動中通天線的俯仰角自動跟蹤方法

【摘要】? ? 本文介紹了一種懸浮式動中通天線，并對其具體結構、工作原理及實現方法做了詳細闡述。實驗表明這一裝置在載體運動時可自動保持天線的俯仰角不變，對提高對星速度和精度有利。

【關鍵詞】? ? 動中通? ? 天線? ? 懸浮式? ? 重心調節

Sat-com on The Move Automatic Tracking Method of Antenna Pitch Angle

Luo fanfei? ? East Power Plant of Shenzhen Energy Group Co. Ltd.? Shenzhen 518000

Abstract： In this paper， a kind of floating dynamic medium pass antenna is introduced， and its specific structure， working principle and implementation method are described in detail. Experimental results show that this device can automatically keep the antenna pitch Angle unchanged when the carrier is moving， which is beneficial to improve the velocity and precision of the satellite.

Key words：Sat-com on the Move? Antenna? Floated? Center of Gravity Adjustment

引言：

移動中的衛星地面站通信系統，英文簡寫為“Sat-com on the move”，俗稱動中通，可以裝載在汽車、輪船等交通工具上，運動過程中實時跟蹤衛星等平臺，傳遞語音、數據、圖像等多媒體信息，為行進中的交通工具提供衛星通信服務，是一種新的通信模式。

因是運動中的衛星通信，天線對星精度問題顯然是保證通信質量的關鍵技術所在，是天線生產中重點關注的問題。根據對星方式的不同，天線結構差異很大，天線從技術上可以分為相控陣天線（平板）、光導陀螺天線（包括光纖陀螺和激光陀螺）和信標跟蹤天線。無論何種形式的天線，都是通過檢測天線在隨載體運動時產生的位置變化信息，自調整或通過控制樞紐指揮伺服機構動作，調整天線的俯仰角、方位角和極化角，達到保持對星精度的目的。

然而，現有生產的各類天線的對星精度受位置信息檢測機構的精度和伺服機構的響應時間的約束，無論是載體運動中的實時對星，還是載體通過隧道、涵洞等信號盲區后的重新對星，反應速度和精度還存在很大的提升空間。下面介紹一種懸浮式天線架，可在載體運動時自動保持天線俯仰角不變，對提高天線的對星精度和增大反應速度有利，其結構和工作原理分述如下：

一、懸浮式天線座的結構和工作原理

眾所周知，盛放在容器內的液體，在液體表面不產生波動的情況下，無論容器發生前后左右任意位置的傾斜，液體表面將維持與地平面的平行不變。顯然，如果將天線懸浮在容器的液體內，當容器發生傾斜時，天線的俯仰角將不會發生改變，放置在車輛上，無論行進中的車輛上下坡還是左右搖晃，天線的俯仰角都自動維持最初校正好的角度不變，換言之，具有懸浮結構的天線，在載體運動時，能自動維持天線的俯仰角不變，對行進中維持對星精度和載體通過信號盲區后的快速對星都十分有利。懸浮式天線座具體結構如下圖1所示。

圖中5為球形液體容器，為了獲得足夠大的浮力，容器下部的液體用的是水銀6。3是懸浮座，用來放置天線，圖中天線未畫出。

1.1防止水銀溢出的措施

為了防止水銀溢出到懸浮座上部，加裝了滑套密封環 2 和保持環 1。密封環用來防止水銀溢出;保持環用來定位密封環的位置。裝配時根據整個懸浮裝置浮出液面的高度調整水銀加入量和保持環的位置，使保持環上表面與通過容器 5直徑的水平切面平齊。調整完畢，用定位螺紋環 9 將位置固定。保持環 1 上表面為圓形，其直徑等于容器 5 內壁的直徑，保持環 1 和密封環 2 的側面為弧形結構，使二者隨懸浮座 3 運動時能與容器 5 內壁始終接觸良好，既能自由運動，又能良好密封，阻止容器 5 下部液體滲漏到容器上部。

1.2減緩液面波動的措施

為了減小載體運動時液體慣性力對天線俯仰角的影響，增強俯仰角的穩定性，另外附加有彈性連接帶7， 其二端通過膠粘連接容器 5和懸浮座 3，連接帶具有良好的彈性，可有力減緩整個懸浮體的波動。

