用于衛星地面移動(dòng)通信系統的相控陣天線(xiàn)

　　在硬件電路的基礎上，還需配以相應的軟件程序。其主要功能一方面是提取GPS的定位數據；另一方面就是對數據進(jìn)行處理計算，求出移動(dòng)用戶(hù)坐標系中移動(dòng)用戶(hù)所處位置相對于通信衛星的方位角A、仰角E。結合搭載在車(chē)載用戶(hù)上的GPS速度方位角，算出移動(dòng)用戶(hù)天線(xiàn)波束指向通信衛星信號的方位角φ、仰角θ。根據φ、 θ計算得到每個(gè)移相器的波束控制碼。

　　2.4 相控陣天線(xiàn)系統

　　完整的相控陣天線(xiàn)系統由輻射單元陣列、移相器、功分網(wǎng)絡(luò )、波束控制器以及電源等輔助設備組成。

　　天線(xiàn)陣列 天線(xiàn)陣面由19個(gè)單元組成，單元基本尺寸為：D=63 mm，△S／S=2.5％。陣元間距100 mm，按照圓形陣分三圈分布，由內到外單元數依次為1-6-12，半徑240 mm，介質(zhì)層厚度h=6 mm，相對介電常數為2.65，單元饋電點(diǎn)通過(guò)過(guò)孔與背板上的SMA相連。天線(xiàn)陣形式如圖5所示。

　　移相器與功分網(wǎng)絡(luò ) 選用微帶二極管型式的3 b可控數字移相器。其特性參數插損約為1 dB，駐波比小于1.25，質(zhì)量40 g，功耗0.6 W，滿(mǎn)足在相控陣天線(xiàn)中對數字移相器體積小、功率低、轉換時(shí)間短、穩定性好的要求。功分網(wǎng)絡(luò )采用威金森功分器，以1：19進(jìn)行設計，實(shí)測帶內插損約1 dB，端口隔離度>20 dB。結構如圖6所示。

　　波束控制器 GPS模塊選用GARMIN的15LOEM板，它并行12通道，可同時(shí)跟蹤12顆衛星，定位精度高，功耗低。DGPS可實(shí)時(shí)WAAS差分或偽距差分，差分精度3～5 m。電子羅盤(pán)采用Honeywell的3300磁感應芯片的OEM電子羅盤(pán)模塊。它可提供數字航向，直接輸出數字信號，通過(guò)RS 232可與單片機通信。它的傾斜角可達±10°，在此范圍內，可以提供較精確的三維角度，航向精度為1°。它的數據更新率可以達到10 Hz，用戶(hù)可以自由配置和存儲參數。

　　單片機選用SILION公司C8051F020，能夠滿(mǎn)足以上系統的要求。C8051F020單片機采用SILICON公司的專(zhuān)利CIP-51微處理器內核。該芯片在程序運行時(shí)可實(shí)現內、外部時(shí)鐘的切換，這在低功耗應用系統中非常實(shí)用，同時(shí)C8051F020還在內部增加了復位源，從而大大提高了系統的可靠性。

　　輔助設備 系統輔助設備包括給系統供電的直流電源，連接電纜以及射頻接口等。

　　3 設計與實(shí)驗結果

　　按照設計方案研制了樣機，掃描范圍：仰角30°～90°，方位角0°～360°。系統功分網(wǎng)絡(luò )輸出口處電壓駐波比如圖7所示。

　　表1～表3列出了相控陣天線(xiàn)的部分掃描特性。

　　4 結語(yǔ)

　　本文給出了一種應用于衛星地面移動(dòng)通信終端的相控陣天線(xiàn)的設計，采用GPS結合電子羅盤(pán)的方案采集運動(dòng)載體的相差信息，通過(guò)波控機控制天線(xiàn)波束自動(dòng)跟蹤通信衛星，對天線(xiàn)單元和波束控制系統進(jìn)行了分析和設計。實(shí)測結果與理論設計吻合較好，從而為衛星移動(dòng)通信系統實(shí)現“動(dòng)中通”提供了一種新的方案。