卫星通信阵列天线技术-杜彪

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2014-10-12,*,卫星通信阵列天线技术,中国电子科技集团公司第五十四研究所,2021年10月,主讲人：杜 彪,内部,2021-10-12,1,主要内容,2021-10-12,2,主要内容,2021-10-12,3,概 述,在移动载体上，随时随地与卫星通信，已成为军民两用应急通信、实时通信的主要通信手段,卫星移动通信系统的关键技术之一是,天线技术,，动中通天线技术是近些年研究热点之一。,动中通天线型式：反射面天线、透镜天线、,阵列天线,。,卫星移动通信,1,、卫星通信阵列天线应用背景,2021-10-12,4,移动载体：,汽车、舰船、飞机、导弹,等平台。,2021-10-12,5,1,、卫星通信阵列天线应用背景,概 述,2、动中通阵列天线开展过程,2006年，以色列RaySat公司推出多组片平板阵列天线；2021年，单片：E7000,2021年，以色列Starling公司研制出平板阵列天线系列产品；,2021年，国内中国电科54所研制出了车载低轮廓Ku频段0.6米平板阵列天线；,2021年，国内中国电科54所研制出了S频段二维相控阵天线。,机械扫描,机电混扫,两维电扫,2021-10-12,6,概 述,主要内容,2021-10-12,7,1,、阵列天线概念,卫星通信阵列天线简介,阵列天线是指多个单元天线在一个平面或曲面上，按照一定的规律或随机分布进行布局排列，并通过馈电网络进行信号合成的天线型式。,单元型式：微带贴片、波导口、缝隙、对称阵子、螺旋等。,阵列天线方向图主要由单元方向图和阵列因子的乘积决定。,阵列天线方向图计算公式：,2021-10-12,8,2,、阵列天线分类,机械扫描阵列天线,平面波导阵列天线、微带阵列天线等,天线单元直接馈电网络合成后接放大器,机电混扫天线,一维有源相控阵天线、多组片天线等,两维相控阵天线,低剖面共形相控阵天线、宽带相控阵天线等,天线单元直接,T/R,组件，再通过网络合成。,2021-10-12,9,卫星通信阵列天线简介,3,、跟踪体制选择,程序跟踪,开环跟踪，跟踪精度较低，可作为初始捕获。,步进跟踪,最大值跟踪，不适合快速移动的天线系统。,电子波束扫描跟踪,波束跟踪迅速，跟踪精度较高，多和机械扫描相结合。,单脉冲跟踪,零值跟踪，跟踪精度高，结构复杂，本钱高。,2021-10-12,10,卫星通信阵列天线简介,主要内容,2021-10-12,11,卫星通信阵列天线研究现状,StarCar,机载平板天线,-MijetLite,1,、机械扫描阵列天线,2021-10-12,12,MIJET,天线,Ku,频段平板天线，现应用于波音,737,、空客等飞机。,工作频率：,Ku,采用平面波导阵列天线,微带,和波导混合馈电网络,EIRP,：,44dBW,G/T,值：,11dB/K,高度,190mm,；重量,27Kg,工作频率：,Ku,频段,等效口径：,0.45m,采用多组片子阵合成技术,EIRP,：,42dBW,G/T,值：,11dB/K,跟踪模式：惯导模块,GPS,和机械波束扫描跟踪,高度,150mm,，重量,50Kg,K/Ka,等频段平板天线,2021-10-12,13,机载点对点卫通天线整机图,K,频段和,X,频段平面阵列天线,采用分置的两片平板缝隙天线,采用两维机扫的方式,K波段20GHz接收，G/T值0dBK,Ka频段30GHz 发射，增益30dBi,工作频段为,X,波段,天线形式为波导缝隙阵列,接收增益,27dB,，发射增益,28dB,实现收发共用且双圆极化信号形式,整机高度,304mm,，天线高度,254mm,；,天线直径,820mm,美国,卫星通信阵列天线研究现状,1,、机械扫描阵列天线,2021-10-12,14,平面阵列天线,StealthRay,系列,StealthRay,TM,5000,内部排布,E7000,天线,Ku,频段,收发微带阵列天线分置,两维机扫,接收,G/T,值,7dB/K,发射,EIRP,值,43.6dBW,天线尺寸：,1150,900,210mm,3,等效口径：,0.6m,一片波导阵列，收发共用,增益：发,36dB,，收,35dB,G/T,值：,13dB/K,EIRP,值：,52dBW,尺寸,：,1300,300 