衛星移動通信的終端天線技術

李明琿

【摘要】 在移動衛星通信系統之中，終端天線是非常重要的技術之一。筆者在本文中對低增益的多向性天線的性狀、機械自動調向天線陣的設計圖以及設計模型進行了闡述，最后筆者對各類天線的性能特點進行了分析和闡述，希望能夠對大家有所啟示。

【關鍵詞】 移動衛星 通信系統 終端天線技術

在當前世界的通信領域內，通過移動的衛星進行通信，是人們應用較為廣泛的方式之一，也是通信領域內的重要課題。這種通信技術能夠保證在地球上的每個地方、每個時間點、每個用戶都能夠被納入到這種通信系統中來，可以說極大程度上方便了人們的交流與溝通，促進了世界經濟的發展。國家鐵道部以及多個自然科學基金共同投資研發的車載相控陣天線技術，體現了我國衛星移動通信的具體應用和進步。

一、低增益全向天線

這種天線通常具備很高的全向性，它的結構也主要包括交叉下垂偶極子天線，除此之外還包括四分螺旋天線和微帶圓柱盤天線等。通常情況下，偶極子天線會保持著交叉下垂的狀態，并且會通過一對偶極子天線在中心處，以交叉和垂直的方式組合而成。四根螺旋線的饋電幅度相同，相對相位分別為0度、90度、180度、270度。但是因為它占據了所有同步衛星軌道，所以無法繼續進行軌道復用。

二、中增益追蹤天線

中增益追蹤天線有兩種方式可以實現對衛星的追蹤，分別是電控相控陣天線和機械自動調向線天線陣。

2.1電控相控陣天線

相對于機械控制定位線天線陣來說，電控相控陣天線更加的靈活、可靠。這種天線能夠完美地和地面的移動物體保持一致的形狀，且具有十分美化的外觀，很難被發現。當天線進行定向時，第一步就要在兩個交叉方向，水平和垂直方向上接收著最強的信號，繼而通過后來接收到的強信號完成定向系統的初始化進程。通常情況下，追蹤模式會通過連續天線掃掠來完成對電控相控陣天線的把控，同時也會利用速率傳感器完成把控。在這種把控方式和力度之下，當衰減現象變得更加明顯時，就會抑制住閉環系統所發揮的作用。此時，開環系統就開始啟動，并且會維持大約數秒種的時間，從而幫助傳感器完成漂移，達到初始化狀態。

2.2機械控制定位線天線陣

在中增益追蹤天線當中，機械控制定位的天陣線屬于成本較為低廉的追蹤天線。盡管該天線與地面移動物體之間的共形性較差，但是其具體的外觀和尺寸與低增益天線不同，是由多個微帶貼片組成的天線陣，這就使得其閉環系統主要采取的方式是單信道脈沖技術，其開環系統主要采取的是速率傳感器技術，最后由兩者共同協作，完成天線定位。這種定位方式相對來說更加準確、可靠。完成定位之后，微帶貼片就會被切分成兩半，產生和信道和與差信道，繼而將差信道調制入和信道當中，最后通過接受線路來完成對和信道的檢測。為了盡量減弱衰減的影響程度，必須通過和信號對差信號進行歸一化處置，目的是為了盡可能產生誤差信息。運行過程中，通常會通過搜尋系統來完成最強軸向信號系統的搜尋工作，以保證衛星能夠被天線追蹤到，然后一旦追蹤到之后，閉環系統就開始發揮作用。信號嚴重衰減時，開環系統啟動，維持數秒鐘，完成初始化工作。

三、實際應用

衛星通信系統中，常采用低增益全向天線應用于車輛移動站的終端天線上，其仰角為20度到60度，其增益為3至6dB。這種天線的花費較小，且使用較為簡單。通常，移動車輛會利用機械控制或中等增益平面來追蹤天線，這種天線仰角為20度到60度，方位角為360度，增益為10至14dB。對于固定站的移動終端來說，其通常采用強方向性的天線來追蹤天線，其增益能夠達到15dB至22dB之間，其仰角為5度到90度，這種天線的結構通常為一維天線陣。因為一些特殊原因，因此這種天線陣大多采用螺旋天線，因為首先，其結構較為簡單，容易進行功率饋送；其次，具備覆蓋接收和發射頻段的寬頻帶特征；最后，機械結構不復雜，易于上手，每個陣元能夠提供7.5dB的增益，能夠通過波束的振動，實現誤差檢測。當前，衛星移動通信已經發展到了航空通信領域，如何進一步提升其應用范圍，是非常值得探討的話題。

四、結論

綜上所述，筆者可以得出結論：相對于中增益天線來說，低增益的全向性天線具備良好的全向接收特性的優點，不需要對衛星的信號進行追蹤，且具備非常高的性價比，使用成本較低，但同時也存在一些缺陷，就是對于衛星的發射能量有著非常高的要求，且無法進行信道復用；中增益天線則具備較高的增益，且星間的隔離性較強，可以用于信道復用，但是同樣無可避免地存在一些缺陷：其波束較窄，因此地面的物體進行移動或者是轉向時，中增益天線必須電控或者機控來保持追蹤狀態，從而確保天線指向衛星。盡管電控相控陣天線具備非常良好的性能，但是其使用成本較高；機械調向天線陣成本較低，但其共形性又有所欠缺。

參 考 文 獻

[1]無奇. 衛星移動通信終端天線技術研究[D]. 東南大學， 2015.

[2]張大印. 衛星移動通信終端天線的研究與實現[D]. 北京郵電大學， 2014.

[3]丁陽. 通信衛星區域覆蓋多波束天線設計與多頻帶終端印刷天線研究[D]. 西安電子科技大學， 2014.