CN201717865U - 平板裂缝相控阵天线宽带移动卫星通信*** - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种平板裂缝相控阵天线宽带移动卫星通信***，包括由相控阵天线与馈电网络组成的天馈***、通信***和测控***，相控阵天线为波导缝隙阵列天线；测控***包括信息检测单元、主控制器、以机械扫描方式对波导缝隙阵列天线的方位进行控制的方位控制单元和以电扫描方式对波导缝隙阵列天线的俯仰进行控制的俯仰控制单元。本实用新型设计合理、安装布设方便、投入成本低且使用效果好、适用范围广，其方位跟踪和俯仰跟踪分别采用机械扫描和相扫相结合的波束控制方式，因而具备较好的快速捕获能力和稳定跟踪能力。

Description

平板裂缝相控阵天线宽带移动卫星通信***
技术领域
本实用新型涉及一种宽带卫星通信***，尤其是涉及一种平板裂缝相控阵天线宽带移动卫星通信***。
背景技术
动中通是“移动中的宽带卫星通信***”的简称，通过动中通***，车辆、轮船、飞机等移动载体在运动过程中可实时跟踪卫星等平台，不间断地传递语音、数据、图像等多媒体信息，可满足各种军民用应急通信和移动条件下的多媒体通信的需要，动中通***很好地实现了各种车辆、轮船等移动载体在运动中通过地球同步卫星，实时不断地传递语音、数据、高清晰的动态视频图像、传真等多媒体信息，是通信领域的一次重大的突破，是当前卫星通信领域需求旺盛、发展迅速的应用领域，在军民两个领域都有极为广泛的发展前景。综上，动中通卫星通信***是指移动载体(例如汽车、火车、飞机、轮船等)在快速运行过程中实现与目标卫星(静止或定点卫星，即同步轨道卫星)实时通信的***。
带动中通的基本原理是利用同步通信卫星和安装于移动载体上的天线***，在静止和运动状态下能建立和保持移动载体与目标卫星之间的卫星链路(信道)，且在运动状态下，能满足和保持同步卫星通信的使用条件，其实质就是利用同步卫星资源实现宽带移动卫星通信。
“动中通”按照天线形式可分为平板天线动中通和反射面动中通两大类。现如今平板阵列天线，在高度、强度、重量等方面的性能优势，且可以实现两维机扫、两维相控或机扫加相控的方案，使得平板天线动中通成为国外动中通技术的研究方向。但目前，国内研制的动中通***大多采用反射面天线与纯机械跟踪体制动中通，整个***体积庞大，须安装在一个专用的车上，不具有广泛的适用性。若要在车辆上实现移动卫星通信，现有的动中通***对天线***的几何尺寸都有较严格的限制，特别是安装高度的严格限制。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种平板裂缝相控阵天线宽带移动卫星通信***，其设计合理、安装布设方便、投入成本低且使用效果好、适用范围广，其方位跟踪和俯仰跟踪分别采用机械扫描和相扫相结合的波束控制方式，因而具备较好的快速捕获能力和稳定跟踪能力。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种平板裂缝相控阵天线宽带移动卫星通信***，包括由相控阵天线与馈电网络组成的天馈***、通信***和测控***，所述馈电网络连接在所述相控阵天线的天线辐射单元与所述相控阵天线的信号收发单元之间，其特征在于：所述相控阵天线为波导缝隙阵列天线；所述通信***包括通信设备、分别与通信设备相接的信号发射机和信号接收机以及分别与信号发射机和信号接收机相接的功率放大器和低噪声放大器，所述功率放大器和低噪声放大器均与波导缝隙阵列天线相接；所述测控***包括信息检测单元、主控制器、以机械扫描方式对波导缝隙阵列天线的方位进行控制的方位控制单元和以电扫描方式对波导缝隙阵列天线的俯仰进行控制的俯仰控制单元，所述方位控制单元和俯仰控制单元均与主控制器相接；所述信息检测单元包括对承载所述相控阵天线的移动载体的地理位置进行实时检测的地理位置检测单元、对所述移动载体的姿态信息进行实时检测的姿态信息检测单元和对所述相控阵天线发送至信号接收机的信号进行实时跟踪并将用于表示所跟踪卫星信号强度号的AGC电压同步传送至主控制器的跟踪接收机，所述地理位置检测单元和跟踪接收机均与主控制器相接，所述姿态信息检测单元与所述方位控制单元均与主控制器相接；所述波导缝隙阵列天线安装在天线座上。
