一種遠程動中通衛星天線的設計與實現

王碧呈 楊玲

摘 要：對于衛星移動通訊系統來說，其含有覆蓋面廣、通訊距離長、機動性強等優點。衛星移動通訊為遠程通訊的進步以及實現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頻段的動中通衛星天線的相關原理，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饋電技術，得出動中通天線設計方案和制作方法，詳細的對動中通天線真實跟蹤的重要技術進行分析和實踐，經測試表明天線功能良好。

關鍵詞：一種遠程動中通;衛星天線;設計與實現

所謂的移動衛星通信系統是將衛星通訊和移動通信進行有機的結合，依借著同步軌道衛星、中軌道衛星等進行相關數據的采集。在轉移的介質上可以與任何時間與衛星進行通信。對于我國來說，動中通系統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，所以在進行介質的安裝過程中存在一定的限制，低輪廓衛星掃描喇叭陣天線逐漸成為了國內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。本文對動中通衛星天線的口徑和Ku 頻段進行相關的設計，并采用喇叭天線的陣波導饋電技術以及接收機閉環跟蹤技術，進而研發出新型的低輪廓天線。

1 Ku頻段遠程動中通衛星天線的設計

1.1 Ku頻段相關原理

Ku頻段可以通過電子羅盤對車體所在的位置、經緯度、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和經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星相對齊，從而完成衛星的捕捉和跟蹤。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整，最后對衛星實行跟蹤[1]。

1.2 Ku頻段設計

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

1.3硬件設計

（1）天饋系統設計

所謂的天饋系統是通過八個喇叭子陣、雙工器等組合而成，如圖2所示。

（2）測控系統硬件設計

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

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）電動變極化設計

對于衛星天線來說，其是通過電動變極化技術，將兩路的線極化進行操控進而達到相互之間的匹配，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。

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節，然后利用計劃控制器將兩個正交極化波幅度進行調整，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，從而實現主動極化調節[2]。

1.4軟件設計

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、驅動軟件等所構成。

在Ku頻段遠程動中通衛星天線中是使用了開環穩定、閉環跟蹤、傳感器融合的相關極化。開環穩定是將穩定環和位置環相融合才得以形成的，其中穩定環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中，進而保證慣性空間的穩定性[3]。位置環穩定是通過組合慣性測量單元提供的介質姿態經過坐標變換后進而得到的角度。對于開環穩定來說，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穩定天線，其波束會偏離中心，若發生此情況，需要借助閉環跟蹤進而對其進項方位的矯正。

1.5結構設計

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

2 Ku 頻段遠程動中通衛星天線仿真

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。依據仿真結果可知，在天線進行接收時，其增益仿真值達到 dBi，轉發時增益仿真值為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頻段遠程動中通衛星天線結構仿真

為了可以保證在遠程動中通衛星天線中，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的靜力學應力仿真。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力為，其效果如圖8（a）所示。由于平臺為鋁的質地，即屈服強度為MP，進而遠遠大于了應力的。隨后，再對平臺靜力學進行移動仿真，支耳和之前一樣增加倍的重力。仿真效果如圖3所示。

2.3中通天線實現與測試

相對于Ku頻段動中通衛星天線來說，其是選用了復合材料工藝、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下保持了一致性[5]。在實踐過程當中，幅度和理想狀態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。

結語

綜上所述，本文首先對Ku頻段遠程動中通衛星天線相關概念進行了詳細的講解，然后分別從空間維和功能維對其的功能進行研究與分析，進而實現了一個功能好、質量高、穩定性強的Ku頻段遠程動中通衛星天線。

參考文獻

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

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

[3]邱鵬.“動中通”衛星天線的饋源優化設計[J].科技傳播，2019，11（22）：131-132.

[4]張毅，趙春標，潘良勇.“動中通”衛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.衛星天線終端控制器設計[J].軍民兩用技術與產品，2016（11）：60-62.