低剖面動中通天線發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢.docx

1、低Mi動中9!寫g田敬波黑龍江省消防總隊(duì)m在綜述低剖面動中通天線系統(tǒng)研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，對全相控陣方式、面天線機(jī)械掃描方式和混合方式幾種典型低割面動中通天線系統(tǒng)的工作原理、關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析，得出了不同天線的優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍，并對動中通天線系統(tǒng)的未來發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望，指出了其發(fā)展需解決的關(guān)鍵技術(shù)。廈I動中通天線研究現(xiàn)狀發(fā)展趨勢引言動中通n麗移動通信系統(tǒng)是指搭栽在移動載體上,在其移動過程中仍能與同步衛(wèi)星保持正常通信的地面通信系統(tǒng)。動中通衛(wèi)星通信系統(tǒng)穴有衛(wèi)星通信覆蓋區(qū)域廣、不受地形地域限制、傳輸線路穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn),其核心部件是動中通衛(wèi)星通信天線。動中通衛(wèi)星通信天線主要由伺服跟蹤系統(tǒng)和天饋系統(tǒng)兩部分

2、組成，其中天饋系統(tǒng)是天線系統(tǒng)設(shè)計(jì)的頁點(diǎn)，傳統(tǒng)的天饋系統(tǒng)均采用拋物反射面天線。隨若現(xiàn)代移動通信對通信系統(tǒng)靈活機(jī)動要求的提高.傳統(tǒng)的拋物反射面天線笨重、體積龐大的劣勢日益顯現(xiàn)。傳統(tǒng)的動中通天線大都共有圓對稱的口徑.宜徑約lm(0.81.2m).天線高度較高,在大型車輛匕使用時(shí).常常要對車輛進(jìn)行改造.較難適應(yīng)在小型車輛上的應(yīng)用。為實(shí)現(xiàn)動中通天線的通用化應(yīng)用，小型化、低剖面的天線系統(tǒng)設(shè)計(jì)成為目前動中通天線的主要發(fā)展方向。同時(shí)，近幾年現(xiàn)代微電子技術(shù)、機(jī)械加工技術(shù)的快速發(fā)展.也為傳統(tǒng)拋物反射面天線動中通系統(tǒng)向低成本、低剖面、高性能方向發(fā)展提供了有力的支持。a動中通衛(wèi)星通信天線發(fā)展現(xiàn)狀現(xiàn)有的動中通衛(wèi)星通信天

3、線從波束形成到實(shí)現(xiàn)波束掃描以及天線跟蹤的方式，可以分成三種類型：全相控陣方式、面天線機(jī)械掃描方式和混合方式。2.1全相控陣方式全相控陣方式的天線由許多輻射單元組成陣列.?？刂泼總€(gè)單元的相位和幅度來形成所需要的波束.通過相位、幅度改變引起波束指向的變化，實(shí)現(xiàn)對衛(wèi)星的跟蹤。圖1所示的L頻段海事衛(wèi)星動中通天線即是此種類型的典型代表。全相控陣方式的動中通天線通常由底座、慎電網(wǎng)絡(luò)、天線陣和天線罩組成,其中底座用于固定天線；饋電網(wǎng)絡(luò)用于為天線陣的各個(gè)相元進(jìn)行供配電，通過不同的供配電組合實(shí)現(xiàn)天線陣不同相元的加斷電.從而形成不同的波束合成。此種類型的天線單元大都可放在一個(gè)或幾個(gè)平面上.靠饋電網(wǎng)絡(luò)來形成天線波束