上述平板裂缝相控阵天线宽带移动卫星通信***，其特征是：所述馈电网络包括移相器，所述俯仰控制单元包括与主控制器相接的波束控制器和对移相器的相移量进行控制调整的激励器，所述激励器与波束控制器相接且由波束控制器进行控制。
上述平板裂缝相控阵天线宽带移动卫星通信***，其特征是：所述馈电网络还包括与移相器相接的功分器，所述功分器与波导缝隙阵列天线的天线辐射单元相接，且移相器与波导缝隙阵列天线相接；所述移相器与激励器之间接有译码驱动电路。
上述平板裂缝相控阵天线宽带移动卫星通信***，其特征是：还包括通过传动机构与安装在天线座上的天线转台相接且对所述相控阵天线的方位角进行控制调整的电机，所述方位控制单元为根据主控制器所发出的方位角度调整控制指令对电机进行控制的伺服控制器。
上述平板裂缝相控阵天线宽带移动卫星通信***，其特征是：所述伺服控制器与对所述电机进行驱动的驱动器相接，且驱动器与电机相接。
上述平板裂缝相控阵天线宽带移动卫星通信***，其特征是：所述波导缝隙阵列天线包括发射天线和接收天线，且所述发射天线和接收天线一前一后布设在天线座上。
上述平板裂缝相控阵天线宽带移动卫星通信***，其特征是：所述波导缝隙阵列天线和所述馈电网络均安装在天线框架上。
上述平板裂缝相控阵天线宽带移动卫星通信***，其特征是：所述信息检测单元还包括对所述天线座的倾斜方向和倾斜角度进行检测的倾角仪和电子罗盘，且所述倾角仪和电子罗盘均与主控制器相接。
上述平板裂缝相控阵天线宽带移动卫星通信***，其特征是：所述地理位置检测单元为GPS定位***，所述姿态信息检测单元为陀螺仪，所述主控制器为PC104工控机。
本实用新型与现有技术相比具有以下优点：
1、结构设计合理、投入成本低且安装布设接线方便，室外单元和室内单元的设备间通信采用多路控制数据的同轴电缆，可使用较少的互相连接的电缆，从而使电缆安装成本降到最低。
2、使用效果好，其方位跟踪和俯仰跟踪分别采用机械扫描和相扫相结合的波束控制方式，使得***具备快速捕获能力，具备一定的稳定跟踪能力。
3、实用价值高，由于本实用新型具备快速捕获和一定的稳定跟踪能力，因而可任意组合IP业务、话音业务、图像业务和低速数据业务等，实现多模式、多媒体、远距离和非对称运动中的双向多媒体通信卫星通信。
4、各组成部分设计合理且功能完善，整个***按功能可分为三大部分：通信***、天馈***和测控***，其中通信***，实现将上行信号传输到卫星、卫星转发器传送下行信号到地面卫星接收***的功能；天馈***从结构上可分为两大部分：第一部分为实现电磁波收发功能的馈电网络部分，第二部分为馈电网络部分的载体部分即天线框架部分，主要包括上下横梁、上下横隔、左右纵梁、左右纵隔和波导安装条等；测控***的任务就是通过测量元件的测量、然后经过数据处理和计算得到波束控制量，驱动伺服机构实现天线波束时刻对准卫星，维持卫星通信链路的通畅，其中主控制器是***的控制中心，它采集GPS和惯性器件以及跟踪接收机中的AGC信息，并为天线指向提供多种工作方式以实现对目标的捕获、跟踪，并完成工作状态的管理、信息接收传送等。
5、适用范围广，适用于车载、船载等移动载体中的双向宽带通信卫星通信。
综上所述，本实用新型设计合理、安装布设方便、投入成本低且使用效果好、适用范围广，其方位跟踪和俯仰跟踪分别采用机械扫描和相扫相结合的波束控制方式，因而具备较好的快速捕获能力和稳定跟踪能力。
下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本实用新型的电路原理框图。
图2为本实用新型波导缝隙阵列天线的结构示意图。
图3为本实用新型发射天线和接收天线的布设位置图。
图4为本实用新型测控***的电路原理框图。
附图标记说明：
1-目标卫星；     2-GPS定位***；3-主控制器；
4-陀螺仪；       5-通信设备；   6-信号发射机；
7-信号接收机；   8-功率放大器； 9-低噪声放大器；
10-跟踪接收机；  11-天线座；    12-电机；
13-伺服控制器；  14-驱动器；    15-波束控制器；
16-移相器；      17-激励器；    18-波导缝隙阵列天线；
18-1-发射天线；  18-2-接收天线；19-天线框架；
20-倾角仪；      21-电子罗盘；  22-功分器；
23-译码驱动电路；24-编码器；    25-汽油发电机；
