衛(wèi)星通信陣列天線技術(shù)-杜彪

中國電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所2021年10月主講人：杜彪內(nèi)部2021-10-121主要內(nèi)容2021-10-122主要內(nèi)容2021-10-123概述衛(wèi)星移動(dòng)通信1、衛(wèi)星通信陣列天線應(yīng)用背景2021-10-124移動(dòng)載體：汽車、艦船、飛機(jī)、導(dǎo)彈等平臺(tái)。2021-10-1251、衛(wèi)星通信陣列天線應(yīng)用背景概述2、動(dòng)中通陣列天線開展過程2006年，以色列RaySat公司推出多組片平板陣列天線；2021年，單片：E70002021年，以色列Starling公司研制出平板陣列天線系列產(chǎn)品；2021年，國內(nèi)中國電科54所研制出了車載低輪廓Ku頻段0.6米平板陣列天線；2021年，國內(nèi)中國電科54所研制出了S頻段二維相控陣天線。機(jī)械掃描機(jī)電混掃兩維電掃2021-10-126概述主要內(nèi)容2021-10-1271、陣列天線概念衛(wèi)星通信陣列天線簡介陣列天線是指多個(gè)單元天線在一個(gè)平面或曲面上，按照一定的規(guī)律或隨機(jī)分布進(jìn)行布局排列，并通過饋電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信號(hào)合成的天線型式。單元型式：微帶貼片、波導(dǎo)口、縫隙、對稱陣子、螺旋等。陣列天線方向圖主要由單元方向圖和陣列因子的乘積決定。陣列天線方向圖計(jì)算公式：2021-10-1282、陣列天線分類機(jī)械掃描陣列天線平面波導(dǎo)陣列天線、微帶陣列天線等天線單元直接饋電網(wǎng)絡(luò)合成后接放大器機(jī)電混掃天線一維有源相控陣天線、多組片天線等兩維相控陣天線低剖面共形相控陣天線、寬帶相控陣天線等天線單元直接T/R組件，再通過網(wǎng)絡(luò)合成。2021-10-129衛(wèi)星通信陣列天線簡介3、跟蹤體制選擇程序跟蹤開環(huán)跟蹤，跟蹤精度較低，可作為初始捕獲。步進(jìn)跟蹤最大值跟蹤，不適合快速移動(dòng)的天線系統(tǒng)。電子波束掃描跟蹤波束跟蹤迅速，跟蹤精度較高，多和機(jī)械掃描相結(jié)合。單脈沖跟蹤零值跟蹤，跟蹤精度高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，本錢高。2021-10-1210衛(wèi)星通信陣列天線簡介主要內(nèi)容2021-10-1211衛(wèi)星通信陣列天線研究現(xiàn)狀StarCar機(jī)載平板天線-MijetLite1、機(jī)械掃描陣列天線2021-10-1212MIJET天線Ku頻段平板天線，現(xiàn)應(yīng)用于波音737、空客等飛機(jī)。工作頻率：Ku采用平面波導(dǎo)陣列天線微帶和波導(dǎo)混合饋電網(wǎng)絡(luò)EIRP：44dBWG/T值：11dB/K高度190mm；重量27KgK/Ka等頻段平板天線2021-10-1213機(jī)載點(diǎn)對點(diǎn)衛(wèi)通天線整機(jī)圖K頻段和X頻段平面陣列天線采用分置的兩片平板縫隙天線采用兩維機(jī)掃的方式K波段〔20GHz〕接收，G/T值0dBKKa頻段〔30GHz〕發(fā)射，增益30dBi工作頻段為X波段天線形式為波導(dǎo)縫隙陣列接收增益27dB，發(fā)射增益28dB實(shí)現(xiàn)收發(fā)共用且雙圓極化信號(hào)形式整機(jī)高度304mm，天線高度254mm；天線直徑820mm美國衛(wèi)星通信陣列天線研究現(xiàn)狀1、機(jī)械掃描陣列天線2021-10-1214平面陣列天線StealthRay系列StealthRayTM5000內(nèi)部排布E7000天線Ku頻段收發(fā)微帶陣列天線分置兩維機(jī)掃接收G/T值≥7dB/K發(fā)射EIRP值≥43.6dBW天線尺寸：1150×900×210mm3等效口徑：0.6m一片波導(dǎo)陣列，收發(fā)共用增益：發(fā)36dB，收35dB

