訊三大任務。它可以是農村屋頂上的 45 公分的偏置饋線，也可以是山頂數十公尺寬的地站；它既能接收 0.1 微瓦的深空信號，也能將千瓦級的載波傳輸至 3.5 萬公里以外的同步軌道。
由於資源有限，而人類的技術與想像力卻是無限的。希望這「鍋」能夠繼續承載人類對天空的好奇，將每一次微小的無線電波漣漪，轉化為連接世界的強勁回響。 （這兩段文字由AI撰寫，另外，千瓦級載波需要C證照，超出功率許可範圍的通訊實驗需要事先申請）
希望大家都能有所收穫，適度發展愛好，找到平衡點，玩得開心。
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