一種遠(yuǎn)程動中通衛(wèi)星天線的設(shè)計與實現(xiàn)

王碧呈 楊玲

摘 要：對于衛(wèi)星移動通訊系統(tǒng)來說，其含有覆蓋面廣、通訊距離長、機動性強等優(yōu)點。衛(wèi)星移動通訊為遠(yuǎn)程通訊的進步以及實現(xiàn)全世界快速連接提供了寶貴的機會。本文主要闡述了一個功能較完全、低輪廓、Ku頻段的動中通衛(wèi)星天線的相關(guān)原理，從而進一步提出動中通天線在空間中的性能和理念，并通過使用喇叭天線陣波導(dǎo)饋電技術(shù)，得出動中通天線設(shè)計方案和制作方法，詳細(xì)的對動中通天線真實跟蹤的重要技術(shù)進行分析和實踐，經(jīng)測試表明天線功能良好。

關(guān)鍵詞：一種遠(yuǎn)程動中通;衛(wèi)星天線;設(shè)計與實現(xiàn)

所謂的移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)是將衛(wèi)星通訊和移動通信進行有機的結(jié)合，依借著同步軌道衛(wèi)星、中軌道衛(wèi)星等進行相關(guān)數(shù)據(jù)的采集。在轉(zhuǎn)移的介質(zhì)上可以與任何時間與衛(wèi)星進行通信。對于我國來說，動中通系統(tǒng)是通過使用反射面天線或喇叭陣天線進行的，其中反射面天線比較高、重量較沉，所以在進行介質(zhì)的安裝過程中存在一定的限制，低輪廓衛(wèi)星掃描喇叭陣天線逐漸成為了國內(nèi)和國外一直在進行鉆研的重要的項目，而雙頻段可變極化的低成本、低輪廓衛(wèi)星動中通天線一直是每個國家研究的熱議話題。本文對動中通衛(wèi)星天線的口徑和Ku 頻段進行相關(guān)的設(shè)計，并采用喇叭天線的陣波導(dǎo)饋電技術(shù)以及接收機閉環(huán)跟蹤技術(shù)，進而研發(fā)出新型的低輪廓天線。

1 Ku頻段遠(yuǎn)程動中通衛(wèi)星天線的設(shè)計

1.1 Ku頻段相關(guān)原理

Ku頻段可以通過電子羅盤對車體所在的位置、經(jīng)緯度、角度進行注意測量，然后使用組合慣性測量單元衡量出車體的角度變化速度，進而通過所在的地理物質(zhì)和經(jīng)緯度確定天線的仰角。隨后在仰角保持不變的情況下，利用信號極大值的手段與衛(wèi)星相對齊，從而完成衛(wèi)星的捕捉和跟蹤。整個車體在進行變化過程中，可以不斷對車體移動的方式進行勘測，然后依據(jù)信號的強度進而將誤差角算出，然后將天線的各個角度進行不斷地調(diào)整，最后對衛(wèi)星實行跟蹤[1]。

1.2 Ku頻段設(shè)計

對于Ku頻段的設(shè)計要從兩個方面進行設(shè)計，分別是功能維和空間維。功能位是通過天饋系統(tǒng)等一一組合而成的，而空間維是通過室外單元和室內(nèi)單元相互的組合所形成，如圖 1 所示。

1.3硬件設(shè)計

（1）天饋系統(tǒng)設(shè)計

所謂的天饋系統(tǒng)是通過八個喇叭子陣、雙工器等組合而成，如圖2所示。

（2）測控系統(tǒng)硬件設(shè)計

對于天線測控的性能來說其主要是通過控制器、驅(qū)動單元等元件相互組合進而實現(xiàn)的，各元件之間是相互連接的關(guān)系。

對于天線部分的操作主要是通過捕獲指向跟蹤控制板、極化控制板、方位電機等元件相互組合而成。

（3）電動變極化設(shè)計

對于衛(wèi)星天線來說，其是通過電動變極化技術(shù)，將兩路的線極化進行操控進而達(dá)到相互之間的匹配，然后在隨著天線高度不斷提升的情況下，進而對接受和釋放變極化進行實現(xiàn)。

在整體的喇叭陣天線中含有垂直和水平的波線，而極化線要對接受和釋放的頻段進行逐一覆蓋，然后利用雙工器元件將頻率進行剝離。天線是通過使用線極化的方式，進而對極化角進行調(diào)節(jié)，然后利用計劃控制器將兩個正交極化波幅度進行調(diào)整，從而可以獲取任意方向的極化波，再通過極化控制器把極化角算出來，從而實現(xiàn)主動極化調(diào)節(jié)[2]。

