ka／ku双频段“动中通”移动卫星通信地球站的系统设计及其重要性

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1、Ka／Ku双频段“动中通”移动卫星通信地球站的系统设计及其重要性Ka／Ku双频段“动中通”移动卫星通信地球站的系统设计及其重要性Ka／Ku双频段“动中通”移动卫星通信地球站的系统设计及其重要性Ka／Ku双频段“动中通”移动卫星通信地球站的系统设计及其重要性总第123期测控与通信Ka/Ku双频段”动中通”移动卫星通信地球站的系统设计及其重要性路远程金博康学海(中国电子科技集团公司第39研究所西安710065)摘要新研制的Ka/Ku双频段移动卫星通信地球站采用伪单脉冲自跟踪体制和陀螺稳定环隔离速度扰动技术,集”XXXX星地面应用”和”xx网”为一体,双网合一,综合业务与抗干扰业务合一,Ka与K

2、u频段共用一套天线,实现了真正意义的一车多用功能.关键词双频天线动中通移动卫星通信抗干扰1引言由于短波通信难以实现大容量信息传输:传统的散射通信,微波通信设备装载在运动载体上,当飞机高速巡航和舰艇在瞬息万变的海上泊航时,通信双方天线很难做到时刻对准,且中断后恢复时间较长,难以实现不问断通信.而以自动跟踪,智能化天线快捕技术为基础的”动中通”移动卫星通信系统能够克服载体扰动,即使载体在非常颠簸的条件下运动,天线也能始终准确指向卫星,确保通信信道畅通.近几年来,国内已在Ku频段研制出了车载,机载”动中通”移动卫星通信地球站.随着毫米波技术的发展,卫星通信应用频段已向着大容量,高频段扩展.由于X

3、X星已经搭载了Ka频段试验转发器,并且已经进行了各种传输试验,因此,在我国采用Ka频段进行卫星通信成为可能.另外,与L,S,C,X,Ku频段相比,毫米波频率具有很强的抗闪烁能力,电波在核爆炸后能快速恢复正常,因而Ka波段在军事通信领域受到高度重视.为实现一车多用,双频共用,降低成本,我所两年前就开始Ka/Ku双频段移动卫星通信地球站的研制,并已取得重要成果.研制的Ka/Ku双频段移动卫星通信地球站利用一套天线馈源可工作于同一颗卫星上的Ka/Ku转发器,也可应用在不同卫星的Ka或Ku的转发器上.2Ka/Ku双频段的关键技术与隔离载体扰动分析就卫星通信业务而言,”动中通”移动卫星通信系统与固定

4、卫星通信系统没有质的区别.所不同的是安装在运动载体上的移动卫星通信系统,由于载体的机动性很强,航路不断变化,受气流或路况的影响,载体随时会产生偏航,纵摇和横滚,导致通信天线在方位,俯仰和极化方向产生扰动,这些扰动变化将导致天线波束偏离卫星,造成电平下降甚至通信中断.载体姿态的变化还会引起线极化天线极化面的旋转,在双线极化频率复用系统中会使电波的交叉极化鉴别率恶化,造成两个线极化波之间发生相互干扰.2.1Kau双频天线的关键技术要使装载在运动载体上的卫星通信系统具备Ku/Ka双频段的”动中通”能力,必须设法解决以下关键技术:收稿日期:2008年11月10日测控与通信2008年第4期1)如何保

5、证运动载体在严重颠簸状态下行驶时天线电轴始终指向卫星,确保卫星通信链路畅通;2)如何在运动中获取载体的姿态数据,建立天线的控制基础,实现天线快速捕获目标;3)如何实现Ka/Ku双频共用辐射器,使辐射器同时工作在Ku收发,Ka收发和跟踪三种工作模式;4)如何实现宽频带,低损耗Ka/Ku双频共用天线罩;5)如何实现天线Ka/Ku双频切换.2.2天线隔离载体扰动的方式天线系统隔离载体扰动的方式有多种,几种隔离方式的跟踪(指向)精度,指向速度,实时性列于表1,经过比较论证我们采用的是伪单脉冲闭环跟踪体制.表1几种隔离载体扰动方式的比较跟踪方式静态跟踪精度指向速度跟踪实时性经济性单脉冲自跟踪方式≤1

6、/25接收波束宽度较快强一般圆锥扫描方式≤1/15接收波束宽度一般较强一般机械与电扫混合平面天线≤1/7接收波束宽度慢一般低电子波束扫描(EBS)与单脉冲相当快强昂贵利用惯性器件开环指向≤1/7接收波束宽度快一般较高2-3伪单脉冲自跟踪原理简述圆波导TEl1和TE2l模单脉冲自跟踪系统的关键部件之一是天馈子系统中的TE2l模跟踪器,这种自跟踪是利用主模(TE1】模,也叫和模)的单峰特性和高次模(TE21模,也叫差模)的双峰特性产生误差信号的.当天线对准目标时,目标信号在天馈子系统中仅激励起和模信号且能量最强;当目标偏离天线电轴时,能同时激励起和模信号和差模信号,其中和模信号用于通信并作为跟

7、踪通道的参考信号,差模信号作为跟踪的误差信号.误差信号的大小确定了目标偏离电轴的程度,差信号与和信号的相位关系确定了偏离目标的方向.差信号经/0调相后与和信号部分能量合成并送入跟踪接收机,接收机通过放大,变频,同步检波等处理,输出一个与偏离电轴角度成比例的直流误差电压,伺服控制分机则根据误差电压的幅度和极性,控制天线朝减小这一误差的方向转动去消除这一误差,实现对目标的自动跟踪.3Ku/Ka双频段移动卫星通信地球站3.1系