衛(wèi)星移動(dòng)通信的終端天線技術(shù)

李明琿

【摘要】 在移動(dòng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)之中，終端天線是非常重要的技術(shù)之一。筆者在本文中對低增益的多向性天線的性狀、機(jī)械自動(dòng)調(diào)向天線陣的設(shè)計(jì)圖以及設(shè)計(jì)模型進(jìn)行了闡述，最后筆者對各類天線的性能特點(diǎn)進(jìn)行了分析和闡述，希望能夠?qū)Υ蠹矣兴鶈⑹尽?/p>

【關(guān)鍵詞】 移動(dòng)衛(wèi)星 通信系統(tǒng) 終端天線技術(shù)

在當(dāng)前世界的通信領(lǐng)域內(nèi)，通過移動(dòng)的衛(wèi)星進(jìn)行通信，是人們應(yīng)用較為廣泛的方式之一，也是通信領(lǐng)域內(nèi)的重要課題。這種通信技術(shù)能夠保證在地球上的每個(gè)地方、每個(gè)時(shí)間點(diǎn)、每個(gè)用戶都能夠被納入到這種通信系統(tǒng)中來，可以說極大程度上方便了人們的交流與溝通，促進(jìn)了世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。國家鐵道部以及多個(gè)自然科學(xué)基金共同投資研發(fā)的車載相控陣天線技術(shù)，體現(xiàn)了我國衛(wèi)星移動(dòng)通信的具體應(yīng)用和進(jìn)步。

一、低增益全向天線

這種天線通常具備很高的全向性，它的結(jié)構(gòu)也主要包括交叉下垂偶極子天線，除此之外還包括四分螺旋天線和微帶圓柱盤天線等。通常情況下，偶極子天線會(huì)保持著交叉下垂的狀態(tài)，并且會(huì)通過一對偶極子天線在中心處，以交叉和垂直的方式組合而成。四根螺旋線的饋電幅度相同，相對相位分別為0度、90度、180度、270度。但是因?yàn)樗紦?jù)了所有同步衛(wèi)星軌道，所以無法繼續(xù)進(jìn)行軌道復(fù)用。

二、中增益追蹤天線

中增益追蹤天線有兩種方式可以實(shí)現(xiàn)對衛(wèi)星的追蹤，分別是電控相控陣天線和機(jī)械自動(dòng)調(diào)向線天線陣。

2.1電控相控陣天線

相對于機(jī)械控制定位線天線陣來說，電控相控陣天線更加的靈活、可靠。這種天線能夠完美地和地面的移動(dòng)物體保持一致的形狀，且具有十分美化的外觀，很難被發(fā)現(xiàn)。當(dāng)天線進(jìn)行定向時(shí)，第一步就要在兩個(gè)交叉方向，水平和垂直方向上接收著最強(qiáng)的信號，繼而通過后來接收到的強(qiáng)信號完成定向系統(tǒng)的初始化進(jìn)程。通常情況下，追蹤模式會(huì)通過連續(xù)天線掃掠來完成對電控相控陣天線的把控，同時(shí)也會(huì)利用速率傳感器完成把控。在這種把控方式和力度之下，當(dāng)衰減現(xiàn)象變得更加明顯時(shí)，就會(huì)抑制住閉環(huán)系統(tǒng)所發(fā)揮的作用。此時(shí)，開環(huán)系統(tǒng)就開始啟動(dòng)，并且會(huì)維持大約數(shù)秒種的時(shí)間，從而幫助傳感器完成漂移，達(dá)到初始化狀態(tài)。

2.2機(jī)械控制定位線天線陣

在中增益追蹤天線當(dāng)中，機(jī)械控制定位的天陣線屬于成本較為低廉的追蹤天線。盡管該天線與地面移動(dòng)物體之間的共形性較差，但是其具體的外觀和尺寸與低增益天線不同，是由多個(gè)微帶貼片組成的天線陣，這就使得其閉環(huán)系統(tǒng)主要采取的方式是單信道脈沖技術(shù)，其開環(huán)系統(tǒng)主要采取的是速率傳感器技術(shù)，最后由兩者共同協(xié)作，完成天線定位。這種定位方式相對來說更加準(zhǔn)確、可靠。完成定位之后，微帶貼片就會(huì)被切分成兩半，產(chǎn)生和信道和與差信道，繼而將差信道調(diào)制入和信道當(dāng)中，最后通過接受線路來完成對和信道的檢測。為了盡量減弱衰減的影響程度，必須通過和信號對差信號進(jìn)行歸一化處置，目的是為了盡可能產(chǎn)生誤差信息。運(yùn)行過程中，通常會(huì)通過搜尋系統(tǒng)來完成最強(qiáng)軸向信號系統(tǒng)的搜尋工作，以保證衛(wèi)星能夠被天線追蹤到，然后一旦追蹤到之后，閉環(huán)系統(tǒng)就開始發(fā)揮作用。信號嚴(yán)重衰減時(shí)，開環(huán)系統(tǒng)啟動(dòng)，維持?jǐn)?shù)秒鐘，完成初始化工作。

三、實(shí)際應(yīng)用

衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，常采用低增益全向天線應(yīng)用于車輛移動(dòng)站的終端天線上，其仰角為20度到60度，其增益為3至6dB。這種天線的花費(fèi)較小，且使用較為簡單。通常，移動(dòng)車輛會(huì)利用機(jī)械控制或中等增益平面來追蹤天線，這種天線仰角為20度到60度，方位角為360度，增益為10至14dB。對于固定站的移動(dòng)終端來說，其通常采用強(qiáng)方向性的天線來追蹤天線，其增益能夠達(dá)到15dB至22dB之間，其仰角為5度到90度，這種天線的結(jié)構(gòu)通常為一維天線陣。因?yàn)橐恍┨厥庠颍虼诉@種天線陣大多采用螺旋天線，因?yàn)槭紫龋浣Y(jié)構(gòu)較為簡單，容易進(jìn)行功率饋送；其次，具備覆蓋接收和發(fā)射頻段的寬頻帶特征；最后，機(jī)械結(jié)構(gòu)不復(fù)雜，易于上手，每個(gè)陣元能夠提供7.5dB的增益，能夠通過波束的振動(dòng)，實(shí)現(xiàn)誤差檢測。當(dāng)前，衛(wèi)星移動(dòng)通信已經(jīng)發(fā)展到了航空通信領(lǐng)域，如何進(jìn)一步提升其應(yīng)用范圍，是非常值得探討的話題。

四、結(jié)論

綜上所述，筆者可以得出結(jié)論：相對于中增益天線來說，低增益的全向性天線具備良好的全向接收特性的優(yōu)點(diǎn)，不需要對衛(wèi)星的信號進(jìn)行追蹤，且具備非常高的性價(jià)比，使用成本較低，但同時(shí)也存在一些缺陷，就是對于衛(wèi)星的發(fā)射能量有著非常高的要求，且無法進(jìn)行信道復(fù)用；中增益天線則具備較高的增益，且星間的隔離性較強(qiáng)，可以用于信道復(fù)用，但是同樣無可避免地存在一些缺陷：其波束較窄，因此地面的物體進(jìn)行移動(dòng)或者是轉(zhuǎn)向時(shí)，中增益天線必須電控或者機(jī)控來保持追蹤狀態(tài)，從而確保天線指向衛(wèi)星。盡管電控相控陣天線具備非常良好的性能，但是其使用成本較高；機(jī)械調(diào)向天線陣成本較低，但其共形性又有所欠缺。

參 考 文 獻(xiàn)

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