26-UPS电源；     27-A/D转换电路。
具体实施方式
如图1、图2、图3及图4所示，本实用新型包括由相控阵天线和馈电网络组成的天馈***、实现所述相控阵天线与通信设备5之间双向通信的通信***以及对所述通信***和所述馈电网络进行综合控制的测控***，所述馈电网络连接在所述相控阵天线的天线辐射单元与所述相控阵天线的信号收发单元之间。所述相控阵天线为波导缝隙阵列天线18，且所述波导缝隙阵列天线18为平板天线。所述通信***包括通信设备5、分别与通信设备5相接的信号发射机6和信号接收机7以及分别与信号发射机6和信号接收机7相接的功率放大器8和低噪声放大器9，所述功率放大器8和低噪声放大器9均与波导缝隙阵列天线18相接。所述测控***包括信息检测单元、主控制器3、以机械扫描方式对波导缝隙阵列天线18的方位进行控制的方位控制单元和以电扫描方式对波导缝隙阵列天线18的俯仰进行控制的俯仰控制单元，所述方位控制单元和俯仰控制单元均与主控制器3相接。所述信息检测单元包括对承载所述相控阵天线的移动载体的地理位置进行实时检测的地理位置检测单元、对所述移动载体的姿态信息进行实时检测的姿态信息检测单元和对所述相控阵天线发送至信号接收机7的信号进行实时跟踪并将用于表示所跟踪卫星信号强度号的AGC电压同步传送至主控制器3的跟踪接收机10，所述地理位置检测单元和跟踪接收机10均与主控制器3相接，所述姿态信息检测单元与所述方位控制单元均与主控制器3相接。所述波导缝隙阵列天线18安装在天线座11上。
另外，组成本实用新型的天馈***、通信***和测控***按空间结构可分为两大单元：ODU(室外单元)和I DU(室内单元)。其中，ODU主要由波导缝隙阵列天线18、功率放大器8、低噪声放大器9、电机12、姿态信息检测单元等外设组成。IDU主要由通信设备5、信号发射机6、信号接收机7、主控制器3、电源等组成。ODU和IDU的设备间通信采用多路控制数据的同轴电缆，可使用较少的互相连接的电缆，从而使电缆安装成本降到最低。
本实施例中，所述馈电网络包括移相器16，所述俯仰控制单元包括与主控制器3相接的波束控制器15和对移相器16的相移量进行控制调整的激励器17，所述激励器17与波束控制器15相接且由波束控制器15进行控制。同时，所述馈电网络还包括与移相器16相接的功分器22，所述功分器22与波导缝隙阵列天线18的天线辐射单元相接，且移相器16与波导缝隙阵列天线18相接。所述移相器16与激励器17之间接有译码驱动电路23。
本实用新型还包括通过传动机构与安装在天线座11上的天线转台相接且对所述相控阵天线的方位角进行控制调整的电机12，所述方位控制单元为根据主控制器3所发出的方位角度调整控制指令对电机12进行控制的伺服控制器13。所述电机12为对所述相控阵天线的方位轴进行驱动的方位电机。所述伺服控制器13与对所述电机12进行驱动的驱动器14相接，且驱动器14与电机12相接。
所述波导缝隙阵列天线18包括发射天线18-1和接收天线18-2，且所述发射天线18-1和接收天线18-2一前一后布设在天线座11上。所述波导缝隙阵列天线18和所述馈电网络均安装在天线框架19上。也就是说，所述移相器16和功分器22均安装在天线框架19上。本实施例中，所述接收天线18-2采用波导裂缝天线，发射天线18-1的波束控制随动于接收天线18-2，并且发射天线18-1和接收天线18-2应前后放置，在波束扫描到最低仰角时不能相互遮挡，而且安装时要使其方位指向角应保持一致，俯仰角可以电控制到一致。
所述信息检测单元还包括对所述天线座11的倾斜方向和倾斜角度进行检测的倾角仪20和电子罗盘21，且所述倾角仪20和电子罗盘21均与主控制器3相接。本实施例中，所述地理位置检测单元为GPS定位***2，所述姿态信息检测单元为陀螺仪4，所述主控制器3为PC104工控机。同时，本实用新型还包括对天线座11的旋转角度进行实时检测并同步反馈至主控制器3的编码器24、对电机12进行供电的汽油发电机25和与汽油发电机25相接的UPS电源26。所述倾角仪20和跟踪接收机10与主控制器3间接有A/D转换电路27。
