小型衛星通信地球站一體化設計

洪 浩

(中國電子科技集團公司第五十四研究所，河北石家莊 050081)

0 引言

所述的小型衛星通信地球站主要指等效天線口徑不大于1.2 m的可快速搬移站型，不包含天線在車輛等移動載體上固定安裝使用的各類小型天線站型［1］。按衛星通信天線大小，小型衛星通信地球站劃分為0.3 m、0.5 m、0.7 m、0.9 m和1.2 m等5個種類。按搬移、攜帶方式劃分為手提式、背負式、便攜式和箱式(依托交通工具搬移)等幾種形式［2］。

1 一體化設計構想

由于小型衛星通信地球站定位于方便搬移及快速展開應用，設計時應遵循小型化和一體化結構設計原則，滿足設備重量輕、體積小、強度高的要求［3］。小型衛星通信地球站各站型結構設計應體現以下幾個特點:

①盡量實現天線、伺服裝置、饋源、跟蹤裝置與通信主機機箱的一體化設計，對于0.3～0.9 m站型該箱可作為天線座架平臺使用［4］;

②提高整體設備的自動化程度，尤其天線的自動捕獲對星;

③采用新結構、新工藝、新材料，刻意塑造良好新穎的結構外形;

④嚴格控制整機的結構重量，使之使用輕便、可靠［5］;各站型應具備防雨，防風沙功能，考慮設備的環境適應性能;盡量增強站型的抗風能力［6］。

2 各種站型對應搬移攜帶形式的分類

2.1 0.3 m天線站型結構(手提式)

0.3m衛星通信地球站體積小、重量輕、結構相對簡單，可設計為手提包式箱形結構。箱體結構外形(長×寬×高):500×300×(150～200 mm);手提式設備如果不作長距離搬移，其重量不超過15 kg為宜;一人攜帶使用。

2.2 0.5 m天線站型結構(背負式)

0.5m衛星通信地球站由于天線直徑與一般人體肩寬相近，進行一體化設計時可根據通信設備箱寬度尺寸，決定對天線是否作削邊處理，將天線與通信設備組合為背負式箱體，由此使整體站型結構簡單、規整、緊湊和低成本。

作為背負式設備(箱體)外形尺寸范圍:長500～600mm，寬 400～500 mm，高 180～220 mm。背負設備(包括天線)最佳重量是20 kg以內，最重不超過25 kg一人攜帶使用。

2.3 0.7 m天線站型結構(背負式)

由于背負式站型的背負箱體不宜超出人體肩寬(一般人肩寬0.4～0.5 m左右)，為此0.7 m天線站型須將天線削邊、折疊或分解處理以避免天線兩側過于突出易遭碰損。

天線可分解為主面、側面(2塊)和頂面4部分，天線分解方式如圖1所示。主面和天線中心體構成一體，與天伺饋跟箱結合為一整體背負設備。天線的主、側、頂面組合使用快鎖和精確定位結構保證天線拋物面的準確性。

圖1 0.7 m天線分解

側面(2塊)和頂面(包括ODU)結合為一背負箱或手提箱。背負箱的外形尺寸范圍:長500～600 mm，寬400～500 mm，高180～220 mm。背負箱的重量在25 kg以內，手提箱重量15 kg左右。

2.4 0.9 m天線站型結構(背負式)

因0.9 m天線尺寸較大不宜與通信主體機箱結合背負，可將天線分解單獨成箱搬移;另外結構設計時考慮到天線較大，風阻大，一定要有提高抗風能力的結構加強措施。

該站型在進行一體化設計時，應將通信主體機箱作為天線底部的配重體使用。為提高天線抗風能力，特制背負箱的拉桿具有左右展開功能，增大兩桿地面跨距，從而提高天線的抗傾覆能力。

全站型形成2個背負箱:天線解體成單獨背負箱和終端設備背負箱，背負箱外形尺寸范圍:長500～600 mm，寬400～500 mm，高180～220 mm。2個背負箱的重量均在25 kg左右，2人操作。

2.5 1.2 m天線站型結構(箱式站)

由于1.2 m天線尺寸更大，風阻相應增大，需進行結構加強，從而使整個站型的尺寸與重量都顯著增加，不適合進行長距離人力搬移。可以設計成箱式站型，進行長距離搬移時依托車輛等交通工具完成。整個站型分為2個設備箱，1.2 m天線及座架分解單獨成一個箱體，終端設備及功率放大器形成另一個箱體。

箱體外形尺寸范圍:長600～700 mm，寬450～550 mm，高300～400 mm。兩箱的重量均在35～45 kg左右;需2人搬運及操作。也可以將2個設備箱內所有設備合成一個較大的設備箱，箱體重約65 kg，安裝拉桿及行走輪，但同樣需要2人搬運。

2.6 搬移攜帶形式小結

雖然在上面的論述中將0.3～1.2 m各站型所適用的攜帶、搬移方式做了相應歸類，但在進行一體化站型設計時，攜帶方式劃分應綜合性整體考慮，相臨站型沒有明顯界限，根據需求可交叉應用。

