探究地球站天线技术的新进展及其发展趋势

李建华

内蒙古自治区广播电视传输发射中心501台 内蒙古 呼和浩特市 010020

天线系统是卫星地球站的重要组成部分，与卫星通信质量的优劣有着非常密切的关系。随着卫星通信技术的快速发展，地球站天线技术也有了很大的发展和进步，对天线技术指标的提升起到了重要促进作用。

1 地球站天线的分类和系统要求

1.1 分类

卫星通信系统对地球站天线波束的覆盖范围存在着一定的要求：俯仰0～90°，水平方位0～360°。对于达到上述要求的天线来说，一般会被分为两大类，即全向天线和定向天线。全向天线的增益较低，体积小，质量也较轻微，不需要使用波束跟踪的方法来操作。定向天线的收益较高，是卫星通信地球站的主流天线，一般高速数据传输业务中均使用定向天线。［1］

1.2 系统要求

1.2.1 电气性能

卫星通信系统中的频段数量具有一定的多样性，其中L频段会比较广泛的应用在地球站的通信链路当中，相关的研究内容也较多。对于L频段的卫星通信系统来说，其主要覆盖范围与接收信号的宽带为8%，天线的实际运行方式主要为圆极化，这就需要相关技术人员对有效对极化跟踪方式进行充分的了解。

1.2.2 波束跟踪

在定向天线的实际运行过程中，卫星通信地球站会存在自由度不断变化的现象，因此需要对天线波束的指向进行密切关注，将其进行特定的改变与设定就可以让其始终保持跟踪卫星的状态。卫星跟踪的方式主要有开环追踪与闭环追踪两种类型。开环追踪的工作原理是把传感器运用到地球站等相关位置上与实际信息测量当中，做好相关的计算之后再控制其波束的指向；闭环控制则是将卫星接收方式作为主要的工作内容来控制好电路，通过对波束指向进行调整实现对卫星的跟踪。

2 卫星通信地球站天线的发展阶段

2.1 初级阶段

在地球站天线的发展初期，天线效率低是常见的问题。天线形式主要是由前馈抛物面天线和常规的未加赋形的卡塞格伦天线组成。在该初级阶段中，天线的主要目的是解决好启用方面的问题。卫星接收系统中放大器是通过利用调整常温参数来开展相关工作，其本身噪声温度比较高，严重影响到地球天线的实际恒温噪音。

2.2 进展阶段

随着地球站通信系统的发展，对制冷功效提出更高的要求。但其本身没有较高的噪声温度，因此需要强化对天线噪声温度的控制，并由此提出了将地球站品质作为参数的卫星通信系统性能通信指标，继而出现了后馈式的卡塞格伦天线和格里高利天线。

2.3 频谱复用和低旁瓣阶段

卫星通信技术的不断发展，与地球同步轨道的卫星数量不断增多，且它们之间的间距也在逐渐增大。地球站天线的旁瓣特性是用来确定最小卫星间距的主要因素，同时也是影响有效利用射频频谱的重要因素。另外，天线辐射方向也会对主波束以外的EIRP和由旁瓣接收的功率产生影响。总体来说，想要充分利用空间资源，避免出现相邻的卫星受到较大干扰的问题，需要提高对地球站天线地旁瓣包络特性的重视。在此阶段中，低噪声放大器得到了比较广泛的应用，并且强化了对频谱复用技术的研究。

2.4 现有频段的展宽和开拓新频段阶段

对现有的卫星通信频段实施拓宽处理，可以实现对卫星通信容量的扩大，同时也属于比较经济且有效的方法。开辟新的频段对于城市来说非常必要，在城市建站的时候需要考虑站址环境。目前，C波段微波信号处在比较密集的状态下，因此卫星站一般都建立在城郊区域，并开拓新的频段，以此来缓解信号拥挤的问题。

3 卫生通信地球站天线技术的新进展及发展趋势

3.1 高频段通信地球站天线技术

随着在轨卫星数目不断增长，应开辟出更多的频段来发挥作用。Ka频段是现阶段正在大力开拓的段位，因其配置比较完备且优点较多，能够更好的建立实时卫星网络系统，该频段可以凭借较短的波长让小口径天线得到较多的增益，使卫星通信地球站朝着小型化方向更好地发展。对于Ka频段的地球站来说，需要采用波束宽度只有1～2°且增益大于20dB的天线，这种天线类型对于跟踪精度和速度都有着非常高的要求，这是需要重点关注的内容。［2］

3.2 多频段通信地球站天线技术

将多频段共用的方式应用在卫星通信领域当中，可以让通信容量得到一定的扩充，并让地球站发挥出一站多用的功能。多频段的通信地球站天线技术应用可以让建站成本得到降低，同时也能避免受到较多的干扰。多频共用的手段就是同一个时间段内利用多个频段来开展通信活动。现阶段的多频共用技术是比较广泛的，其关键是多频共用馈源设计技术。

3.3 多波束通信地球站天线技术

卫星通信技术的快速发展让卫星轨道也变得越来越紧张，同步轨道之间的卫星间隔出现拥挤现象。利用一副地球站天线来接收多颗卫星信号是一项非常重要的技术。多波束通信地球站天线指的是利用两个以上的具有独立性的天线来对波束进行控制，每个波束不仅可以实现独立接收和发射信号的功能，还能够实现同时接收同时发射的功能。这种天线技术实现了一站多用的重要作用，不仅可以优化地球站布局，也能在一定程度上降低建站的成本，同时可以提升其通信管理的活动性与创新性，对经济效益与社会效益进行全面提高。［3］

3.4 移动地球站智能天线技术

对于卫星通信地球站的智能通信天线来说，通常认为天线阵会对自身所处电磁环境进行一定的感知和判断，按照相应的规则自动形成单个或多个波束实现对卫星的跟踪，抑制各种干扰，让其处在一个比较理想的范围当中。智能天线主要是通过利用自身的自适应干扰理论，经过一定的学习和处理之后依靠阵列序号来强化数字波束信号。将其应用于卫星通信地球站，具有更快的跟踪速度，拥有优质的电气性能且便于安装。

结束语

在卫星通信技术的不断发展和进步中，其应用范围更加广泛，地球站天线技术也有了新的发展。为了更好的保证卫星通信质量，需要对地球站天线性能的发展进行更深入探究，向智能化发展。