二、懸浮體重心調節方法及作用

根據物理學理論，為了保證包括天線和懸浮座在內的整個懸浮體在水銀中不發生傾倒，其重心必須在容器5下部，且重心線通過容器5的球心。

2.1靜態下重心調節方法

因此在懸浮體上安裝了調整平衡塊8 和重心自動調節裝置4。平衡塊的位置和重量，必須保證整個懸浮體的重心在液面以下，并使整個懸浮體的重心通過容器5的球心，確保整個懸浮體懸浮在水銀中不會發生傾斜和側翻。

2.2動態下的重心自動調節方法

重心自動調節裝置結構如圖2所示。

圖2所示重心自動調節裝置包括重心調節電機和平衡檢測裝置二部分。重心調節電機包括機殼 19、定子 15、轉子 16、軸 17、前端蓋 18、后端蓋 22 和滑動軸承 21。其中，軸 17位于前端蓋 18 一端有螺紋，與端蓋 18 為螺紋連接;軸 17 在后端蓋22 一端與滑動軸承 21 配合中沒有軸向定位，滑動軸承軸向固定，軸可以沿軸向運動。當重心調節電機給電后，因前端蓋 18 與軸 17 為螺紋連接，該電機正、反轉時，轉子 16 將隨軸 17 做軸向移動，整個重心調節電機的重心也將沿軸向移動，由于該電機通過固定環 20安裝在懸浮座 3 中，電機重心的改變也就改變了整個懸浮裝置的重心。平衡塊 8 安裝在機殼 19 上，用于俯仰角調整前懸浮裝置的重心和平衡調節，在俯仰角調整過程中其位置固定不變。

重心調節電機的轉向由平衡檢測裝置控制。它包括平衡指鐘 26、指鐘軸 25、平衡信號發生板 27、卡環 24 等，平衡指鐘 26 滑套在指鐘軸 25 上，可繞軸 25 自由轉動，通過卡環 24 進行軸向限位，平衡指鐘 26 與平衡信號發生板 27 表面接觸，平衡指鐘 26、平衡信號發生板 27 的二個金屬片都有導線與外電路相連，導線通過出線孔 23 引出，圖中連接導線沒有畫出，為了減少絕緣處理的難度，指鐘軸 25 和安裝指鐘軸的固定環 20 都用絕緣材料制造，平衡信號發生板 27 的具體結構如圖 3 所示。

圖 3 中左金屬片 28 和右金屬片 30 之間嵌入絕緣片 29，三者通過粘接的方法固定在絕緣板 31 上，形成一個整體，三者的外表面平齊，保證平衡指鐘 26 運動時與金屬片和絕緣片都良好接觸。當懸浮體重心偏離容器5球心線時，平衡指針將與左或右金屬片接觸，接通重心調節電機電源，電機旋轉使懸浮體重心向球心線移動，當懸浮體重心與球心線重合時，平衡指針處于左右金屬片中間俯結緣片上，截斷重心調節電機電源，懸浮體重心位置維持不變。

2.3重心自動調節裝置的工作時序

重心調節電機可用單相異步電機、直流電動機和步進電機等。由于天線的重心會隨俯仰角不同發生變化，因此，重心調節電機必須在俯仰角和極化角電機停止工作后方可啟動。因為通信衛星是與地球的同步衛星，在載體靜態下調整好天線俯仰角，載體運動時俯仰角無須調整，只需維持不變，所以，重心調節電機滯后啟動，不影響天線工作。具體控制可用繼電器等有觸點電路，也可用使用PLC或單片機等構成控制電路，不再贅述。

三、結束語

由上所述可知，通過重心自動調節裝置及相應的附件保證了整個懸浮體重心線位置不變，保證了懸浮體穩定懸浮在水銀容器中不發生傾倒。由于天線是整個懸浮體的一部分，因此，在載體運動中天線與地平面的角度不變。也就是說在天線對星完成后，載體運動中，無論上坡下嶺或左右搖擺，無須天線中的俯仰角調整機構動作，天線的俯仰角可自動維持不變，既保證了載體運動時對星精度，又在載體通過信號盲區后縮短了重新對星時間。

參? 考? 文? 獻

[1]羅帆飛，液體懸浮式天線架及動中通天線自跟蹤平臺，專利號：201511033810.8

[2]姜安，朱軍.基于相控陣天線的 “動中通”衛星通信終端研究[J]，電子工程師，2008，34（10），24-26。

[3]余偉平.張鵬.伍宗偉.等，車載動中通伺服系統研究設計[J]，武漢理工大學學報，2009，31 （6），98-101。