動(dòng)中通衛(wèi)星電視接收天線的選擇

動(dòng)中通衛(wèi)星電視接收天線的選擇

1天線的基本要求移動(dòng)設(shè)備是指汽車、火車、船舶、飛機(jī)和其他交通工具。隨著衛(wèi)星通信的發(fā)展,在移動(dòng)平臺(tái)上安裝衛(wèi)星電視接收系統(tǒng),移動(dòng)平臺(tái)在運(yùn)動(dòng)中可以進(jìn)行電視接收,即實(shí)現(xiàn)“動(dòng)中通”,已成為衛(wèi)星電視接收的一項(xiàng)重要應(yīng)用領(lǐng)域。對(duì)于移動(dòng)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(dòng)載體的使用條件對(duì)天線尺寸尤其是天線高度提出了嚴(yán)格的要求。由于反射面天線的高度高、重量重、并且需要復(fù)雜的伺服跟蹤設(shè)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(jī)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(shè)計(jì),可以在較低的尺寸下實(shí)現(xiàn)較好的電氣性能,如圖1所示。賦形設(shè)計(jì)的方法是天線口面設(shè)計(jì)成橢圓,方位面的尺寸較大,俯仰面的尺寸較小。這種設(shè)計(jì)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(yīng)用范圍更大,可以作為“動(dòng)中通”衛(wèi)星接收天線應(yīng)用在火車、汽車等移動(dòng)載體上。由于載體處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài),需要良好的跟蹤性能,因此反射面天線對(duì)伺服跟蹤設(shè)備的要求很高。在車載“動(dòng)中通”中使用反射面天線,遇到的主要問題就是在快速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下難以實(shí)現(xiàn)良好的跟蹤性能。3固定時(shí)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(dòng)載體的衛(wèi)星電視接收天線時(shí),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(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星,因此這種天線非常適用于“靜中通”天線設(shè)備。如果這種天線用于“動(dòng)中通”電視接收,則需要配有跟蹤信號(hào)的饋電網(wǎng)絡(luò)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(jìn)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(diǎn)是:(1)通過多組陣列形式設(shè)計(jì),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(jī)械跟蹤,俯仰面也是機(jī)械跟蹤,只是幾組陣列分別在俯仰方向運(yùn)動(dòng),始終朝向相同的仰角。(3)對(duì)于不同的仰角,由于空間來波到達(dá)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(dá)到最佳接收效果。這種天線的主要優(yōu)點(diǎn)是高度低,可廣泛用于各種移動(dòng)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(dāng)于0.3m口徑的反射面天線。4方位方向的常規(guī)機(jī)械掃描“動(dòng)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(jī)械掃描。這種天線的主要優(yōu)點(diǎn)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(dòng)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(jī)。相控陣衛(wèi)星接收天線技術(shù)是“動(dòng)中通”衛(wèi)星接收天線中技術(shù)最先進(jìn)的,但設(shè)計(jì)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(gè)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(diǎn)。天線陣列設(shè)計(jì)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(diǎn)在于要結(jié)合俯仰面的相控陣跟蹤和方位面的機(jī)械跟蹤兩種方式。(4)饋電網(wǎng)絡(luò)的布置和發(fā)展由于陣列規(guī)模較大,饋電網(wǎng)絡(luò)的尺寸也會(huì)很大,因此必然帶來較大的損耗,選用低損耗的饋電網(wǎng)絡(luò)是天線陣列成敗的關(guān)鍵因素之一。另外,對(duì)于饋電網(wǎng)絡(luò)還有小型化的要求,因此要求饋電網(wǎng)絡(luò)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(diǎn)是成本高、售價(jià)高,因此只能用于要求較高的高端用戶,如民航客機(jī)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(huì)降低,應(yīng)用方向也會(huì)大大提高。5陣列天線的選擇通過對(duì)各種形式“動(dòng)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(diǎn)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)