Ka波段“動中通”天線設(shè)計(jì)

2016-10-25 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

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(tǒng)中,數(shù)據(jù)率主要被兩個因素限制:可用帶寬、接收靈敏度(和發(fā)射功率)。術(shù)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(diǎn)波束實(shí)現(xiàn)頻率的復(fù)利用,以此一些Ka波段衛(wèi)星可以達(dá)到130Gbps的數(shù)據(jù)傳輸。它幾乎比Ku波段衛(wèi)星高出兩個量級。
第二個約束——接收靈敏度/發(fā)射功率
是因?yàn)殡S著越來越多的復(fù)雜調(diào)制方案被用于支持更高比特率的數(shù)據(jù)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(fā)射時達(dá)到最大的等效全向輻射功率,接收時最大限度地接收到區(qū)域的信號流量,獲得最好的信號強(qiáng)度。除此之外,在動中通的終端,也一定會遇到其他的與數(shù)據(jù)率無關(guān)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(wèi)星的干擾,系統(tǒng)是機(jī)載、車載、船載也是重要因素,另外系統(tǒng)的尺寸,重量等因素也會被納入設(shè)計(jì)方程?？疾熘笜?biāo)不僅是系統(tǒng)能工作,而是能夠在運(yùn)動中正常工作。2電跟蹤(點(diǎn)掃描)的趨勢一定程度的消除機(jī)械跟蹤(機(jī)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(jī)械掃描,同時俯仰角上采用電掃描的組合來實(shí)現(xiàn)。相控陣天線的Ka波段解決方案究竟有何優(yōu)缺?

電掃/相控陣天線?1、相控陣天線合理數(shù)量的單元有低增益,尤其是定位偏離軸時,高數(shù)據(jù)率只能通過在比其他天線解決方案更高的功率電平來實(shí)現(xiàn)。2、這些天線陣列在主瓣以外的部分亦產(chǎn)生顯著的能量。這些往往需要消除以便實(shí)現(xiàn)認(rèn)證狀態(tài),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(wèi)星產(chǎn)生的信號干擾。3、大多數(shù)Ka波段衛(wèi)星采用圓極化,這使分配陣列單元實(shí)現(xiàn)電跟蹤非常復(fù)雜。4、需要保持整個頻率范圍內(nèi)的同方位角,限制分?jǐn)?shù)帶寬(相對帶寬)達(dá)到5%。甚至是在掃描角小至25°。5、在Ka波段發(fā)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(dú)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(shí)現(xiàn)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(fā)射接收信號的波導(dǎo)饋源可使天線獲得更高的增益;覆蓋整個帶寬;自動對準(zhǔn)接收波束和發(fā)射波束;嚴(yán)格控制旁瓣波束。在這樣的一個系統(tǒng)中,他更容易發(fā)送和接收Ka波段衛(wèi)星要求的圓極化信號(通過調(diào)制,也可以是線性極化。),當(dāng)然它也有缺點(diǎn),需要反射面機(jī)械跟蹤,這導(dǎo)致很難設(shè)計(jì)兩波段饋源。3系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心問題:怎樣獲取、怎樣跟蹤衛(wèi)星?

開環(huán)方法利用GPS定位信息為天線定向,并且重新定位給定當(dāng)前航向的終端。然而,小范圍內(nèi)的精度定位是非常困難(和昂貴)的。它是依靠慣性導(dǎo)航系統(tǒng)和GPS來實(shí)現(xiàn)開環(huán)跟蹤的。此外,慣性導(dǎo)航系統(tǒng)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(dǎo)系統(tǒng)產(chǎn)生誤差。(上圖為慣性導(dǎo)航系統(tǒng))

閉環(huán)方法通過自己的傳輸能力實(shí)現(xiàn)衛(wèi)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(wèi)星信標(biāo)信號的方向,或一些其他衍生信號。它通過傳統(tǒng)的拋物面天線進(jìn)行機(jī)械掃描實(shí)現(xiàn),它的掃描時圓錐掃描以及步進(jìn)跟蹤。(上圖為單脈沖跟蹤系統(tǒng))