4、和波束指向的改變.因此其優(yōu)點(diǎn)是可以做到天線高度很低.波束變化很快，有利于栽體快速運(yùn)動時(shí)波束跟蹤衛(wèi)星。然而，對現(xiàn)有的Ku蝕電/網(wǎng)絡(luò)天線陣/宙封鹿天線，圖1海事衛(wèi)星平面相控陣動中通天線(a)美國Tracstw的MVS450M天線（c）以色列AL-3G02天線BB2機(jī)械跟蹤低剖面反射面動中通天線系統(tǒng)波段通信衛(wèi)星來講.要實(shí)現(xiàn)寬頻帶（高碼速*）的星通信.天線的增益要求很高.天線的單元數(shù)必然很多.導(dǎo)致波束形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)極為殳雜.成本較高。此外.考慮到運(yùn)動栽體顛簸和道路坡度的影響,車栽動中通大線波束掃描范IW吸求很寬.般要求方位0°36（）。俯仰0°-90°或更大.而II.對方位

5、面的旁瓣電平有嚴(yán)格的要求。這在平面全相控陣天線的慵況下坦以做F:,I.所述.全相控降方武的動中通天線適用于低頻段、通信速率較低II載體快速運(yùn)動時(shí)需要波束跟蹤U星的設(shè)備.如低頻段機(jī)戟設(shè)備。2.2面天線機(jī)械傳動方式而天線機(jī)械傳動方式的天線仍.波如指向變化撒方位和俯仰電機(jī)加傳動機(jī)構(gòu)的方式來實(shí)現(xiàn)和以往傳統(tǒng)的動中通1J.星通信天線相比.它僅僅是通過壓低反射面的高度成省采用柱型拋物面等方式.使反射面由原來的圓對稱形狀變成高度較低、寬度較寬的不對稱反射面.因而,天線波束寬度由原來的方位面、俯仰面基本相等變成俯仰面波束大大寬于方位面波束，由于在高仰角時(shí).慣源的縱向長度（沿饞源長度方向）也影響天線總的高度.因此

6、，必須設(shè)法盡帝減小饋源及饋電網(wǎng)絡(luò)的縱向尺寸。美MTracstar的IMVS45OM、句，國的Koreasat-3和以色列Orbit公司的AL-36（）2大線就是該形式的典型應(yīng)用.如圖2所示。面天線機(jī)械傳動方式的天線方位角波束可以得到很好的控制.在足夠?qū)挼慕嵌确秶鷥?nèi).方向圖旁瓣電平滿足衛(wèi)星通信地球站的相應(yīng)規(guī)定.II具有成本低的優(yōu)點(diǎn)。然而由于把俯仰面天線波束寬度加大和原來高度較高的天線相比.天線的增益降低較多。綜上所述.面天線機(jī)械傳動方式的動中通天線適用于低成本、對體積等要求不高的衛(wèi)星設(shè)備2.3混合方式混合方式主要有兩種組合。-種是*面陣列/機(jī)械掃描混合方式.Jt天線由許多輻用單元組成的平面陣列構(gòu)

7、成.天線波束固定不變.天線跟蹤依林方位和俯仰電機(jī)帶動天線陣列實(shí)現(xiàn)典型應(yīng)用有L頻段的嫁旋肝列海小衛(wèi)星動中通天線和Ku頻段的波導(dǎo)喇叭陣列動中通天線系統(tǒng)等.如圖3所示。采用平面陣列/機(jī)械掃描混合方式.天線性能可以優(yōu)化徊很好.俯仰跟蹤角度較寬.可以實(shí)現(xiàn)（）°"0°范囹內(nèi)的連續(xù)掃描.不采用移相器的掃描機(jī)制.節(jié)省成本.心4成孔徑有利于提高天線增益。不足是天線陣列隨.:定與天線增益相4制約，難以實(shí)現(xiàn)低剖面和高增益的組合.適用于對天線尺寸要求不高的情況。另外一種組合是相控陣/機(jī)械掃描(a)L-band螺旋院列天線(a)L-band螺旋院列天線(b)Ku-band波導(dǎo),叭陣列天技圖