综上，本实用新型的方位控制采用机械扫描方式，由伺服控制器13根据主控制器3的控制信息和陀螺仪4的检测信息来进行控制。所述俯仰跟踪采用相扫方式，由波束控制器15通过改变信号的相位来形成跟踪波束。所述波束控制器15的功能是根据主控制器3的俯仰角指令产生一系列控制代码，以数字的形式给出，经激励器17放大后，控制跟踪移相器16并相应产生顺序跟踪波束。具体而言：所述波束控制器15根据主控制器3的控制信息计算出各跟踪移相器16所需的配相值，并将该配相值转化为八位二进制码，再将该码加上***相移调整码，作为激励器17的输入码，并按单元地址送到每个激励器17。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (9)

1.一种平板裂缝相控阵天线宽带移动卫星通信***，包括由相控阵天线与馈电网络组成的天馈***、通信***和测控***，所述馈电网络连接在所述相控阵天线的天线辐射单元与所述相控阵天线的信号收发单元之间，其特征在于：所述相控阵天线为波导缝隙阵列天线(18)；所述通信***包括通信设备(5)、分别与通信设备(5)相接的信号发射机(6)和信号接收机(7)以及分别与信号发射机(6)和信号接收机(7)相接的功率放大器(8)和低噪声放大器(9)，所述功率放大器(8)和低噪声放大器(9)均与波导缝隙阵列天线(18)相接；所述测控***包括信息检测单元、主控制器(3)、以机械扫描方式对波导缝隙阵列天线(18)的方位进行控制的方位控制单元和以电扫描方式对波导缝隙阵列天线(18)的俯仰进行控制的俯仰控制单元，所述方位控制单元和俯仰控制单元均与主控制器(3)相接；所述信息检测单元包括对承载所述相控阵天线的移动载体的地理位置进行实时检测的地理位置检测单元、对所述移动载体的姿态信息进行实时检测的姿态信息检测单元和对所述相控阵天线发送至信号接收机(7)的信号进行实时跟踪并将用于表示所跟踪卫星信号强度号的AGC电压同步传送至主控制器(3)的跟踪接收机(10)，所述地理位置检测单元和跟踪接收机(10)均与主控制器(3)相接，所述姿态信息检测单元与所述方位控制单元均与主控制器(3)相接；所述波导缝隙阵列天线(18)安装在天线座(11)上。
2.按照权利要求1所述的平板裂缝相控阵天线宽带移动卫星通信***，其特征在于：所述馈电网络包括移相器(16)，所述俯仰控制单元包括与主控制器(3)相接的波束控制器(15)和对移相器(16)的相移量进行控制调整的激励器(17)，所述激励器(17)与波束控制器(15)相接且由波束控制器(15)进行控制。
3.按照权利要求2所述的平板裂缝相控阵天线宽带移动卫星通信***，其特征在于：所述馈电网络还包括与移相器(16)相接的功分器(22)，所述功分器(22)与波导缝隙阵列天线(18)的天线辐射单元相接，且移相器(16)与波导缝隙阵列天线(18)相接；所述移相器(16)与激励器(17)之间接有译码驱动电路(23)。
4.按照权利要求1、2或3所述的平板裂缝相控阵天线宽带移动卫星通信***，其特征在于：还包括通过传动机构与安装在天线座(11)上的天线转台相接且对所述相控阵天线的方位角进行控制调整的电机(12)，所述方位控制单元为根据主控制器(3)所发出的方位角度调整控制指令对电机(12)进行控制的伺服控制器(13)。
5.按照权利要求4所述的平板裂缝相控阵天线宽带移动卫星通信***，其特征在于：所述伺服控制器(13)与对所述电机(12)进行驱动的驱动器(14)相接，且驱动器(14)与电机(12)相接。
6.按照权利要求1、2或3所述的平板裂缝相控阵天线宽带移动卫星通信***，其特征在于：所述波导缝隙阵列天线(18)包括发射天线(18-1)和接收天线(18-2)，且所述发射天线(18-1)和接收天线(18-2)一前一后布设在天线座(11)上。
7.按照权利要求1、2或3所述的平板裂缝相控阵天线宽带移动卫星通信***，其特征在于：所述波导缝隙阵列天线(18)和所述馈电网络均安装在天线框架(19)上。
8.按照权利要求1、2或3所述的平板裂缝相控阵天线宽带移动卫星通信***，其特征在于：所述信息检测单元还包括对所述天线座(11)的倾斜方向和倾斜角度进行检测的倾角仪(20)和电子罗盘(21)，且所述倾角仪(20)和电子罗盘(21)均与主控制器(3)相接。
9.按照权利要求1、2或3所述的平板裂缝相控阵天线宽带移动卫星通信***，其特征在于：所述地理位置检测单元为GPS定位***(2)，所述姿态信息检测单元为陀螺仪(4)，所述主控制器(3)为PC104工控机。
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