mm,3,卫星通信阵列天线研究现状,1,、机械扫描阵列天线,2021-10-12,15,工作频段：,Ku/Ka,频段,天线形式：平板阵列天线,天线增益：等效,0.6,米天线,体积：,1350mm320mm,跟踪方式：电子波束扫描跟踪,多种频段、多种口径平板阵列系列天线,CTI-CM60-Ku2304,型动中通天线,工作频率：,Ku,波导单元，波导、带线混合馈电,收发增益：均大于,36.5dB,G/T,值：,13.0dB/K,跟踪方式：电子波束扫描跟踪,双线极化自动极化调整,CTI-CM60-Ku/Ka2304,型动中通天线,卫星通信阵列天线研究现状,1,、机械扫描阵列天线,2021-10-12,16,工作频段：,Ku,频段,平板波导喇叭阵列天线,等效,0.9,米天线,收发增益大于,38.5dB,双线极化,T650,低轮廓动中通天线,工作频率：,Ku,频段,等效,0.6,米天线,波导喇叭阵列天线,收发增益：均大于,35.5dB,G/T,值：,13.0dB/K,双线极化,T900,低轮廓动中通天线,卫星通信阵列天线研究现状,1,、机械扫描阵列天线,双极化机电混扫天线,2,、机电混扫阵列天线,2021-10-12,17,频率：,20.6GHz,21.2GHz,采用串馈的微带阵列天线,G/T,值：,5dB/K,交叉极化：,20dB,天线倾角,40,俯仰扫描范围,20-55,阵面高度,220mm,，直径,850mm,接收,K,频段，发射,Ka,频段,收发阵面分开,采用并馈的微带阵列天线,方位机扫,0-360,俯仰电扫,10-80,G/T,值,=4dB/K,，,EIRP=38dBW,卫星通信阵列天线研究现状,2021-10-12,18,采用混合机械与电子扫描技术,Ku,频段收发共用,行波阵，微带与波导混合馈电,G/T,值大于,9dB/K,增益大于,31dBi,电扫范围,20-70,度,天线直径小于,820mm,Ku,频带只用于接收,行波波导缝隙天线,G/T,值大于,9dB/K,电扫范围,20-70,天线高度,125mm,天线尺寸,560560mm,卫星通信阵列天线研究现状,2,、机电混扫阵列天线,2021-10-12,19,Ku,频段一维相控,阵天线,技术特点,收发共用的,双极化,波导,天线,错位倾斜排布的布阵技术,低损耗低剖面双层馈电技术,小型化双工器技术,工作频段：,Ku,等效口径：,0.6,米,俯仰,面电扫：,20-70,方位面,机扫：,0-360,G/T,值：,10.5dB/K,尺寸：,1150mm225mm,卫星通信阵列天线研究现状,2,、机电混扫阵列天线,3,、两维有源相控阵天线,采用波导加载介质单元,用于,EHF,频段发射,光纤传输数字信号,用于,B2,与,AEHF,星地数传,扫描范围,60,AEHF,相控阵天线,2021-10-12,20,美国诺格公司,SATANA,Program,，,Ka,频段一体化高集成度相控阵天线,Ka,频段，收发共用,基于,17,层,LTCC,技术,集成天线、射频、频综等,采用微带贴片天线,采用数字处理体制,扫描范围,60,卫星通信阵列天线研究现状,Ku,频段,微带贴片天线,基于,MMIC,射频集成设计,增益大于,20dB,G/T,值,-6dB/K,扫描范围,60,直径：,300mm,2021-10-12,21,NATALIA方案,卫星通信阵列天线研究现状,3,、两维有源相控阵天线,2021-10-12,22,两维卫星通信相控阵天线,S,频段低剖面卫星通信相控阵天线,Ku,频段低剖面卫星通信相控阵天线,S,频段收发共用,扫描范围大于,60,G/T,值大于,-17dB/K,EIRP,值,20dBW,尺寸,400mm45mm,重量小于,8Kg,卫星通信阵列天线研究现状,3,、两维有源相控阵天线,2021-10-12,23,国内其他两维卫星通信相控阵天线,10,所,Ka,频段机间链相控阵天线；,29,所,Ka,频段星载相控阵工程样机；,成都雷电微力公司,Ka,频段毫米波天线；,北京中航航空电子公司,S/Ka,频段一体化多波束相控阵天线；,航天五院,Ka,频段星间链相控阵天线。