卫星通信阵列天线技术杜彪.ppt
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1、卫星通信阵列天线技术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中国电子科技集团公司第五十四研究所2014年年10月月主讲人:杜主讲人:杜 彪彪内部内部2014-10-121概述概述卫星通信阵列天线简介卫星通信阵列天线简介卫星通信阵列天线研究现状卫星通信阵列天线研究现状卫星通信阵列天线卫星通信阵列天线关键技术关键技术 发展与未来发展与未来主要内容主要内容2014-10-122主要内容主要内容2014-10-123概述概述卫星通信阵列天线简介卫星通信阵列天线简介卫星通信阵列天线研究现状卫星通信阵列天线研究现状卫星通信阵列天线卫星通信阵列天线关键技术关键技术 发展与未来发展与未来1 1概
2、概 述述在移动载体上,随时随地与卫星通信,已成为军民两用应在移动载体上,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卫星移动通信系统的关键技术之一是天线技术天线技术,动中通天,动中通天线技术是近些年研究热点之一。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、动中通天线型式:反射面天线、透镜天线、阵列天线阵列天线。卫星移动通信卫星移动通信1 1、卫星通信阵列天线应用背景、卫星通信阵列天线应用背景2014-10-124移动载体:移动载体:汽车、舰船、飞机、导弹汽车、舰船、飞机、导弹等平台。等平台
3、2014-10-1251 1、卫星通信阵列天线应用背景、卫星通信阵列天线应用背景1 1概概 述述2 2、动中通阵列天线发展过程、动中通阵列天线发展过程20062006年,以色列年,以色列RaySatRaySat公司推出多组片平板阵列天线;公司推出多组片平板阵列天线;20102010年,单片:年,单片:E700020092009年,以色列年,以色列StarlingStarling公司研制出平板阵列天线系列产品;公司研制出平板阵列天线系列产品;20102010年,国内年,国内中国电科中国电科5454所所研制出了车载低轮廓研制出了车载低轮廓KuKu频段频段0.60.6米平板阵列天线;米平板阵列天线
4、20142014年,国内年,国内中国电科中国电科5454所所研制出了研制出了S S频段二维相控阵天线。频段二维相控阵天线。机械扫描机械扫描机电混扫机电混扫两维电扫两维电扫2014-10-1261 1概概 述述主要内容主要内容2014-10-127概述概述卫星通信阵列天线简介卫星通信阵列天线简介卫星通信阵列天线研究现状卫星通信阵列天线研究现状卫星通信阵列天线卫星通信阵列天线关键技术关键技术 发展与未来发展与未来1 1、阵列天线概念、阵列天线概念2 2卫星通信阵列天线简介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阵列天线是指多个单元天线在一个平面或曲面上,
5、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。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。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:阵列天线方向图计算公式:2014-10-1282 2、阵列天线分类、阵列天线分类u机械扫描阵列天线机械扫描阵列天线平面波导阵列天线、微带阵列天线等平面波导阵列天线、微带阵列天线等天线单元直接馈电网络合成后接放大器天线单元直接馈电网络合
6、成后接放大器u机电混扫天线机电混扫天线一维有源相控阵天线、多组片天线等一维有源相控阵天线、多组片天线等u两维相控阵天线两维相控阵天线低剖面共形相控阵天线、宽带相控阵天线等低剖面共形相控阵天线、宽带相控阵天线等天线单元直接天线单元直接T/RT/R组件,再通过网络合成。组件,再通过网络合成。2014-10-1292 2卫星通信阵列天线简介卫星通信阵列天线简介3 3、跟踪体制选择、跟踪体制选择u程序跟踪程序跟踪开环跟踪,跟踪精度较低,可作为开环跟踪,跟踪精度较低,可作为初始捕获初始捕获。u步进跟踪步进跟踪最大值跟踪最大值跟踪,不适合,不适合快速移动的天线系统快速移动的天线系统。u电子波束扫描跟踪电子
