動中通衛(wèi)星電視接收天線的選擇

動中通衛(wèi)星電視接收天線的選擇

1天線的基本要求移動設備是指汽車、火車、船舶、飛機和其他交通工具。隨著衛(wèi)星通信的發(fā)展,在移動平臺上安裝衛(wèi)星電視接收系統(tǒng),移動平臺在運動中可以進行電視接收,即實現(xiàn)“動中通”,已成為衛(wèi)星電視接收的一項重要應用領域。對于移動載體的衛(wèi)星接收天線,主要的使用要求是:(1)天線尺寸和外形要滿足載體的安裝要求。(2)天線要具有良好的電氣性能和跟蹤性能。這類天線常用的形式有:小口徑反射面天線、平板陣列天線、相控陣天線。各種形式天線在性能上各有優(yōu)劣,根據(jù)載體的安裝要求和衛(wèi)星系統(tǒng)的使用要求,可選用不同的天線形式。2更大口徑、更高尺寸的反射面天線移動載體的使用條件對天線尺寸尤其是天線高度提出了嚴格的要求。由于反射面天線的高度高、重量重、并且需要復雜的伺服跟蹤設備,因此其使用受到一定限制。而反射面天線效率高,在載體允許的條件下,可以使用反射面天線。如在船載站,可以使用0.6~1.2m甚至更大口徑的反射面天線,在某些機載站,也可以使用0.6m或0.8m口徑的反射面天線。由于載體的安裝要求,反射面天線需要經(jīng)過賦形設計,可以在較低的尺寸下實現(xiàn)較好的電氣性能,如圖1所示。賦形設計的方法是天線口面設計成橢圓,方位面的尺寸較大,俯仰面的尺寸較小。這種設計不但可以降低天線的高度,并且所形成的天線波束方位面較窄、俯仰面較寬,有利于車載使用條件下,由于顛簸引起的俯仰面快速變化。這種天線充分利用了裝載空間,具有較高的效率。賦形反射面天線的高度低,較普通的反射面天線,其應用范圍更大,可以作為“動中通”衛(wèi)星接收天線應用在火車、汽車等移動載體上。由于載體處于運動狀態(tài),需要良好的跟蹤性能,因此反射面天線對伺服跟蹤設備的要求很高。在車載“動中通”中使用反射面天線,遇到的主要問題就是在快速運動狀態(tài)下難以實現(xiàn)良好的跟蹤性能。3固定時的跟蹤平板陣列天線是一種重量輕、體積小的天線形式,如圖2所示。用作移動載體的衛(wèi)星電視接收天線時,非常適合作為快速展開天線。由于這種天線操作方便,可以快速展開和對準衛(wèi)星,因此這種天線非常適用于“靜中通”天線設備。如果這種天線用于“動中通”電視接收,則需要配有跟蹤信號的饋電網(wǎng)絡和伺服跟蹤系統(tǒng)。幾組平板陣列天線再經(jīng)組陣后,可以進一步提高增益,并且合適的布陣形式并不增加天線的高度。這種多組陣列天線的例子如圖3所示。這類天線的特點是:(1)通過多組陣列形式設計,可以在不增加高度的條件下,提高天線增益。(2)跟蹤方法采用方位面機械跟蹤,俯仰面也是機械跟蹤,只是幾組陣列分別在俯仰方向運動,始終朝向相同的仰角。(3)對于不同的仰角,由于空間來波到達幾組陣列的路徑不同,因此需要移相器調(diào)整幾組陣列的相位差,使得幾組陣列相位相同,達到最佳接收效果。這種天線的主要優(yōu)點是高度低,可廣泛用于各種移動載體上,并且可用于小型汽車上。考慮車載使用條件,這種天線的直徑一般在1m之內(nèi),高度在200mm左右。在Ku波段,這種天線的增益在30dB左右,相當于0.3m口徑的反射面天線。4方位方向的常規(guī)機械掃描“動中通”衛(wèi)星電視接收天線也可使用相控陣天線體制,一般采用一維相控陣天線,即只在俯仰方向采用相控陣波束掃描,在方位方向采用傳統(tǒng)的機械掃描。這種天線的主要優(yōu)點有:電性能好,可以獲得很好的電視接收效果;高度低,適合安裝于各種移動載體上;由于具有一維電掃描,其跟蹤速度快,適合于各種車輛甚至飛機。相控陣衛(wèi)星接收天線技術(shù)是“動中通”衛(wèi)星接收天線中技術(shù)最先進的,但設計難度很大,許多關(guān)鍵技術(shù)尚待解決。這種天線的主要關(guān)鍵技術(shù)有以下四個方面。(1)單元和陣列形式天線單元選用微帶天線單元,具有高度低、易共形等優(yōu)點。天線陣列設計要考慮俯仰相控陣波束掃描范圍,行間距取0.6波長左右較合適。(2)跟蹤算法跟蹤算法難點在于要結(jié)合俯仰面的相控陣跟蹤和方位面的機械跟蹤兩種方式。(4)饋電網(wǎng)絡的布置和發(fā)展由于陣列規(guī)模較大,饋電網(wǎng)絡的尺寸也會很大,因此必然帶來較大的損耗,選用低損耗的饋電網(wǎng)絡是天線陣列成敗的關(guān)鍵因素之一。另外,對于饋電網(wǎng)絡還有小型化的要求,因此要求饋電網(wǎng)絡既要低損耗,又要小型化,難度更大。各種形式的衛(wèi)星電視接收天線中,相控陣天線的性能最好,因此是技術(shù)發(fā)展的方向。但目前缺點是成本高、售價高,因此只能用于要求較高的高端用戶,如民航客機和高速火車上。隨著技術(shù)水平提高,這種天線的成本必然會降低,應用方向也會大大提高。5陣列天線的選擇通過對各種形式“動中通”衛(wèi)星電視接收天線分析可知,反射面天線、平板陣列及多組陣列天線都有其優(yōu)點和局限性,可根據(jù)載體的具有要求選用合適的天線形式。相控陣衛(wèi)星接收天線具有明顯的優(yōu)勢,是衛(wèi)星電視接收天線的發(fā)