,成都雷电微力公司某毫米波天线,10,所,20GHz,卫星通信接收相控阵天线,29,所,27GHz,卫星通信发射相控阵天线,卫星通信阵列天线研究现状,3,、两维有源相控阵天线,单通道砖块式,多通道砖块式,多通道瓦片式,多通道芯片化,2021-10-12,24,3,、两维有源相控阵天线,-,有源射频器件,卫星通信阵列天线研究现状,VICTS,天线,ThinCom,公司,CTS,天线,4,、新型天线,2021-10-12,25,Ku,频段，收发分开,采用,VICTS,天线形式,G/T,值大于,12.7dB/K,EIRP,值大于,44.5dBW,扫描范围,20-70,尺寸：,1500mm1000mm110mm,重量小于,50Kg,卫星通信阵列天线研究现状,超材料天线,KyMeta,公司,Ka,超材料相控阵天线,4,、新型天线,2021-10-12,26,利用PIN管代替移相器实现低本钱两维扫描,收发天线分置,天线形式为波导缝隙,采用,PIN管代替,移相器扫描,扫描范围大于,60,可与载体平台共形,高度小于,50mm,卫星通信阵列天线研究现状,主要内容,2021-10-12,27,卫星通信阵列天线关键技术,A,、机械扫描阵列天线技术,2021-10-12,28,1,、收发共用阵列天线设计技术,为提高天线的孔径效率，需采用收发共用的阵列天线。如何设计频段能覆盖收发频段的天线单元及组阵形式是关键技术之一。,2021-10-12,29,波导单元,微带单元,波导缝隙单元,卫星通信阵列天线关键技术,2,、双极化低损耗馈电技术,对于双极化收发共用阵列天线，大规模的馈电网络将带来较大的损耗。,选用低损耗的混合馈电网络；,双极化馈电网络的设计,2021-10-12,30,SIW,馈电网络,微带馈电,网络,波导类馈电网络,卫星通信阵列天线关键技术,3,、高精度跟踪技术,实现良好跟踪性能一般采用如下方法：,采用高精度惯导系统，利用程序引导跟踪；,采用单脉冲自跟踪体制，利用和或差信号跟踪卫星的信标和通信信号。,较好的措施是：采用低本钱的惯导和跟踪接收机，利用电子波束扫描跟踪体制，可实现高精度的跟踪。,2021-10-12,31,卫星通信阵列天线关键技术,B,、相扫天线技术,2021-10-12,32,卫星通信阵列天线关键技术,1,、宽角扫描阵列天线设计技术,在相控阵天线系统中，由于采用了电子扫描技术而无需机械转动，故天线单元的宽角宽带特性决定着本天线系统的整体性能。,2021-10-12,33,卫星通信阵列天线关键技术,2,、低损耗馈电与射频集成技术,低损耗天线馈网与射频一体化设计技术可减小设备量，提高总体性能。,将“子阵为根本单元进行设计，内含辐射单元、馈电网络和低噪声放大器等模块,馈电网络的插损尽量低，布局尽量简单，且易集成化设计,有源器件需模块化设计，如采用MMIC或LTCC等技术,对于低剖面天线，采用层压的方式排布有源与无源模块,2021-10-12,34,卫星通信阵列天线关键技术,3,、相控阵天线高精度跟踪技术,单脉冲跟踪体制在信噪比较高时才能工作。信噪比较低时通常采用圆锥扫描跟踪体制，又分为机械抖动扫描和电子波束扫描的两种，国外产品采用机械抖动扫描跟踪，动态跟踪精度较低，可靠性较差；采用电子波束扫描的跟踪体制，是实现快速高精度跟踪的更好方法。,2021-10-12,35,卫星通信阵列天线关键技术,4,、高效散热技术,两维有源相控阵天线采用了分布式有源器件，散热层应主要置于热源