G/T值：13dB/KEIRP值：52dBW

尺寸：Ф1300×

300mm3衛(wèi)星通信陣列天線研究現(xiàn)狀1、機(jī)械掃描陣列天線2021-10-1215工作頻段：Ku/Ka頻段天線形式：平板陣列天線天線增益：等效0.6米天線體積：≤Φ1350mm×320mm跟蹤方式：電子波束掃描跟蹤多種頻段、多種口徑平板陣列系列天線CTI-CM60-Ku2304型動(dòng)中通天線工作頻率：Ku波導(dǎo)單元，波導(dǎo)、帶線混合饋電收發(fā)增益：均大于36.5dBG/T值：13.0dB/K跟蹤方式：電子波束掃描跟蹤雙線極化自動(dòng)極化調(diào)整CTI-CM60-Ku/Ka2304型動(dòng)中通天線衛(wèi)星通信陣列天線研究現(xiàn)狀1、機(jī)械掃描陣列天線2021-10-1216工作頻段：Ku頻段平板波導(dǎo)喇叭陣列天線等效0.9米天線收發(fā)增益大于38.5dB雙線極化T650低輪廓?jiǎng)又型ㄌ炀€工作頻率：Ku頻段等效0.6米天線波導(dǎo)喇叭陣列天線收發(fā)增益：均大于35.5dBG/T值：13.0dB/K雙線極化T900低輪廓?jiǎng)又型ㄌ炀€衛(wèi)星通信陣列天線研究現(xiàn)狀1、機(jī)械掃描陣列天線雙極化機(jī)電混掃天線2、機(jī)電混掃陣列天線2021-10-1217頻率：20.6GHz～21.2GHz采用串饋的微帶陣列天線G/T值：5dB/K交叉極化：>20dB天線傾角40°俯仰掃描范圍20-55°陣面高度220mm，直徑850mm接收K頻段，發(fā)射Ka頻段收發(fā)陣面分開采用并饋的微帶陣列天線方位機(jī)掃0-360°俯仰電掃10-80°G/T值=4dB/K，EIRP=38dBW衛(wèi)星通信陣列天線研究現(xiàn)狀2021-10-1218Ku頻段收發(fā)共用行波陣，微帶與波導(dǎo)混合饋電G/T值大于9dB/K增益大于31dBi電掃范圍20-70度天線直徑小于820mmKu頻帶只用于接收行波波導(dǎo)縫隙天線G/T值大于9dB/K電掃范圍20-70°天線高度125mm天線尺寸560×560mm衛(wèi)星通信陣列天線研究現(xiàn)狀2、機(jī)電混掃陣列天線2021-10-1219Ku頻段一維相控陣天線工作頻段：Ku等效口徑：0.6米俯仰面電掃：20-70°方位面機(jī)掃：0-360°G/T值：≥10.5dB/K尺寸：Φ1150mm×225mm衛(wèi)星通信陣列天線研究現(xiàn)狀2、機(jī)電混掃陣列天線3、兩維有源相控陣天線采用波導(dǎo)加載介質(zhì)單元用于EHF頻段發(fā)射光纖傳輸數(shù)字信號(hào)用于B2與AEHF星地?cái)?shù)傳掃描范圍±60°AEHF相控陣天線2021-10-1220美國諾格公司SATANA

