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从卫星应用大会看卫通天线发展趋势

2018-12-05 来源:仙客林作者:张小君 我要评论(0) 字号:

1、概述

随着空间技术的不断发展,航天产业的商业化,小卫星和小火箭因制造和发射成本低、技术更新快、便于规模化制造等特点,得到快速的发展。据统计,2017年全球发射500Kg以下小卫星达310颗,美国行星公司的“鸽群”卫星计划、“乌鸦座-广覆盖”卫星计划、SpaceX公司的星链计划、中国鸿雁星座计划等,势必将商业航天推向发展的顶峰,也必将推动商业航天各个领域产业发展,尤其在卫星应用领域的导航、通信、遥感领域将带来飞跃式发展,并将催生下载app绑定账号送彩金、更广的尖端技术。

随着中星16正式宣布运营,中国高通量卫星商业化运营的大门也正式拉开,中国卫通将陆续在2019年发射中星18号高通量卫星,计划2021年前后超大容量同步轨道高通量卫星,以增强国土、海洋的覆盖和实现“一带一路”的基本覆盖能力,在轨高通量卫星系统容量约为400Gbps。

未来高通量卫星及低轨Ka星座的发展将给通信服务产生质的改变,Ka互联网和电视直播、WIFI区域覆盖、远程教育、4G应急、双盲演练、船载宽带服务、机载宽带服务、热点直播、专用网络平台、物联网等将从电信级网络向天地一体化卫星宽带网络过渡,实现“海、陆、空”立体化业务发展的新格局。

2、卫通地面终端分类

地面用户终端系统天线有固定站和移动站两大部分,其中固定站天线口径大,传输速率高,不能移动中使用,常用与做主站和中继站使用。移动站由于机动灵活的特点,在车载、船载、机载领域应用非常广泛,其中便携站天线和动中通天线作为应用最广泛的移动站天线,在天线领域受到最高的关注和最广泛的应用。

随着新技术的发展、新材料的广泛应用、制造水平的不断提升,各类设备及组件向轻量化、微小型发展,天线的发展也更趋于集成化、模块化、易共形、低剖面、高性能发展。天线由传统的机械扫描抛物面天线,逐渐向机械扫描平板天线、电子扫描逐步发展。

3、便携站天线

便携式卫星通信设备是针对卫星新闻采集、单兵作战、应急通信开发的便携式天线。便携式天线系统具有体积小、重量轻、便于携带、可靠性高、操作简便等优点。完成对星过程小于3分钟。单兵便携式卫星通信设备主要完成图像、视频、话音、数据的远程通信功能,环境适应能力强,高品质、高可靠是它的第一要求。便携式卫星通信设备主要应用在政府应急部门、新闻媒体、公安、消防、边防、人防、气象、武警、军队等行业应急通信中发挥了巨大作用。

3.1 具备功能

 a) 天线具有自动展开、对星、收藏功能;
 b) 在必要时也可采用手动方式对星,主要应用在部分设备出现问题时采用;
 c) 自动定位(当地经纬度、天线角度、倾斜、横滚角度);
 d) 自动捕获卫星(一键通功能);
 e) 自动跟踪,跟踪精度优于1/8接收波束宽度;
 f) 自动跟踪,基于跟踪接收机、GPS和各种传感器的自动捕获、精确跟踪和稳定保持对准卫星。

3.2 具有特点

 a) 手持机屏显示、人机界面友好,并提供跟踪过程数据显示;
 b) 方便的一键式对星,电动极化控制;
 c) 整机体积小、重量轻、行李箱或布袋包装,便于携带和背负;
 d) 全部操作由一名技术人员通过手持机即可操作完成;
 e) 嵌入式控制系统,并提供手动控制功能;
 f) 系统采用卫星信标接收机或DVB接收机,即可利用卫星信标跟踪,也可利用星上的DVB信号跟踪,这样就提高了天线的跟踪精度与可靠性。

3.2 典型产品介绍

0.75米便携站(中电54所)

0.5米背包站(易恒通信)

3.4 便携站天线发展趋势

便携站自身的便携市场需求定位决定了其必须满足体积小、重量轻、使用便捷的特点,便携站特别是手动便携站整体技术门槛低,抛物面架构产品高度同质化,竞争激烈,同时一定程度体现了以下的发展趋势:

1) 向高频发展:覆盖Ka频段的产品越来越多;
2) 一体化高度集成:天线、射频、Modem、电源一体化集成,同时集成GPS定位、基座校正、WIFI等功能;
3) 天线轻小化:这是便携站一直下功夫的方向,某款手动便携站只有8kg;
4) 平板化:有几家公司一直在坚持平板化路线,小君一直坚信若干年后卫星终端的形态就是类似笔记本那样,便携轻巧;
5) 工业化设计:便携站毕竟直接由人随身携带使用,工业化设计愈加重视;
6) 射频与馈源一体化:将天线馈源接口与射频部分直接在结构上前后一体化。

4、动中通天线

动中通天线天线系统可方便安装在移动载体上,可以在安装平台移动条件下保持对卫星的跟踪。动中通天线通常有抛物面、削边抛物面、平板阵列之分,电扫天线后面单独说。具体采用哪种形式与安装平台、性能要求、费用密切相关,比如船载由于安装空间大,采用抛物面多,比如机载除部分直升机或无人机采用抛物面,整体还是取向可以低剖面气动共形的平板天线,车载天线倾向使用平板天线。

4.1 功能及特点

 a) 高增益、低旁瓣、低交叉极化等优良电气性能;
 b) 面板精度高、重量轻、刚度好、三防好、环境适应性强;
 c) 精密传动,在高速机动下增强快速对星功能;
 d) 配备高精度定位、定向装置,实现全自动对星;遮挡丢星后3-5秒能及时捕捉重新工作;
 e) 天线和外形尽可能和移动载体共形流线型设计,提高空气动力学性能。

4.2 典型产品介绍

4.3 动中通天线发展趋势

由于涉及伺服控制和跟踪技术,能够独立研发动中通的厂家整体数量比便携站要少,展会动中通产品明显少于便携站天线,Ku动中通已经非常成熟,Ka动中通产品尚不多。展会产品整体新意不多,多是老面孔,具体趋势如下:

1) 向高频发展:国内独立研发Ka产品尚不多,且平板天线个别指标还存在差距;
2) 双频馈源技术:某单位展示了Ku/Ka双频动中通,采用同馈技术;
3) 电扫天线技术:电扫天线成为产品发展的新趋向,但距离实际批量低成本应用还有不少差距,特别是国内对标Kymeta、Isotropic、Phasor等的企业还有很大差距,但是未来大趋势。

5、总结

未来几年,卫星空间部署数量和容量将迅速增加,对于地面终端的需求也越来越大,特别是随着国家一带一路战略的推进,卫星通信天线将面临非常好的发展机遇。笔者梳理了卫通天线产品涉及几项关键技术罗列如下:

(1) 平板天线低旁副瓣技术;
(2) 宽带微带阵列天线技术;
(3) 适用于低成本的稀疏阵技术;
(4) 一体化低剖面技术;
(5) 平板收发共口径技术;
(6) 适用于星座的多波束技术;
(7) 极化切换实现技术;
(8) 低轴比宽带高性能馈源技术;
(9) 机电复合扫描技术。

仅供参考。

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