一种远程动中通卫星天线的设计与实现

王碧呈 杨玲

摘 要：对于卫星移动通讯系统来说，其含有覆盖面广、通讯距离长、机动性强等优点。卫星移动通讯为远程通讯的进步以及实现全世界快速连接提供了宝贵的机会。本文主要阐述了一个功能较完全、低轮廓、Ku频段的动中通卫星天线的相关原理，从而进一步提出动中通天线在空间中的性能和理念，并通过使用喇叭天线阵波导馈电技术，得出动中通天线设计方案和制作方法，详细的对动中通天线真实跟踪的重要技术进行分析和实践，经测试表明天线功能良好。

关键词：一种远程动中通;卫星天线;设计与实现

所谓的移动卫星通信系统是将卫星通讯和移动通信进行有机的结合，依借着同步轨道卫星、中轨道卫星等进行相关数据的采集。在转移的介质上可以与任何时间与卫星进行通信。对于我国来说，动中通系统是通过使用反射面天线或喇叭阵天线进行的，其中反射面天线比较高、重量较沉，所以在进行介质的安装过程中存在一定的限制，低轮廓卫星扫描喇叭阵天线逐渐成为了国内和国外一直在进行钻研的重要的项目，而双频段可变极化的低成本、低轮廓卫星动中通天线一直是每个国家研究的热议话题。本文对动中通卫星天线的口径和Ku 频段进行相关的设计，并采用喇叭天线的阵波导馈电技术以及接收机闭环跟踪技术，进而研发出新型的低轮廓天线。

1 Ku频段远程动中通卫星天线的设计

1.1 Ku频段相关原理

Ku频段可以通过电子罗盘对车体所在的位置、经纬度、角度进行注意测量，然后使用组合惯性测量单元衡量出车体的角度变化速度，进而通过所在的地理物质和经纬度确定天线的仰角。随后在仰角保持不变的情况下，利用信号极大值的手段与卫星相对齐，从而完成卫星的捕捉和跟踪。整个车体在进行变化过程中，可以不断对车体移动的方式进行勘测，然后依据信号的强度进而将误差角算出，然后将天线的各个角度进行不断地调整，最后对卫星实行跟踪[1]。

1.2 Ku频段设计

对于Ku频段的设计要从两个方面进行设计，分别是功能维和空间维。功能位是通过天馈系统等一一组合而成的，而空间维是通过室外单元和室内单元相互的组合所形成，如图 1 所示。

1.3硬件设计

（1）天馈系统设计

所谓的天馈系统是通过八个喇叭子阵、双工器等组合而成，如图2所示。

（2）测控系统硬件设计

对于天线测控的性能来说其主要是通过控制器、驱动单元等元件相互组合进而实现的，各元件之间是相互连接的关系。

对于天线部分的操作主要是通过捕获指向跟踪控制板、极化控制板、方位电机等元件相互组合而成。

（3）电动变极化设计

对于卫星天线来说，其是通过电动变极化技术，将两路的线极化进行操控进而达到相互之间的匹配，然后在随着天线高度不断提升的情况下，进而对接受和释放变极化进行实现。

在整体的喇叭阵天线中含有垂直和水平的波线，而极化线要对接受和释放的频段进行逐一覆盖，然后利用双工器元件将频率进行剥离。天线是通过使用线极化的方式，进而对极化角进行调节，然后利用计划控制器将两个正交极化波幅度进行调整，从而可以获取任意方向的极化波，再通过极化控制器把极化角算出来，从而实现主动极化调节[2]。

1.4软件设计

对于软件功能维，其是由控制单元软件、捕获指向跟踪控制软件、驱动软件等所构成。

在Ku频段远程动中通卫星天线中是使用了开环稳定、闭环跟踪、传感器融合的相关极化。开环稳定是将稳定环和位置环相融合才得以形成的，其中稳定环主要是通过使用组合惯性测量单元所提供的角速率，然后将其投放到天线的坐标中，进而保证惯性空间的稳定性[3]。位置环稳定是通过组合惯性测量单元提供的介质姿态经过坐标变换后进而得到的角度。对于开环稳定来说，其含有更新频率高的好处，由于惯性等其他不同方面的影响，仅仅单一的使用开环稳定天线，其波束会偏离中心，若发生此情况，需要借助闭环跟踪进而对其进项方位的矫正。

1.5结构设计

整个天线座的主干是使用的方位轴、俯仰轴、极化轴架构。天线的方位轴通过转盘轴承与旋转台进行连接，然后利用齿轮运动进而带动方位轴实现的不停旋转。而天线的俯仰轴在天线的旁边两侧，其可以在到之间进行旋转。最后极化轴在天线的背面，并可以在到进行旋转。

2 Ku 频段远程动中通卫星天线仿真

2.1天线增益

对于斜极化隔离度来说，其增益越高那么通信能力就越好，并且天线的极化越好，其受到外界的干扰因素的影响就越小。依据仿真结果可知，在天线进行接收时，其增益仿真值达到 dBi，转发时增益仿真值为dBi;在接收斜极化时，其仿真值为 dB，释放斜极化时，其仿真值为dBi[4]。

2.2 Ku频段远程动中通卫星天线结构仿真

为了可以保证在远程动中通卫星天线中，天线对于强度和变形量的震动冲击需求，即要对平台进行相关的静力学应力仿真。在支耳部位要加上比之前高于倍的重力，进而其可接受的最大应力为，其效果如图8（a）所示。由于平台为铝的质地，即屈服强度为MP，进而远远大于了应力的。随后，再对平台静力学进行移动仿真，支耳和之前一样增加倍的重力。仿真效果如图3所示。

2.3中通天线实现与测试

相对于Ku频段动中通卫星天线来说，其是选用了复合材料工艺、注塑工艺等不同工艺方法。天线的大小为，重量小于。在进行Ku频段动中通卫星天线实践时，要在紧缩场进行。

对于天线的增益来说，其仿真值和实测值本质上是一样的，而斜极化隔离度在仿真时制定的幅度与理想状态下保持了一致性[5]。在实践过程当中，幅度和理想狀态是不可能做到完全相同的，进而造成了对于真实测量的值与仿真值之间是存在着一定差异的。

结语

综上所述，本文首先对Ku频段远程动中通卫星天线相关概念进行了详细的讲解，然后分别从空间维和功能维对其的功能进行研究与分析，进而实现了一个功能好、质量高、稳定性强的Ku频段远程动中通卫星天线。

参考文献

[1]李凌凌，刘羽，林光阳.一种远程动中通卫星天线的设计与实现[J].电讯技术，2020，60（02）：234-238.

[2]马谢，赵治国，周万宁，刘海峰，VLADIMIR·MORDACHEV.“动中通”卫星通信系统与同址电台干扰问题研究[J].通信技术，2019，52（12）：2938-2943.

[3]邱鹏.“动中通”卫星天线的馈源优化设计[J].科技传播，2019，11（22）：131-132.

[4]张毅，赵春标，潘良勇.“动中通”卫星天线跟踪方式和原理[J].通讯世界，2019，26（10）：145-146.

[5]邓为东，李敬一，王会彬，张洪才.卫星天线终端控制器设计[J].军民两用技术与产品，2016（11）：60-62.