尚江華

(中國電子科技集團公司第五十四研究所，河北 石家莊 050081)

船載S波段衛(wèi)星動中通天線的應(yīng)用

尚江華

(中國電子科技集團公司第五十四研究所，河北 石家莊 050081)

介紹了一種船載S波段衛(wèi)星動中通天線，通過微陀螺系統(tǒng)和伺服控制系統(tǒng)，采用衛(wèi)星對準(zhǔn)、自動跟蹤和丟星自動捕獲等措施，實現(xiàn)了對衛(wèi)星的穩(wěn)定跟蹤。采用A-E-C座架，實現(xiàn)了過頂跟蹤，適于安裝在船上，在海洋中實現(xiàn)數(shù)據(jù)以及語音通信。

S波段；動中通天線；船載

0 引言

目前我國已發(fā)射天通一號S波段通信衛(wèi)星，波束覆蓋中國國土、太平洋西部和印度洋東北部的部分區(qū)域。本設(shè)計提供了一套低成本高精度的S波段移動通信解決途徑，滿足船載領(lǐng)域的使用需求。實現(xiàn)對星跟蹤及再捕獲等基本功能，而且可實現(xiàn)AISG、功放控制、信號多工等功能。

本設(shè)計采用高效率低軸比微帶天線，座架為A-E-C三軸座架形式，伺服控制采用IMU模塊、射頻分合路模塊和控制模塊集成設(shè)計方案。慣導(dǎo)解算用于測量天線相對于地理坐標(biāo)系下的角度信息，控制模塊利用慣導(dǎo)反饋的角度和北斗解算的位置信息，形成解算指令并通過電機實現(xiàn)閉環(huán)控制，對天線指向進行穩(wěn)定控制。

1 S波段船載衛(wèi)星動中通天線

1.1 主要性能指標(biāo)

(1)電性能指標(biāo)：天線增益(含天線罩);接收≥5dBi；發(fā)射≥5dBi;G/T值≥21dB/K;電壓駐波比(VSWR)：≤1.5:1;天線軸比：≤2.5dB。

(2)機械性能指標(biāo):天線運動范圍為方位：360°無限制轉(zhuǎn)動；俯仰：-25°～120°；交叉：-30°～30°；外形尺寸：直徑φ350mm×高150mm。

1.2 系統(tǒng)組成

S波段衛(wèi)星動中通天線主要由微帶天線、天線座架、IMU慣性測量單元、分合路單元、射頻收發(fā)單元及伺服跟蹤單元等組成[4]。圖1是動中通天線的系統(tǒng)組成框圖。電源、通信控制信號和射頻信號通過同軸關(guān)節(jié)進入天線系統(tǒng)，然后通過分合路單元分離出射頻信號、通信控制信號以及直流電源，分離出的各路信號分別與各路單元通信和供電，共同完成S天線在動態(tài)搖擺條件下的衛(wèi)星鏈路的建立。

圖1 系統(tǒng)組成框圖

1.3 天線伺服控制系統(tǒng)

天線伺服控制系統(tǒng)框圖如圖2所示，它的功能主要是控制步進電機去調(diào)整天線的姿態(tài)，實現(xiàn)對衛(wèi)星的搜索和跟蹤。伺服控制系統(tǒng)根據(jù)微陀螺系統(tǒng)得到的船信息，去控制步進電機驅(qū)動天線，使動中通天線的姿態(tài)在一定的范圍內(nèi)，實現(xiàn)粗對準(zhǔn)。同時，根據(jù)衛(wèi)星接收處理系統(tǒng)提供的衛(wèi)星信號強度值，在小范圍內(nèi)調(diào)整天線的姿態(tài)，使其接收到的衛(wèi)星信號強度最大，實現(xiàn)精準(zhǔn)隊形。跟蹤到衛(wèi)星信號后，需要實時判斷是否鎖定了衛(wèi)星信號，若衛(wèi)星信號強度大于閾值，則伺服控制系統(tǒng)根據(jù)衛(wèi)星信號強度進行持續(xù)跟蹤，若衛(wèi)星信號強度小于閾值，則系統(tǒng)需進行重新搜索衛(wèi)星并鎖定。

圖2 天線伺服控制系統(tǒng)

1.4 跟蹤接收方案

由于S波段動中通天線方位與俯仰波束很寬，在跟蹤過程中，慣導(dǎo)的航向存在固有零漂，所以在伺服跟蹤時利用慣導(dǎo)姿態(tài)信息進行俯仰指向跟蹤，方位利用天線跟蹤接收機信息進行跟蹤。

根據(jù)對和方向圖以及差方向圖(圖3所示)電氣仿真分析[5]，單脈沖的仿真圖有25dB左右。故采用單脈沖跟蹤方案，可以根據(jù)方位差的電壓實現(xiàn)跟蹤。

圖3 和差方向圖

在方位單脈沖跟蹤和俯仰指向跟蹤模式下，利用慣導(dǎo)和雙北斗信息進行融合，結(jié)合接收機鎖定跟蹤算法，保持天線指向穩(wěn)定。當(dāng)天線處于被遮擋狀態(tài)時，通過慣導(dǎo)進行航姿保持。

1.5 S波段船載衛(wèi)星動中通天線環(huán)境測試結(jié)果

對S波段衛(wèi)星動中通天線進行高低溫實驗，分別在常溫、高溫+80℃和低溫-50℃ 24h，增益范圍為6.08～8.37 dBi，軸比范圍為2.23～1.28dB，G/T值21.8～23.8 dB/K。環(huán)境實驗證明該S波段衛(wèi)星動中通天線在環(huán)境溫度-50℃～+80℃工作穩(wěn)定可靠，滿足實際使用的要求。

2 結(jié)束語

隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展和衛(wèi)星通信技術(shù)的不斷提高，衛(wèi)星通信在數(shù)據(jù)和語音通信的應(yīng)用將會越來越廣泛，越來越普及。S波段以可用帶寬大、干擾少、設(shè)備體積小、可滿足高速應(yīng)用的需求等優(yōu)點，未來必將會大量應(yīng)用在移動載體設(shè)備中。

[1] 孫桓，陳作模.機械原理(第六版)[M].北京：高等教育出版社，2004.

[2] 成大先，王德夫，等.機械設(shè)計手冊[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2002.

[3] 吳鳳高.天線的結(jié)構(gòu)設(shè)計[M].西安:西北電訊工程學(xué)院出版社,1986.

[4] 郝金中,張 瑜.一種S波段高功率T/R組件的研制[J].無線電工程,2014,44(12):59-62.

[5] 李玄玄,劉貴亞,張宇,等.S波段寬帶高增益微帶準(zhǔn)八木天線陣列設(shè)計[J].無線電通信技術(shù),2017,43(2)：64-66.

TheapplicationoftheS-bandsatellitesotmantennaonships

SHANGJiang-hua

(The54thResearchInstituteofCETC,ShijiazhuangHebei050081，China)

This thesis introduces a kind of shipborne S-band satellite sotm antenna.Through the microgyro system and servo control system，it adopts the satellite alignment，automatic tracking and automatic capture of the star，and realizes the stable tracking of the satellite.It uses the A-E-C pedestal and to achieve the vertex tracking.It’s suitable for installation on ships and implementation of data and voice communication in the ocean.

S-band;Sotm antenna;Shipborne

2017-08-21

尚江華(1975-)，男，工程師，主要研究方向：衛(wèi)星天線的研發(fā)設(shè)計.

1001-9383(2017)03-0037-04

TN927

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