7、波束扫描跟踪波束波束跟踪跟踪迅速迅速,跟踪精度跟踪精度较较高,多和机械扫描相结合高,多和机械扫描相结合。u单脉冲跟踪单脉冲跟踪零值跟踪零值跟踪,跟踪精度高跟踪精度高,结构复杂结构复杂,成本高。,成本高。2014-10-12102 2卫星通信阵列天线简介卫星通信阵列天线简介主要内容主要内容2014-10-1211概述概述卫星通信阵列天线简介卫星通信阵列天线简介卫星通信阵列天线研究现状卫星通信阵列天线研究现状卫星通信阵列天线卫星通信阵列天线关键技术关键技术 发展与未来发展与未来3 3卫星通信阵列天线研究现状卫星通信阵列天线研究现状StarCar机载平板天线机载平板天线-MijetLite1 1、机
8、械扫描阵列天线、机械扫描阵列天线2014-10-1212MIJET天线天线Ku频段平板天线,现应用于波音频段平板天线,现应用于波音737、空客等飞机。、空客等飞机。u工作频率:工作频率:KuKuu采用平面波导阵列天线采用平面波导阵列天线u微带微带和波导混合馈电网络和波导混合馈电网络uEIRPEIRP:44dBW44dBWuG/TG/T值:值:11dB/K11dB/Ku高度高度190mm190mm;重量;重量27Kg27Kgu工作频率:工作频率:KuKu频段频段u等效口径:等效口径:0.45m0.45mu采用多组片子阵合成技术采用多组片子阵合成技术uEIRPEIRP:42dBW42dBWuG/T
9、G/T值:值:11dB/K 11dB/Ku跟踪模式:惯导模块跟踪模式:惯导模块GPSGPS和机械波和机械波束扫描跟踪束扫描跟踪u高度高度150mm150mm,重量,重量50Kg50KgK/Ka等频段平板天线等频段平板天线2014-10-1213机载点对点卫通天线整机图机载点对点卫通天线整机图K频段和频段和X频段平面阵列天线频段平面阵列天线u采用分置的两片平板缝隙天线采用分置的两片平板缝隙天线u采用两维机扫的方式采用两维机扫的方式uK K波段(波段(20GHz20GHz)接收,)接收,G/TG/T值值0dBK0dBKuKaKa频段(频段(30GHz30GHz)发射,增益发射,增益30dBi30d
10、Biu工作频段为工作频段为X X波段波段u天线形式为波导缝隙阵列天线形式为波导缝隙阵列u接收增益接收增益27dB27dB,发射增益,发射增益28dB28dBu实现收发共用且双圆极化信号形式实现收发共用且双圆极化信号形式u整机高度整机高度304mm304mm,天线高度,天线高度254mm254mm;u天线直径天线直径820mm820mm美国美国3 3卫星通信阵列天线研究现状卫星通信阵列天线研究现状1 1、机械扫描阵列天线、机械扫描阵列天线2014-10-1214平面阵列天线平面阵列天线StealthRay系列系列StealthRayTM 5000内部排布内部排布E7000天线天线uKu Ku 频
11、段频段u收发微带阵列天线分置收发微带阵列天线分置u两维机扫两维机扫u接收接收G/TG/T值值7dB/K7dB/Ku发射发射EIRPEIRP值值43.6dBW43.6dBWu天线尺寸:天线尺寸:11501150900900210mm210mm3 3u等效口径:等效口径:0.6m0.6mu一片波导阵列,收发共用一片波导阵列,收发共用u增益:发增益:发36dB 36dB,收,收35dB35dBuG/TG/T值:值:13dB/K13dB/KuEIRPEIRP值:值:52dBW52dBWu尺寸尺寸:1300 1300 300 mm300 mm3 33 3卫星通信阵列天线研究现状卫星通信阵列天线研究现状1
12、 1、机械扫描阵列天线、机械扫描阵列天线2014-10-1215u工作频段:工作频段:Ku/KaKu/Ka频段频段u天线形式:平板阵列天线天线形式:平板阵列天线u天线增益:等效天线增益:等效0.60.6米天线米天线u体积:体积:1350mm1350mm320mm320mmu跟踪方式:电子波束扫描跟踪跟踪方式: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型动中通天线型动中通天线u工作频率:工作频率:KuKuu波导单元,波导、带线混合馈电波导单元,波导、带线混合馈电u收发增益:均大于收发增益:均大于36.5dB36.5dBuG/
13、TG/T值:值:13.0dB/K13.0dB/Ku跟踪方式:电子波束扫描跟踪跟踪方式:电子波束扫描跟踪u双线极化自动极化调整双线极化自动极化调整CTI-CM60-Ku/Ka2304 型动中通天线型动中通天线3 3卫星通信阵列天线研究现状卫星通信阵列天线研究现状1 1、机械扫描阵列天线、机械扫描阵列天线2014-10-1216u工作频段:工作频段:KuKu频段频段u平板波导喇叭阵列天线平板波导喇叭阵列天线u等效等效0.90.9米天线米天线u收发增益大于收发增益大于38.5dB38.5dBu双线极化双线极化T650低轮廓动中通天线低轮廓动中通天线u工作频率:工作频率:KuKu频段频段u等效等效0.
