[实用新型]一种机械式自动极化调节装置及动中通天线系统

说明书

技术领域

本实用新型的机械式自动极化调节装置及动中通天线系统属于无线通 信系统中的卫星移动通信(即“动中通”)领域，用于自动调节卫星移动 通信地面站天线(即“动中通天线”)线极化电磁波信号的极化方向，与 卫星转发器上/下行信号极化匹配，使动中通天线得以精准跟踪卫星。

背景技术

卫星通信是以人造卫星作为中继站的无线电通信，由卫星和地球站两 部分组成。通常，卫星通信系统分为两大类，一是固定卫星通信系统，指 借助于空间卫星转发器、在地球表面固定位置(地球站)与一个或多个卫 星间的无线通信方式，如边远地区的卫星电视教育，固定卫星通信采用静 中通天线；二是移动卫星通信系统(即动中通系统)，指借助于空间卫星转 发器、在地面移动站与固定地面站或移动站与移动站之间提供的通信链路， 如远洋轮船实时接收卫视节目，移动卫星通信采用动中通天线。移动卫星 通信系统中，地面移动站载体(如车辆、轮船、飞机等)运动过程会出现 摇摆、颠簸、转弯等状况，载体上天线的姿态也随之不断变化；由于同步 轨道卫星转发器收、发电磁波信号的极化方向是恒定的，地面站动中通天 线姿态的任何变化必然造成与转发器间电磁波的极化失配，即转发器与动 中通天线工作极化存在一个极化角度，降低电磁波能量传输效率，结果是 导致卫通信号电平剧烈波动、天线不能锁定卫星或出现严重的邻星干扰效 应。因此，动中通天线在通信过程中必须保持与转发器的极化匹配，自动 极化跟踪技术也成为移动卫星通信系统的关键技术之一。

自动极化跟踪装置即用于实现与转发器极化的自动匹配。基于通信卫 星星位参数、载体经纬度及天线内置陀螺仪输出的姿态信息，动中通天线 主控计算机计算出天线当前极化角度，并发出指令驱动自动极化跟踪装置 将电磁波分解为幅度不同的水平和垂直两种正交极化信号分量，经过独立 馈电网络传输后，幅度受控的正交极化信号最终在向自由空间辐射前合成 为一个线极化波，且极化角与转发器固有的极化角度相同；此时，主极化 信号强度最大、而相对正交的极化分量(通常是干扰信号)得到有效抑制。 实际应用中，有电调式和机械式两大类自动极化跟踪装置；电调式自动极 化跟踪装置采用LNA、可调衰减器、可调移相器及合路器等电子器件控制 正交信号电平的高低；机械式自动极化跟踪装置由正交模耦合器、极化调 节器、波导同轴转换器和电机等主要功能部件构成，由电机转动极化调节 器来控制两路极化垂直正交的电磁波信号幅度。自动极化跟踪装置的主要 性能指标是：工作频段宽度，对两路正交极化信号幅度的控制精度，交叉 极化隔离度，传输损耗等。

图1给出了一种机械式馈源旋转极化控制装置工作原理示意图。该技术 利用了反射面天线及其馈源的圆对称性辐射机理和卫星转发器上/下行电 磁波信号极化相互垂直正交的特点，通过主控计算机直接控制极化电机的 转动达到自动极化跟踪目的。跟踪工作模式时，主控计算机根据姿态传感 器输出和星位、经纬度地理信息参数计算出天线的当前极化角，与转发器 固有极化角度比较得出动态条件下的极化角误差值，以此驱动极化电机带 动馈源反向旋转一定角度，补偿该极化误差。卫星通信中的上/下行信号相 互正交，若旋转馈源至主极化与发射频段信号匹配时、其正交极化自动与 接收频段信号的极化方向一致，且相互具有较高的隔离度。该装置是通过 极化电机直接转动馈源进行极化角匹配，仅适用于体积较大的圆口径反射 面动中通天线，不能在诸如平板天线、环焦天线等低轮廓、非圆口径的动 中通天线上使用，应用范围严重受限。

另一种机械式极化跟踪器装置如图2所示。该装置采用前、后两端正交 模耦合器布局方式，分别连接天线和接收设备，且正交模耦合器内置调相 机构，圆波导关节旋转调节电磁波极化角度。工作原理：动中通天线接收 任意极化角电磁波信号，分解为幅度不同的垂直和水平两种正交极化分量、 同时进入极化跟踪装置，正交信号经前端正交模耦合器迭加成线极化波， 圆波导关节带动后端正交模耦合器旋转、找出与空间电磁波极化角相对应 位置，后端正交模耦合器则将已完成极化矢量合成的信号输出至接收机。 该装置中，为保持极化跟踪器两个输入端口到输出端口间具有相同的电长 度，需通过调相机构修正两个输入极化信号分量的相位差。该装置采用了 类似销钉、介质片等调相机构来抵消交叉极化分量，对频率变化较敏感。 不能满足卫星通信全频段范围内对正交极化信号更高的抑制要求，或者是 符合卫通极化隔离度指标的工作频段受限。

实用新型内容