8、3平面陣列/機(jī)械掃描混合動中通天線系統(tǒng)(a)平面混合相控陣(b)分塊混合相枝陣圖4混合相控陣動中通天線系統(tǒng)圖5收發(fā)分開的混合相控陣動中通衛(wèi)星通信天線系統(tǒng)混合方式。天線部分是由多個(gè)相控陣輻射單元構(gòu)成,通過移相器調(diào)整每個(gè)天線單元輻射的相位和幅度得到所需要的天線波束.同時(shí)實(shí)現(xiàn)天線波束在俯仰方向上的掃描，而天線在方位方向上的跟蹤還是要依停方位電機(jī)帶動天線轉(zhuǎn)動來實(shí)現(xiàn)。工程應(yīng)用玉要有平面和分塊兩種形式的混合相控陣.如圖4所示。常見的相控陣天線類型有波導(dǎo)裂縫陣列、平板陣列天線、微帶陣列天線等.輻射元由振乎、隙縫和開口波導(dǎo)等組成.每個(gè)單元獨(dú)立控制輸出的相位和幅度，因此能得到精確合成的輻射波瓣和波束指向以及高效

9、率。采用混合相控陣方式，可以實(shí)現(xiàn)天線的超低剖面，便于安裝和與載體共形，不足之處是平面相控陣天線本身難以實(shí)現(xiàn)寬角掃描，頻帶也難加寬.雖然可以通過將平面相控陣分拆成幾塊可轉(zhuǎn)動的子塊來補(bǔ)償?shù)脱鼋菚r(shí)的增益和方向性的不足.但是要實(shí)現(xiàn)俯仰0。9(。范國內(nèi)的連續(xù)掃描難度較大。通?；旌舷嗫仃囂炀€系統(tǒng)采用收發(fā)分開的形式來滿足天線的發(fā)射和接收增益要求，以支持高速率業(yè)務(wù)的應(yīng)用，如圖5所示。上述天線適用于構(gòu)型要求嚴(yán)格但不需要寬角掃描的情況。綜合對上述凡種天線情況的分析.可以得到如下結(jié)論。(1)純相控陣的方法可以做到天線高度很低.波束變化很快.但難以實(shí)現(xiàn)高增益.低頻段、通信速率較低旦載體快速運(yùn)動時(shí)需要波束跟蹤衛(wèi)星的設(shè)備

10、應(yīng)用。(2)面天線+機(jī)械傳動方式成本較低.但收發(fā)增益較低且體枳較大，適用于低成本、對體積等要求不高的衛(wèi)星設(shè)備。(3) 混合方式中的平面陣列/機(jī)械掃描混合方式天線性能可以優(yōu)化得很好.俯仰跟蹤角度較寬、節(jié)省成本、天線增益較高.但是天線陣列隨俯仰電機(jī)轉(zhuǎn)動.天線高度由陣列口徑?jīng)Q定與天線增益相互制約.難以實(shí)現(xiàn)低剖面和高增益的組合，適用于對天線hi寸要求不高的情況。(4) 混合方式中的相控陣/機(jī)械掃描混合方式可以實(shí)現(xiàn)天線的超低剖面.便于安裝和與載體共形.但平面相控陣天線本身難以實(shí)現(xiàn)寬角掃描，頻帶也難加寬.適用于構(gòu)型要求嚴(yán)格但.不需要寬角掃描的情況。S低剖面動中通天線發(fā)展趨勢展望從天線技術(shù)角度出發(fā),動中通天

11、線發(fā)展趨勢主要有以下幾個(gè)方面。(1)研制更寬頻段天線。隨若移動用戶的增加,移動通信頻道數(shù)L1不能滿足需要,用戶系統(tǒng)將面臨升級.所以現(xiàn)在就要求天線工作頻率范即增寬。為此.必須研制更寬頻段的大線.即超寬帶天線。(2)向K./Ku雙頻雙極化天線發(fā)展。伴隨著K顧段同步衛(wèi)蝸的發(fā)射.今后【J.星地面移動通信業(yè)務(wù)將逐步向Ka頻段推進(jìn)。巾于Ka頻段頻率與目前普遍使用的動中通頻率相比高出了許多.大員的現(xiàn)右成熟技術(shù)無法應(yīng)用到心頻段的天線上.因此需要進(jìn)行大M的研究r作.七要集中在大線形式和微波網(wǎng)絡(luò)器件的研究。鑒丁現(xiàn)石主要通信還集中在Ku頻段,為了實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)過渡-Ka/Ku雙頻雙極化動中通大線將會成為下一階段動中通天線

