Ka波段“動中通”天線設計
2016-10-25 by:CAE仿真在線 來源:互聯網
Ka波段“動中通”天線設計
1動中通在今天看來,并非什么新事物。在所有的動中通系統中,數據率主要被兩個因素限制:可用帶寬、接收靈敏度(和發射功率)。術第一個約束——可用帶寬
可以通過Ka波段頻率以克服。有3.5GHz的可用信道帶寬,并且通過點波束實現頻率的復利用,以此一些Ka波段衛星可以達到130Gbps的數據傳輸。它幾乎比Ku波段衛星高出兩個量級。
第二個約束——接收靈敏度/發射功率
是因為隨著越來越多的復雜調制方案被用于支持更高比特率的數據傳輸,接收信號的信噪比更高。這就要求更高的天線增益——即發射時達到最大的等效全向輻射功率,接收時最大限度地接收到區域的信號流量,獲得最好的信號強度。除此之外,在動中通的終端,也一定會遇到其他的與數據率無關的約束條件。包括:信號正確的極化方向,最小的旁瓣信號密集度以避免來自鄰道衛星的干擾,系統是機載、車載、船載也是重要因素,另外系統的尺寸,重量等因素也會被納入設計方程。考察指標不僅是系統能工作,而是能夠在運動中正常工作。2電跟蹤(點掃描)的趨勢一定程度的消除機械跟蹤(機械掃描),這使相控陣天線看似完美的選擇。相控陣天線的解決方案可以通過方位角上采用機械掃描,同時俯仰角上采用電掃描的組合來實現。相控陣天線的Ka波段解決方案究竟有何優缺?
電掃/相控陣天線?1、相控陣天線合理數量的單元有低增益,尤其是定位偏離軸時,高數據率只能通過在比其他天線解決方案更高的功率電平來實現。2、這些天線陣列在主瓣以外的部分亦產生顯著的能量。這些往往需要消除以便實現認證狀態,也就是說需要限制不需要的輻射,才能有效的減少旁瓣與鄰道衛星產生的信號干擾。3、大多數Ka波段衛星采用圓極化,這使分配陣列單元實現電跟蹤非常復雜。4、需要保持整個頻率范圍內的同方位角,限制分數帶寬(相對帶寬)達到5%。甚至是在掃描角小至25°。5、在Ka波段發射頻率(30GHz)、接收頻率(20GHz),所以需要不同的陣列以覆蓋每個頻率——陣列之間在一定程度上,既需要單獨操作又需要相互同步。任何帶寬的相控陣天線由于以上原因,都不太容易折衷實現在Ka波段動中通的使用中。
拋物面天線采用單拋物面反射天線克服這些限制。例如單拋物面天線和喇叭天線和發射接收信號的波導饋源可使天線獲得更高的增益;覆蓋整個帶寬;自動對準接收波束和發射波束;嚴格控制旁瓣波束。在這樣的一個系統中,他更容易發送和接收Ka波段衛星要求的圓極化信號(通過調制,也可以是線性極化。),當然它也有缺點,需要反射面機械跟蹤,這導致很難設計兩波段饋源。3系統設計的核心問題:怎樣獲取、怎樣跟蹤衛星?
開環方法利用GPS定位信息為天線定向,并且重新定位給定當前航向的終端。然而,小范圍內的精度定位是非常困難(和昂貴)的。它是依靠慣性導航系統和GPS來實現開環跟蹤的。此外,慣性導航系統離不開GPS測量,很難避免天線罩對Ka波段信號的折射,所以由此造成的指示角的變化和大的偏差也會使慣導系統產生誤差。(上圖為慣性導航系統)
閉環方法通過自己的傳輸能力實現衛星跟蹤。例如在單脈沖跟蹤中,尋找最大限度地接收信號,或衛星信標信號的方向,或一些其他衍生信號。它通過傳統的拋物面天線進行機械掃描實現,它的掃描時圓錐掃描以及步進跟蹤。(上圖為單脈沖跟蹤系統)
Tips以上幾個方面確定以后,在實際應用中需要考慮到動中通天線的
1、全雙工操作
2、線性和角加速度
3、固定的俯仰角和方位角
4、移動的俯仰角和方位角
5、控制接收端的跟蹤角和發射端的定位角
6、捕獲時間和堵塞重捕時間上海墨石
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