為了方便攜帶及搬移，設備箱最好設計成多種搬運方式混合使用，如背負式設備除了背負以外還可以拖拉移動，箱式站可以短時背負及拖拉等。

3 典型站型一體化設計

3.1 一體化設計方案

在進行各站型結構設計時，整體考慮天伺饋跟與終端設備一體化設計，降低站型重量，縮小外形尺寸［7］，又便于攜帶和快速展開應用。

0.3～0.9 m各站型的天線、伺服、饋源與通信主機機箱的一體化設計方案如圖2所示。機箱在工作狀態可作為天線平臺使用，由于有機箱作為天線座配重體，在增大整個站型的抗風穩定性的同時，降低了整體重量［8］。

圖2 小型衛星通信地球站結構及工作狀態

3.2 0.5m單收站一體化設計

0.5m單收站采用背負形式搬移攜帶，整體站型主要由天伺饋、終端機箱和調平機構等組成。進行天、伺、饋結構與終端設備結構一體化設計可以免除因分離帶來使用上的繁瑣，做到結構簡單、使用方便、重量輕，便于攜帶和快速展開應用。

3.2.1 0.5m單收站天線分解方式

為了便于站型背負攜帶，同時兼顧終端機箱大小，盡量減小站型收藏背負整體尺寸，將0.5 m天線分解為主板、頂側板和2塊側板，分解示意如圖3所示。

圖3 0.5m天線分解

其中天線主板與天線座架固定在一起，2塊側板及頂側板收藏時拆下，天線展開時使用快鎖和精確定位結構與天線主板連接。

3.2.2 0.5m單收站背架設計

背架是0.5 m站型一體化設計的關鍵，背架的功能是將天線伺服與終端設備結合［9］，并盡可能利用空間將PDA和充電器等輔助設備組合成整體，滿足方便使用要求并實現一體化設計［10］。

背架一體化設計應使組合整體體積小、重量輕、造型美觀大方。因此，設計了U型框架結構的背架。U型框架是整體結構的關鍵件，采用槽型結構，其特點是強度高、剛性好、重量輕。在造型上凹槽空間又可提供調平支腿隱蔽收藏，不增加站型的寬度尺寸。

利用U型框架右端天線安裝的必需空間，使之構成2個腔體(貯藏室)存放輔助設備PDA和充電器，充分利用站型空間。

在U型框架的左端，安裝存放終端設備，該設備兩側固定有轉軸，設備本身可依軸旋轉，使終端與框架隨機離合十分方便。

為利用終端與貯藏室之間的富余空間設置一電纜箱，存放PDA和充電器的連接電纜。

最終背架外形尺寸(長 ×寬 ×高)為498.5mm×333mm×103 mm;背架重量(包括電纜箱):3.2kg。

背架設計安裝左、右調平支腿，構成調平框架，調平框架工作狀態如圖4所示，框架前端設置羅盤和水準器為天線快速準確對星提供指示。

圖4 0.5m站型工作狀態

3.2.3 0.5 m單收站攜帶方式

0.5m單收站的攜帶方式有2種:“背挎箱包”附身貼背式和將“背挎箱包”裝在安裝輪子的“拉杠箱”內，地面推拉攜行。第1種方式應用于無車單兵近途，第2種方式應用于車載運輸狀態，“拉杠箱”作為存儲箱使用。

“背挎箱包”的結構形式是將天線解體的部分，分別裝在整體包的左、右、上3個小包內，所有包口采用拉鏈開合。為了防雨，箱包均開口向下瀉水。

為使箱包經久耐用且具挺形(保持形狀)特征，包體面料選用帆布材質并填充輕型包裝材料，包內設有綁扎措施，保證設備的相對固定。箱包設置提手、背帶和腰帶，人體與包接觸的背挎部位采取軟組織材料墊付使背挎舒適。

“拉杠箱”的加工同行李包拉桿箱，內部尺寸按“背挎箱包”輪廓外形，設提手。箱主體內襯橡膠板，箱底箱蓋填充薄軟材質，整體重量輕，尺寸造型美觀，使用方便，經久耐用。

3.3 0.5 m單收站一體化結構設計結果

進行一體化設計后，站型達到減小體積的目標，體積為(長 ×寬 ×高)為:500 mm×333 mm×193 mm，方便攜帶，設備裝箱包后提攜、背挎方便舒適，符合人機工程學要求［11］。

整個站型重量最終為10.5 kg(不含箱包重量)，其中天伺饋2.9 kg，終端4.4 kg，背架3.2 kg，達到一體化設計減輕重量的目的。

通過充電器和PDA等附屬設備貯存位置及收藏狀態下天線分解的3塊面板進箱攜帶等結構空間一體化設計［12］，使站型結構緊湊，空間利用率高。

為了使用和維修方便快捷，其中充電器、PDA和終端機箱的存取、維修以及調平支腿的展開收藏均采用了快卸結構，使用操作簡單便利。［13］

4 結束語

針對0.3～0.9 m各站型所適用的攜帶搬移方式做了初步歸類，實際設計時應根據一體化站型設計原則綜合性整體考慮，選擇最適合的攜帶搬移方式，確定天線分解結構，背架、終端及天線一體化綜合設計，采用復合材料結構等措施減小站型體積，降低站型重量。 ■

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