平面自跟蹤天線(xiàn)技術(shù)在“動(dòng)中通”衛星通信中的應用
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1 引言
本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/201706/347584.htm隨著(zhù)我國通信、導航、遙控、遙測和遙感等各方面技術(shù)的飛躍突破，應用于衛星通信的天線(xiàn)技術(shù)也不斷進(jìn)步，我國從事微波技術(shù)與天線(xiàn)設計的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員在電磁波 導行與輻射傳輸工程領(lǐng)域積累了豐富的技術(shù)經(jīng)驗，為充分滿(mǎn)足我國軍隊、電信、公安、電力、水力、氣象、地震等領(lǐng)域的應急衛星通信使用需求，“動(dòng)中通”衛星通 信系統的應用和發(fā)展十分迅速。天線(xiàn)是這一系統中最為關(guān)鍵的設備，具有低剖面、高增益的平面陣列形式的高頻段“動(dòng)中通”衛星通信天線(xiàn)產(chǎn)品更好地滿(mǎn)足了應急通 信需求。本文僅就平面自跟蹤天線(xiàn)技術(shù)在“動(dòng)中通”衛星通信系統中的應用作簡(jiǎn)要敘述。
2 軍事領(lǐng)域的“動(dòng)中通”衛星通信系統使用需求對天線(xiàn)的要求
隨著(zhù)數字化戰場(chǎng)建設的發(fā)展，對“動(dòng)中通”的要求將越來(lái)越高：一是機動(dòng)性更高，快速反應能力更強；二是信息傳輸容量更大；三是對惡劣戰爭環(huán)境的適應能力更 強。為滿(mǎn)足“動(dòng)中通”衛星通信系統在數字化戰場(chǎng)上的使用需求，采用Ku頻段及更高頻段的射頻傳輸設備勢在必行。而“動(dòng)中通”衛星通信系統中，天線(xiàn)是非常關(guān) 鍵的部件，因此要求“動(dòng)中通”衛星天線(xiàn)必須是強方向性的和高增益性的、具有較低剖面、設備體積小易于隱蔽、可實(shí)現天線(xiàn)波束對方向的自動(dòng)跟蹤、在低仰角下仍 保持通信。
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平面自跟蹤天線(xiàn)技術(shù)應用于Ku頻段“動(dòng)中通”衛星通信系統，大大提高了天線(xiàn)設備性能和“動(dòng)中通”衛星通信系統的總體通信效果。采用寬頻帶陣列技術(shù)的天線(xiàn)輻 射陣元組成的天線(xiàn)，可以在有效降低天線(xiàn)剖面尺寸的同時(shí)保證天線(xiàn)具有更好的輻射效率和方向圖特性；可以減小天線(xiàn)系統的整體尺寸和重量，更易于安裝在車(chē)輛和飛 機等移動(dòng)載體上，適合于移動(dòng)通信。
3.1 平面自跟蹤天線(xiàn)技術(shù)簡(jiǎn)介
平面自跟蹤天線(xiàn)技術(shù)（Planar Auto-tracking Antenna Technology）是一種區別于拋物反射面天線(xiàn)形式，采用在二維平面上按一定規律排列天線(xiàn)輻射單元和饋電電路的陣列天線(xiàn)形式；在天線(xiàn)波束對星指向跟蹤上采用單通道單脈沖自跟蹤的天線(xiàn)技術(shù)。
3.1.1平面陣列天線(xiàn)技術(shù)
在Ku頻段“動(dòng)中通”衛星通信天線(xiàn)設計上所采用的平面陣列天線(xiàn)技術(shù)主要是指，將一定數量的輻射單元在二維平面上按一定的空間位置關(guān)系排列，并通過(guò)控制單元 的饋電相位和幅度，在空間中某一方向形成定向波束的天線(xiàn)技術(shù)。平面陣列天線(xiàn)技術(shù)的主要特點(diǎn)是可以實(shí)現高增益，并可以靈活的控制波束形狀和副瓣電平等天線(xiàn)方向圖指標。
平面陣列天線(xiàn)技術(shù)主要采用等間距陣列和不等間距陣列兩類(lèi)陣元排布方式。其中由于等間距陣列天線(xiàn)形式中饋電網(wǎng)絡(luò )排布簡(jiǎn)便，因此等間距陣列技術(shù)較為常用。不等間距陣列技術(shù)主要應用于密度加權陣列、希布陣列。
等間距陣列按照排布方式也分為矩形柵格陣列，三角柵格陣列等。三角柵格陣列技術(shù)一般應用在相控陣天線(xiàn)設計中以減少T/R組件數量，縮小單元間距，而“動(dòng)中通”系統中一般采用矩形柵格陣列技術(shù)，為了方便饋電網(wǎng)絡(luò )排布。
