随着卫星通信技术的发展，卫星通信装备使用日益广泛，已经由过去的配角走向了前台，成为信息通信保障的重要手段。由于卫星通信是频段最高的无线通信手段，高频微波信号传输过程中具有低频信号所没有的特性，这些特性对于不具备电磁场理论等知识的操作使用人员晦涩难懂，极化就是其中最突出的一个特性。通过对各级卫星站操作人员知识状况的调查显示，大多数操作人员甚至工作多年的业务骨干，没有极化的概念，天线极化调整随意，造成极化误差大，给卫星通信带来严重危害，严重影响卫星通信的保障效能。
一、极化的概念
由于电场和磁场的恒定关系，一般用电场矢量的空间取向作为电磁波极化方向。极化可以通俗理解为电磁场的振动方向，类似于光的偏振方向，当卫星站接收极化与卫星发射极化一致时，就可以最高质量地接收到卫星信号，否则接收信号微弱或完全接收不到信号，造成通信效能低下或通信中断。同理，当卫星站发射极化与卫星接收极化一致时，卫星转发器就可以最高质量地接收到卫星站信号，否则导致卫星转发器接收信号微弱或无法接收地面信号。可以通俗理解为，电磁波中电场矢量振动方向与波导窄边一致，卫星通信中的极化方向可以通过波导的窄边进行判断。由于天线馈源组件中，发射极化与接收极化具有固定的相互垂直关系，一般以接收波导的极化方向代表极化方向，因此，发射垂直极化波和接收水平极化波，称水平极化，也叫正极化;同理，发射水平极化波和接收垂直极化波，称垂直极化，也叫反极化。标准极化方向(极化角为0度)时波导与地面的关系如图1所示。图1利用波导窄边判断标准极化示意图极化调整角度：极化调整在±90°范围以内进行，相差180°极化方向相同，相差90°极化方向相反。
二、极化误差的危害
卫星站发射信号极化与卫星转发器的接收极化一致，卫星转发器通信天线接收信号最强;反之，卫星站接收信号极化与卫星转发器发射信号极化一致，卫星站天线接收信号最强。所以，调整卫星站极化与卫星转发器极化一致时通信质量最高。极化误差危害主要体现在如下两个方面：一是干扰反极化同频段转发器正常工作;二是极化误差造成信号损失，降低了通信质量。
三、极化调整方法
极化计算公式：，p为极化角，α为卫星波束中心经度，β卫星站经度，θ为卫星站纬度;当卫星波束中心经度与星下点经度相差不大时或无法知晓卫星波束中心经度时，常用卫星星下点经度代替卫星波束中心经度α进行计算;当不具备计算条件时，极化角计算可以进一步简化为：P≈α-β，用卫星星下点经度与卫星站经度之差粗略表示极化角，一般用于机动站快速对星。从以上公式可以看出，当两者经度相同α=β即时，极化角为0°，这时卫星站方位几乎为正南方向，俯仰最高;两者经度不同即α≠β时，极化角不为0°，这时卫星站方位偏离正南方向，俯仰随之降低;两者经度不同且相差较大时，即α≥β或α≤β时，极化角值较大，此时卫星站方位远远偏离正南方向，俯仰更低。因此极化角与方位角、俯仰角具有联动性;同时，极化角有正值、负值之分，正值代表一个方向，负值代表相反的方向。便携站和车载站等机动站通常配置前馈天线，固定站配置后馈天线，二者极化方向的判断方法一致。假定观察者从天线主面的后部，朝向卫星方向看去，正值为逆时针旋转的角度，负值为顺时针旋转的角度，调整口诀通俗理解为“以正南为基准，左转左偏，右转右偏”。因此，极化调整分为两步：一是根据使用的极化方式调整到标准极化位置(即标准垂直或水平位置);二是根据计算的极化角，左右旋转馈源调整极化到最佳位置锁定。卫星通信发射频率通常高于接收频率，频率越低波导越粗，接收波导比发射波导粗，因此以卫星站接收极化调整为例，介绍极化角调整方法，其一般方法如图2所示。图2利用接收波导窄边判断和调整接收极化示意图上图中，1表示接收水平极化波、极化角30°的调整方法：从虚线位置(标准水平极化位置)逆时针旋转30°到实线位置。2表示接收水平极化波、极化角为-30°的调整方法：从虚线位置(标准水平极化位置)顺时针旋转30°到实线位置。3表示接收垂直极化波、极化角30°的调整方法：从虚线位置(标准垂直极化位置)逆时针旋转30°到实线位置。4表示接收垂直极化波、极化角为-30°的调整方法：从虚线位置(标准垂直极化位置)顺时针旋转30°到实线位置。常用极化调整方式有三种：第一种是标准站指导法：待测卫星站发射单载波信号，在方位、俯仰调整准确的前提下，根据标准站指令调整极化，直到满足要求为止，交叉极化隔离度一般要求大于30dB，此方法一般固定站采用。第二种是峰值法：利用卫星信标、标准站发射的单载波信号或本站发射的单载波信号，通过接收该频率信号，观察频谱仪信号电平、观察调制解调器信噪比或观察信标跟踪接收机AGC电压等方法，标记极化旋转各点位信号大小，然后取中间信号最高位置、确定峰值点位，准确调整极化，如图3所示，此方法一般有良好测试条件的车载站采用。图3峰值法调整极化方法示意图图3中调整极化，当极化角度调整到30°时，信号强度为12，继续沿着该方向旋转，经过信号强度24附近一段区域，继续沿着该方向调整，信号开始降低，信号强度再次降低为12时，这时的极化角度为80°，则信号最强处应在30°至80°的中间位置，即(80-30)/2+30=55处。将极化角度调整到55°，极化大致调整准确。峰值法，也称为中间点法，该方法也是调整方位角和俯仰角的基本方法，是卫星通信中对星的基本方法。第三种是估算调整法：第一步根据使用的卫星转发器极化要求，将馈源调整到标准极化位置;第二步计算极化角即星下点经度减去卫星站经度之差，可以忽略正负;第三步调整极化，根据方位是正南偏西或偏东，逆时针或顺时针旋转馈源到计算角度位置即可。此方法通常使用于便携站等不具备任何测试条件的卫星通信站型。
四、极化调整中的注意事项
1.线极化才有极化调整，圆极化无需极化调整。2.使用单极化卫星资源时，由于通信卫星没有反极化转发器，在能够构成正常通信的情况下，可以允许较小范围的极化误差;在使用双极化卫星资源时，需要按照通信卫星运营商要求准确调整极化。3.固定站和车载站发射功率较大，极化偏差会造成严重的反极化干扰，应尽量准确调整极化方向，便携站功率较小，天线口径较小，造成的反极化干扰危害相对较轻，极化误差的危害相对较弱。4.转星后要及时调整极化;使用反极化转发器后要及时调整极化;当卫星站位置变化较大时，需要重新调整极化。5.极化调整范围为±90°，不可过度旋转馈源，以免造成连接电缆或软波导损坏。6.由于收发极化相互正交的固定关系，极化误差表现为发射、接收极化同时出现，造成发射、接收信号均减小，自发自收状态下反映更明显，可用射频环方式判断极化误差故障。7.调整极化时严禁随意发射信号，以免干扰反极化转发器正常工作，需要发射信号调整极化时，必须严格按照分配的频率和电平操作。
《卫星通信极化误差危害调整方法》来源：《信息系统工程》，作者：惠鹏 李波 李红卫