14、6米天线米天线u波导喇叭阵列天线波导喇叭阵列天线u收发增益:均大于收发增益:均大于35.5dB35.5dBu G/T G/T值:值:13.0dB/K13.0dB/Ku双线极化双线极化T900低轮廓动中通天线低轮廓动中通天线3 3卫星通信阵列天线研究现状卫星通信阵列天线研究现状1 1、机械扫描阵列天线、机械扫描阵列天线双极化机电混扫天线双极化机电混扫天线2 2、机电混扫阵列天线、机电混扫阵列天线2014-10-1217u频率:频率:20.6GHz20.6GHz21.2GHz21.2GHzu采用串馈的微带阵列天线采用串馈的微带阵列天线u G/T G/T值:值:5dB/K5dB/Ku交叉极化:交叉极
15、化:20dB20dBu天线倾角天线倾角4040u俯仰扫描范围俯仰扫描范围20-5520-55u阵面高度阵面高度220mm220mm,直径,直径850mm850mmu接收接收K K频段,发射频段,发射KaKa频段频段u收发阵面分开收发阵面分开u采用并馈的微带阵列天线采用并馈的微带阵列天线u方位机扫方位机扫0-360 0-360 u俯仰电扫俯仰电扫10-80 10-80 uG/TG/T值值=4dB/K=4dB/K,EIRP=38dBWEIRP=38dBW3 3卫星通信阵列天线研究现状卫星通信阵列天线研究现状2014-10-1218采用混合机械与电子扫描技术采用混合机械与电子扫描技术uKuKu频段收
16、发共用频段收发共用u行波阵,微带与波导混合馈电行波阵,微带与波导混合馈电uG/TG/T值大于值大于9dB/K9dB/Ku增益大于增益大于31dBi31dBiu电扫范围电扫范围20-7020-70度度u天线直径小于天线直径小于820mm820mmuKuKu频带只用于接收频带只用于接收u行波波导缝隙天线行波波导缝隙天线uG/TG/T值大于值大于9dB/K9dB/Ku电扫范围电扫范围20-7020-70u天线高度天线高度125mm125mmu天线尺寸天线尺寸560560560mm560mm3 3卫星通信阵列天线研究现状卫星通信阵列天线研究现状2 2、机电混扫阵列天线、机电混扫阵列天线2014-10-
17、1219Ku频段一维相控阵天线技术特点技术特点u收发共用的收发共用的双极化双极化波导波导天线天线u错位倾斜排布的布阵技术错位倾斜排布的布阵技术u低损耗低剖面双层馈电技术低损耗低剖面双层馈电技术u小型化双工器技术小型化双工器技术u工作频段:工作频段:KuKuu等效口径:等效口径:0.60.6米米u俯仰俯仰面电扫:面电扫:20-7020-70u方位面方位面机扫:机扫:0-3600-360uG/TG/T值:值:10.5dB/K10.5dB/Ku尺寸:尺寸:1150mm1150mm225mm225mm3 3卫星通信阵列天线研究现状卫星通信阵列天线研究现状2 2、机电混扫阵列天线、机电混扫阵列天线3 3
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