Program，Ka頻段一體化高集成度相控陣天線衛(wèi)星通信陣列天線研究現(xiàn)狀Ku頻段微帶貼片天線基于MMIC射頻集成設(shè)計(jì)增益大于20dBG/T值≥-6dB/K掃描范圍±60°直徑：≤300mm2021-10-1221NATALIA方案衛(wèi)星通信陣列天線研究現(xiàn)狀3、兩維有源相控陣天線2021-10-1222兩維衛(wèi)星通信相控陣天線S頻段低剖面衛(wèi)星通信相控陣天線Ku頻段低剖面衛(wèi)星通信相控陣天線S頻段收發(fā)共用掃描范圍大于±60°G/T值大于-17dB/KEIRP值20dBW尺寸Φ400mm×45mm重量小于8Kg衛(wèi)星通信陣列天線研究現(xiàn)狀3、兩維有源相控陣天線2021-10-1223國內(nèi)其他兩維衛(wèi)星通信相控陣天線10所——Ka頻段機(jī)間鏈相控陣天線；29所——Ka頻段星載相控陣工程樣機(jī)；成都雷電微力公司——Ka頻段毫米波天線；北京中航航空電子公司——S/Ka頻段一體化多波束相控陣天線；航天五院——Ka頻段星間鏈相控陣天線。成都雷電微力公司某毫米波天線10所20GHz衛(wèi)星通信接收相控陣天線29所27GHz衛(wèi)星通信發(fā)射相控陣天線衛(wèi)星通信陣列天線研究現(xiàn)狀3、兩維有源相控陣天線單通道磚塊式多通道磚塊式多通道瓦片式多通道芯片化2021-10-12243、兩維有源相控陣天線-有源射頻器件衛(wèi)星通信陣列天線研究現(xiàn)狀VICTS天線ThinCom公司CTS天線4、新型天線2021-10-1225Ku頻段，收發(fā)分開采用VICTS天線形式G/T值大于12.7dB/KEIRP值大于44.5dBW掃描范圍20-70°尺寸：1500mm×1000mm×110mm重量小于50Kg衛(wèi)星通信陣列天線研究現(xiàn)狀超材料天線KyMeta公司Ka超材料相控陣天線4、新型天線2021-10-1226利用PIN管代替移相器實(shí)現(xiàn)低本錢兩維掃描收發(fā)天線分置天線形式為波導(dǎo)縫隙采用PIN管代替移相器掃描掃描范圍大于±60°可與載體平臺(tái)共形高度小于50mm衛(wèi)星通信陣列天線研究現(xiàn)狀主要內(nèi)容2021-10-12272021-10-12282021-10-1229波導(dǎo)單元微帶單元波導(dǎo)縫隙單元對于雙極化收發(fā)共用陣列天線，大規(guī)模的饋電網(wǎng)絡(luò)將帶來較大的損耗。選用低損耗的混合饋電網(wǎng)絡(luò)；雙極化饋電網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)2021-10-1230SIW饋電網(wǎng)絡(luò)微帶饋電網(wǎng)絡(luò)波導(dǎo)類饋電網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)良好跟蹤性能一般采用如下方法：采用高精度慣導(dǎo)系統(tǒng)，利用程序引導(dǎo)跟蹤；采用單脈沖自跟蹤體制，利用和或差信號(hào)跟蹤衛(wèi)星的信標(biāo)和通信信號(hào)。較好的措施是：采用低本錢的慣導(dǎo)和跟蹤接收機(jī)，利用電子波束掃描跟蹤體制，可實(shí)現(xiàn)高精度的跟蹤。2021-10-12312021-10-12322021-10-12332021-10-1234單脈沖跟蹤體制在信噪比較高時(shí)才能工作。信噪比較低時(shí)通常采用圓錐掃描跟蹤體制，又分為機(jī)械抖動(dòng)掃描和電子波束掃描的兩種，國外產(chǎn)品采用機(jī)械抖動(dòng)掃描跟蹤，動(dòng)態(tài)跟蹤精度較低，可靠性較差；采用電子波束掃描的跟蹤體制，是實(shí)現(xiàn)快速高精度跟蹤的更好方法。2021-10-1235兩維有源相控陣天線采用了分布式有源器件，散熱層應(yīng)主要置于熱源的周圍或有源單元層的下方，并且與熱源器件之間保持良好的熱傳導(dǎo)，以到達(dá)高效散熱效果。2021-10-1236主要內(nèi)容2021-10-1237開展與未來1、陣列天線性