船载S波段卫星动中通天线的应用

尚江华

(中国电子科技集团公司第五十四研究所，河北 石家庄 050081)

船载S波段卫星动中通天线的应用

尚江华

(中国电子科技集团公司第五十四研究所，河北 石家庄 050081)

介绍了一种船载S波段卫星动中通天线，通过微陀螺系统和伺服控制系统，采用卫星对准、自动跟踪和丢星自动捕获等措施，实现了对卫星的稳定跟踪。采用A-E-C座架，实现了过顶跟踪，适于安装在船上，在海洋中实现数据以及语音通信。

S波段；动中通天线；船载

0 引言

目前我国已发射天通一号S波段通信卫星，波束覆盖中国国土、太平洋西部和印度洋东北部的部分区域。本设计提供了一套低成本高精度的S波段移动通信解决途径，满足船载领域的使用需求。实现对星跟踪及再捕获等基本功能，而且可实现AISG、功放控制、信号多工等功能。

本设计采用高效率低轴比微带天线，座架为A-E-C三轴座架形式，伺服控制采用IMU模块、射频分合路模块和控制模块集成设计方案。惯导解算用于测量天线相对于地理坐标系下的角度信息，控制模块利用惯导反馈的角度和北斗解算的位置信息，形成解算指令并通过电机实现闭环控制，对天线指向进行稳定控制。

1 S波段船载卫星动中通天线

1.1 主要性能指标

(1)电性能指标：天线增益(含天线罩);接收≥5dBi；发射≥5dBi;G/T值≥21dB/K;电压驻波比(VSWR)：≤1.5:1;天线轴比：≤2.5dB。

(2)机械性能指标:天线运动范围为方位：360°无限制转动；俯仰：-25°～120°；交叉：-30°～30°；外形尺寸：直径φ350mm×高150mm。

1.2 系统组成

S波段卫星动中通天线主要由微带天线、天线座架、IMU惯性测量单元、分合路单元、射频收发单元及伺服跟踪单元等组成[4]。图1是动中通天线的系统组成框图。电源、通信控制信号和射频信号通过同轴关节进入天线系统，然后通过分合路单元分离出射频信号、通信控制信号以及直流电源，分离出的各路信号分别与各路单元通信和供电，共同完成S天线在动态摇摆条件下的卫星链路的建立。

图1 系统组成框图

1.3 天线伺服控制系统

天线伺服控制系统框图如图2所示，它的功能主要是控制步进电机去调整天线的姿态，实现对卫星的搜索和跟踪。伺服控制系统根据微陀螺系统得到的船信息，去控制步进电机驱动天线，使动中通天线的姿态在一定的范围内，实现粗对准。同时，根据卫星接收处理系统提供的卫星信号强度值，在小范围内调整天线的姿态，使其接收到的卫星信号强度最大，实现精准队形。跟踪到卫星信号后，需要实时判断是否锁定了卫星信号，若卫星信号强度大于阈值，则伺服控制系统根据卫星信号强度进行持续跟踪，若卫星信号强度小于阈值，则系统需进行重新搜索卫星并锁定。

图2 天线伺服控制系统

1.4 跟踪接收方案

由于S波段动中通天线方位与俯仰波束很宽，在跟踪过程中，惯导的航向存在固有零漂，所以在伺服跟踪时利用惯导姿态信息进行俯仰指向跟踪，方位利用天线跟踪接收机信息进行跟踪。

根据对和方向图以及差方向图(图3所示)电气仿真分析[5]，单脉冲的仿真图有25dB左右。故采用单脉冲跟踪方案，可以根据方位差的电压实现跟踪。

图3 和差方向图

在方位单脉冲跟踪和俯仰指向跟踪模式下，利用惯导和双北斗信息进行融合，结合接收机锁定跟踪算法，保持天线指向稳定。当天线处于被遮挡状态时，通过惯导进行航姿保持。

1.5 S波段船载卫星动中通天线环境测试结果

对S波段卫星动中通天线进行高低温实验，分别在常温、高温+80℃和低温-50℃ 24h，增益范围为6.08～8.37 dBi，轴比范围为2.23～1.28dB，G/T值21.8～23.8 dB/K。环境实验证明该S波段卫星动中通天线在环境温度-50℃～+80℃工作稳定可靠，满足实际使用的要求。

2 结束语

随着经济的高速发展和卫星通信技术的不断提高，卫星通信在数据和语音通信的应用将会越来越广泛，越来越普及。S波段以可用带宽大、干扰少、设备体积小、可满足高速应用的需求等优点，未来必将会大量应用在移动载体设备中。

[1] 孙桓，陈作模.机械原理(第六版)[M].北京：高等教育出版社，2004.

[2] 成大先，王德夫，等.机械设计手册[M].北京:化学工业出版社，2002.

[3] 吴凤高.天线的结构设计[M].西安:西北电讯工程学院出版社,1986.

[4] 郝金中,张 瑜.一种S波段高功率T/R组件的研制[J].无线电工程,2014,44(12):59-62.

[5] 李玄玄,刘贵亚,张宇,等.S波段宽带高增益微带准八木天线阵列设计[J].无线电通信技术,2017,43(2)：64-66.

TheapplicationoftheS-bandsatellitesotmantennaonships

SHANGJiang-hua

(The54thResearchInstituteofCETC,ShijiazhuangHebei050081，China)

This thesis introduces a kind of shipborne S-band satellite sotm antenna.Through the microgyro system and servo control system，it adopts the satellite alignment，automatic tracking and automatic capture of the star，and realizes the stable tracking of the satellite.It uses the A-E-C pedestal and to achieve the vertex tracking.It’s suitable for installation on ships and implementation of data and voice communication in the ocean.

S-band;Sotm antenna;Shipborne

2017-08-21

尚江华(1975-)，男，工程师，主要研究方向：卫星天线的研发设计.

1001-9383(2017)03-0037-04

TN927

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