[发明专利]一种双线极化天线

说明书

技术领域

本发明涉及微波通信、星地动中通领域中的一种天线，尤其涉及一种双线极化天线。

背景技术

由金属反射面和馈源为主要部件组成的天线，主要包括单反射面天线和双反射面天线两大类，这是基于光学原理导出的天线形式，广泛用于微波和波长更短的波段。第二次世界大战前后多种单反射面天线开始大量使用，到60年代出现了以卡塞格伦天线为代表的双反射面天线。它们已成为最常用的一类微波和毫米波高增益天线，广泛应用于通信、雷达、无线电导航、电子对抗、遥测、射电天文和气象等技术领域。以卫星通信为例，由于增益高和结构简单，反射面天线是通信卫星地球站的主要天线形式；由于能制成可展开的折伞形结构，它又是宇宙飞船和卫星天线的基本形式。至今不但已产生了多种多样的反射面形式来满足不同的需要，同时也出现了性能优良的多种馈源结构。

动中通是“移动中的卫星地面站通信系统”的简称。星地“动中通”是为了满足用户通过卫星在动态移动中传输宽带视频信息的需求产生的新应用，使用固定轨道卫星的Ku频段进行移动通信传输宽带信息，是一种新兴业务应用。通过动中通系统，车辆、轮船、飞机等移动的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。

目前，“动中通”系统主要使用Ku波段与固定轨道卫星进行通信。根据国家2014年发布的《Ku频段静止中使用的车载卫星通信地球站通用技术要求》、《Ku频段便携式卫星通信地球站通用技术要求》等文件要求，Ku波段“动中通”系统需由应用分系统、电源分系统、信道分系统、天线及其控制系统等组成。天线系统需同时覆盖上行/下行频段，其中上行频段为13.75～14.5GHz，下行频段10.95～11.75GHz、12.25～12.75GHz，上行和下行频段的极化为两正交的线极化。为保证卫星与地面移动设备间流畅的通信，系统天线需实时指向通信卫星。为了避免天线发射时对邻近卫星的干扰，通常需要移动设备在运动中天线的跟踪误差小于0.1°，并且馈源也要进行旋转跟踪，接收和发射间的极化隔离度要大于30dB。此外，文件中对天线的发射功率、副瓣电平等也提出了相应的要求。

目前，国内外已有多家企业单位推出了“动中通”相关的产品，如以色列RaySat公司推出的多组片天线、美国TracStar推出的IMVS450M产品、以色列Starling公司推出的Mijet系列产品以及国内中电集团54所研发的0.5m与1.2m车载环焦天线等。为满足天线对卫星的高精度实时跟踪对准的要求，上述“动中通”产品中均包含有自动跟踪系统。“动中通”自动跟踪系统是在初始静态情况下，由GPS、经纬仪、捷联惯导系统测量出航向角、载体所在位置的经度和纬度及相对水平面的初始角，然后根据其姿态及地理位置、卫星经度自动确定以水平面为基准的天线仰角，在保持仰角对水平面不变的前提下转动方位，并以信号极大值方式自动对准卫星。在载体运动过程中，测量出载体姿态的变化，通过数学平台的运算，变换为天线的误差角，通过伺服机构调整天线方位角、俯仰角、极化角，保证载体在变化过程中天线对星在规定范围内，使卫星发射天线在载体运动中实时跟踪地球同步卫星。该系统跟踪方式有自跟踪和惯导跟踪两种。自跟踪是依靠卫星信标进行天线闭环伺服跟踪；惯导跟踪是利用陀螺惯导组合敏感载体的变化进行天线跟踪。这两种跟踪可根据现场情况自动切换。当系统对星完毕转入自动跟踪后，以自跟踪方式工作；与此同时，惯导系统也进入工作状态，并不断输出天线极化、方位和俯仰等数据。当由于遮挡或其它原因引起天线信标信号中断时，系统自动切换到惯导跟踪方式。

无论天线采用何种跟踪方式，高精度的伺服系统始终是传统“动中通”系统的关键部分之一。通常情况下，高精度伺服系统需具有约0.1°的高跟踪精度，同时由于“动中通”天线具有较大的口径(目前满足入网要求的天线口径超过1米)及重量，从而造成了高精度伺服系统的较高成本。目前，应用于“动中通”的高精度伺服系统成本动辄数万、甚至超过十万，占整个“动中通”系统成本的一大部分，限制了“动中通”通信系统在民用领域中的广泛应用。

在目前卫星通信天线中，副反射件是根据环境需要而是否考虑增设，增设副反射件时，其需要保证副反射件的副反射面背对着馈源阵列，而面向馈源阵列的上空领域。因此，需要用到安装架，安装架用于将副反射件安装在馈源阵列的插槽上，并且需要：副反射件的副反射面平行于馈源阵列，且副反射面的中心和馈源阵列的中心位于同一直线上。否则容易出现比较大通信数据误差，因此需要降低组装时的工装误差，并且保证副反射件在长期使用过程中相对馈源阵列的平稳性。