1.4軟件設(shè)計

對于軟件功能維，其是由控制單元軟件、捕獲指向跟蹤控制軟件、驅(qū)動軟件等所構(gòu)成。

在Ku頻段遠(yuǎn)程動中通衛(wèi)星天線中是使用了開環(huán)穩(wěn)定、閉環(huán)跟蹤、傳感器融合的相關(guān)極化。開環(huán)穩(wěn)定是將穩(wěn)定環(huán)和位置環(huán)相融合才得以形成的，其中穩(wěn)定環(huán)主要是通過使用組合慣性測量單元所提供的角速率，然后將其投放到天線的坐標(biāo)中，進而保證慣性空間的穩(wěn)定性[3]。位置環(huán)穩(wěn)定是通過組合慣性測量單元提供的介質(zhì)姿態(tài)經(jīng)過坐標(biāo)變換后進而得到的角度。對于開環(huán)穩(wěn)定來說，其含有更新頻率高的好處，由于慣性等其他不同方面的影響，僅僅單一的使用開環(huán)穩(wěn)定天線，其波束會偏離中心，若發(fā)生此情況，需要借助閉環(huán)跟蹤進而對其進項方位的矯正。

1.5結(jié)構(gòu)設(shè)計

整個天線座的主干是使用的方位軸、俯仰軸、極化軸架構(gòu)。天線的方位軸通過轉(zhuǎn)盤軸承與旋轉(zhuǎn)臺進行連接，然后利用齒輪運動進而帶動方位軸實現(xiàn)的不停旋轉(zhuǎn)。而天線的俯仰軸在天線的旁邊兩側(cè)，其可以在到之間進行旋轉(zhuǎn)。最后極化軸在天線的背面，并可以在到進行旋轉(zhuǎn)。

2 Ku 頻段遠(yuǎn)程動中通衛(wèi)星天線仿真

2.1天線增益

對于斜極化隔離度來說，其增益越高那么通信能力就越好，并且天線的極化越好，其受到外界的干擾因素的影響就越小。依據(jù)仿真結(jié)果可知，在天線進行接收時，其增益仿真值達(dá)到 dBi，轉(zhuǎn)發(fā)時增益仿真值為dBi;在接收斜極化時，其仿真值為 dB，釋放斜極化時，其仿真值為dBi[4]。

2.2 Ku頻段遠(yuǎn)程動中通衛(wèi)星天線結(jié)構(gòu)仿真

為了可以保證在遠(yuǎn)程動中通衛(wèi)星天線中，天線對于強度和變形量的震動沖擊需求，即要對平臺進行相關(guān)的靜力學(xué)應(yīng)力仿真。在支耳部位要加上比之前高于倍的重力，進而其可接受的最大應(yīng)力為，其效果如圖8（a）所示。由于平臺為鋁的質(zhì)地，即屈服強度為MP，進而遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于了應(yīng)力的。隨后，再對平臺靜力學(xué)進行移動仿真，支耳和之前一樣增加倍的重力。仿真效果如圖3所示。

2.3中通天線實現(xiàn)與測試

相對于Ku頻段動中通衛(wèi)星天線來說，其是選用了復(fù)合材料工藝、注塑工藝等不同工藝方法。天線的大小為，重量小于。在進行Ku頻段動中通衛(wèi)星天線實踐時，要在緊縮場進行。

對于天線的增益來說，其仿真值和實測值本質(zhì)上是一樣的，而斜極化隔離度在仿真時制定的幅度與理想狀態(tài)下保持了一致性[5]。在實踐過程當(dāng)中，幅度和理想狀態(tài)是不可能做到完全相同的，進而造成了對于真實測量的值與仿真值之間是存在著一定差異的。

結(jié)語

綜上所述，本文首先對Ku頻段遠(yuǎn)程動中通衛(wèi)星天線相關(guān)概念進行了詳細(xì)的講解，然后分別從空間維和功能維對其的功能進行研究與分析，進而實現(xiàn)了一個功能好、質(zhì)量高、穩(wěn)定性強的Ku頻段遠(yuǎn)程動中通衛(wèi)星天線。

參考文獻

[1]李凌凌，劉羽，林光陽.一種遠(yuǎn)程動中通衛(wèi)星天線的設(shè)計與實現(xiàn)[J].電訊技術(shù)，2020，60（02）：234-238.

[2]馬謝，趙治國，周萬寧，劉海峰，VLADIMIR·MORDACHEV.“動中通”衛(wèi)星通信系統(tǒng)與同址電臺干擾問題研究[J].通信技術(shù)，2019，52（12）：2938-2943.

[3]邱鵬.“動中通”衛(wèi)星天線的饋源優(yōu)化設(shè)計[J].科技傳播，2019，11（22）：131-132.

[4]張毅，趙春標(biāo)，潘良勇.“動中通”衛(wèi)星天線跟蹤方式和原理[J].通訊世界，2019，26（10）：145-146.

[5]鄧為東，李敬一，王會彬，張洪才.衛(wèi)星天線終端控制器設(shè)計[J].軍民兩用技術(shù)與產(chǎn)品，2016（11）：60-62.