3.1.2天線(xiàn)自跟蹤技術(shù)
目前采用的天線(xiàn)自跟蹤技術(shù)包括：陀螺及慣導組合跟蹤、極大值跟蹤、圓錐掃描跟蹤及單脈沖跟蹤的方式。
陀螺慣導跟蹤依托高精度陀螺和慣性導航組合技術(shù)，驅動(dòng)天線(xiàn)保持波束指向衛星。跟蹤精度取決于陀螺和慣導的精度，與天線(xiàn)本身的信號無(wú)關(guān)；
極大值跟蹤方式需要獲得天線(xiàn)接收信號的強度值，根據信號的強弱驅動(dòng)天線(xiàn)指向信號最大的方向，在天線(xiàn)具有較寬的波束寬度時(shí)跟蹤效果較好；
圓錐掃描跟蹤方式，需要將天線(xiàn)的副反射面或饋源做極小的偏軸，形成圓錐形旋轉，產(chǎn)生差值信號，并在不同的旋轉位置進(jìn)行采樣，獲取跟蹤參數完成跟蹤。天線(xiàn)在工作時(shí)副面或饋源必須不停頓的轉動(dòng)，使系統穩定性下降，且只能適用于反射面天線(xiàn)。
單脈沖跟蹤需要天線(xiàn)系統形成合差信號，利用天線(xiàn)指向誤差造成合差信號相位誤差的原理，使用單脈調制通過(guò)跟蹤接收機檢測誤差信號，根據誤差信號驅動(dòng)天線(xiàn)完成跟蹤。是目前最先進(jìn)、最穩定的跟蹤方式。
3.2 國產(chǎn)YW10-22型Ku頻段動(dòng)中通天線(xiàn)系統技術(shù)特色
3.2.1低輪廓收發(fā)共面
天線(xiàn)系統結構設計為方位長(cháng)、俯仰短的形式，在保證天線(xiàn)面積的前提下最大限度的降低了天線(xiàn)高度。采用寬頻帶陣列設計方案，使天線(xiàn)的工作頻率覆蓋Ku波段的發(fā) 射和接收兩個(gè)頻段。所有陣列單元排布在同一塊天線(xiàn)板上，避免了不同天線(xiàn)發(fā)射面板和天線(xiàn)接收面板之間在俯仰角度上的相互遮擋的問(wèn)題，使天線(xiàn)在低俯仰角度下也 可以工作，提高天線(xiàn)的隨動(dòng)性。
3.2.2高效率、低旁瓣
天線(xiàn)效率高，在同樣的增益參量水平上天線(xiàn)可以體積更小、重量更輕和更易于安裝于移動(dòng)載體；天線(xiàn)低的旁瓣特性，可以允許天線(xiàn)使用更大功率發(fā)射信號的并在天線(xiàn)移動(dòng)過(guò)程中避免臨星干擾。
3.2.3單通道單脈沖自跟蹤
應用于Ku頻段“動(dòng)中通”衛星天線(xiàn)的單脈沖自跟蹤技術(shù)，是通過(guò)閉環(huán)跟蹤方式，從一個(gè)脈沖中獲得和、差射頻信號，確定天線(xiàn)波束指向與衛星之間的位置關(guān)系，驅 動(dòng)波束指向隨天線(xiàn)自身運動(dòng)而運動(dòng)，使天線(xiàn)波束指向持續地對準衛星的跟蹤技術(shù)。單脈沖自跟蹤技術(shù)具有實(shí)時(shí)性好、跟蹤速度快和跟蹤精度高的優(yōu)點(diǎn)。
“動(dòng)中通”衛星通信天線(xiàn)會(huì )在載體移動(dòng)過(guò)程中時(shí)刻發(fā)生姿態(tài)和位置變化，單脈沖自跟蹤技術(shù)可以使天線(xiàn)在工作過(guò)程中不斷修正波束指向，穩定地對準衛星，確保通信在載體移動(dòng)過(guò)程中不會(huì )間斷。
3.2.4高隔離度極化跟蹤
采用具有專(zhuān)利技術(shù)的極化器，不僅可以實(shí)現極化自動(dòng)跟蹤，也可以有效抑制極化之間的相互干擾，更好的提高提高天線(xiàn)信噪比，確保更高的傳輸精度；提高通信信道的頻率利用率，使信道獲得更寬的利用頻率，信息傳輸容量大。
3.2.5 0-90°俯仰角內穩定工作
天線(xiàn)在0-90°俯仰角范圍內可工作并具有均衡而穩定的預期方向圖特性，即使天線(xiàn)水平位置隨載體移動(dòng)而發(fā)生傾斜或通信中遇到車(chē)輛行進(jìn)在坡面路段，仍可以維持通信的不間斷性。
4 結束語(yǔ)
“動(dòng)中通”衛星通信天線(xiàn)系統的核心設備是天線(xiàn)，平面自跟蹤天線(xiàn)技術(shù)在“動(dòng)中通”衛星天線(xiàn)系統中的應用已經(jīng)使那些安裝了不超過(guò)30cm高度的低輪廓衛星天線(xiàn)的車(chē)輛靈活地穿越各種復雜路面環(huán)境并通暢地實(shí)時(shí)傳遞音視頻信息。
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