12、的E要形式之-。(3)相控陣天線為動中通奠定K發(fā)展方向。相控陣天線為動中通天線卜一步向小型化、低削血、高性能發(fā)展提供r方向.但是相控陣天線自身存在的不足嚴(yán)，幣制約r其在動中通天線中的應(yīng)用,因此還需在以下關(guān)鍵技術(shù)方面仃所突破和發(fā)展C共形相控陣天線技術(shù)：用以克服平面相控陽低仰角增益和方向性變z的不足，展寬天線俯仰掃描范期。移相器技術(shù)：RF-MEMS(微電子機(jī)械系統(tǒng))技術(shù)、壓控電介質(zhì)技術(shù)和光電F技術(shù)的發(fā)展將為移相器提供相應(yīng)的技術(shù)支持-從而為實(shí)現(xiàn)高性能的相控陣天線萸定基礎(chǔ)。稀布陣技術(shù)：稀布相控陣天線是按一定統(tǒng)計(jì)煽律.從孔徑抽去部分單元的電掃陣列天線。稀布陣與灑陣相比共有主瓣更窄.節(jié)約造價(jià)等優(yōu)點(diǎn)，在相控

13、陣擊達(dá)、衛(wèi)星接收天線及射電涉儀等領(lǐng)域已有應(yīng)用。故字化電路：用全數(shù)字的T/K模塊代檢原來的移相器、不等功率分配器、微波衰減器等構(gòu)成的模擬T/R模塊，既可以方便地產(chǎn)'I井種所需波束又可以靈活對天線陣列進(jìn)行相位和幅度加權(quán)處理,從而簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu).實(shí)現(xiàn)天線的小型化。(4)低成本跟蹤方式研究。目前.現(xiàn)仃的動中通穩(wěn)跟蹤系統(tǒng)多采用激光陀螺等高性能的傳感器.成本很高.不適合民用.因此，如何利用較低成本的中低精度陀螺等傳!畫器設(shè)計(jì)出滿足系統(tǒng)性能耍求的高性價(jià)比動中通系統(tǒng)將成為下一步研究的熱點(diǎn)之一。參考文獻(xiàn)黃小軍.茶軍動中通通信體東淺#.無報(bào)電通信找末.200542期.15春(2) 瀝飩.曲中通何成.系統(tǒng)的

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16、復(fù)雜的著陸過程，并執(zhí)行關(guān)鍵任務(wù)過去20多年里.風(fēng)河已成功為全球范圍內(nèi)無數(shù)空間探測產(chǎn)品提供支持。在NASAJP以星科學(xué)實(shí)驗(yàn)室好奇號探測車已于火星成功著陸之際.嵌入式和移動軟件提供商風(fēng)河公司宣布，好奇號探測車采用的是風(fēng)河公司領(lǐng)先業(yè)界的VxWorks實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)作為最核心的軟件基礎(chǔ)。好奇號探測車將調(diào)查火星上是否存在適合于微生物生長的環(huán)境，并評估未來人類在火星上駐扎的可行性。從2011年11月26曰火箭離開地球那一刻起一直到任務(wù)完成.VxWorks作為火星探測車的核心操作系統(tǒng)，將在本次具有歷史意義的活動上發(fā)揮至關(guān)重要的作用,好奇號采用VxWorks系統(tǒng)完成被稱為EDL(進(jìn)入火星大氣層、下降以及著陸)的復(fù)雜著陸過程。由于宇宙飛船安全著陸需要絕對的精確度，這一過程被稱為“恐怖7min"。在火星上停留期間，好奇號將依BVxWorks系統(tǒng)來執(zhí)