卫星通信阵列天线技术-杜彪

中国电子科技集团公司第五十四研究所2021年10月主讲人：杜彪内部2021-10-121主要内容2021-10-122主要内容2021-10-123概述卫星移动通信1、卫星通信阵列天线应用背景2021-10-124移动载体：汽车、舰船、飞机、导弹等平台。2021-10-1251、卫星通信阵列天线应用背景概述2、动中通阵列天线开展过程2006年，以色列RaySat公司推出多组片平板阵列天线；2021年，单片：E70002021年，以色列Starling公司研制出平板阵列天线系列产品；2021年，国内中国电科54所研制出了车载低轮廓Ku频段0.6米平板阵列天线；2021年，国内中国电科54所研制出了S频段二维相控阵天线。机械扫描机电混扫两维电扫2021-10-126概述主要内容2021-10-1271、阵列天线概念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。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：2021-10-1282、阵列天线分类机械扫描阵列天线平面波导阵列天线、微带阵列天线等天线单元直接馈电网络合成后接放大器机电混扫天线一维有源相控阵天线、多组片天线等两维相控阵天线低剖面共形相控阵天线、宽带相控阵天线等天线单元直接T/R组件，再通过网络合成。2021-10-129卫星通信阵列天线简介3、跟踪体制选择程序跟踪开环跟踪，跟踪精度较低，可作为初始捕获。步进跟踪最大值跟踪，不适合快速移动的天线系统。电子波束扫描跟踪波束跟踪迅速，跟踪精度较高，多和机械扫描相结合。单脉冲跟踪零值跟踪，跟踪精度高，结构复杂，本钱高。2021-10-1210卫星通信阵列天线简介主要内容2021-10-1211卫星通信阵列天线研究现状StarCar机载平板天线-MijetLite1、机械扫描阵列天线2021-10-1212MIJET天线Ku频段平板天线，现应用于波音737、空客等飞机。工作频率：Ku采用平面波导阵列天线微带和波导混合馈电网络EIRP：44dBWG/T值：11dB/K高度190mm；重量27KgK/Ka等频段平板天线2021-10-1213机载点对点卫通天线整机图K频段和X频段平面阵列天线采用分置的两片平板缝隙天线采用两维机扫的方式K波段〔20GHz〕接收，G/T值0dBKKa频段〔30GHz〕发射，增益30dBi工作频段为X波段天线形式为波导缝隙阵列接收增益27dB，发射增益28dB实现收发共用且双圆极化信号形式整机高度304mm，天线高度254mm；天线直径820mm美国卫星通信阵列天线研究现状1、机械扫描阵列天线2021-10-1214平面阵列天线StealthRay系列StealthRayTM5000内部排布E7000天线Ku频段收发微带阵列天线分置两维机扫接收G/T值≥7dB/K发射EIRP值≥43.6dBW天线尺寸：1150×900×210mm3等效口径：0.6m一片波导阵列，收发共用增益：发36dB，收35dB

G/T值：13dB/KEIRP值：52dBW

尺寸：Ф1300×

300mm3卫星通信阵列天线研究现状1、机械扫描阵列天线2021-10-1215工作频段：Ku/Ka频段天线形式：平板阵列天线天线增益：等效0.6米天线体积：≤Φ1350mm×320mm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CTI-CM60-Ku2304型动中通天线工作频率：Ku波导单元，波导、带线混合馈电收发增益：均大于36.5dBG/T值：13.0dB/K跟踪方式：电子波束扫描跟踪双线极化自动极化调整CTI-CM60-Ku/Ka2304型动中通天线卫星通信阵列天线研究现状1、机械扫描阵列天线2021-10-1216工作频段：Ku频段平板波导喇叭阵列天线等效0.9米天线收发增益大于38.5dB双线极化T650低轮廓动中通天线工作频率：Ku频段等效0.6米天线波导喇叭阵列天线收发增益：均大于35.5dBG/T值：13.0dB/K双线极化T900低轮廓动中通天线卫星通信阵列天线研究现状1、机械扫描阵列天线双极化机电混扫天线2、机电混扫阵列天线2021-10-1217频率：20.6GHz～21.2GHz采用串馈的微带阵列天线G/T值：5dB/K交叉极化：>20dB天线倾角40°俯仰扫描范围20-55°阵面高度220mm，直径850mm接收K频段，发射Ka频段收发阵面分开采用并馈的微带阵列天线方位机扫0-360°俯仰电扫10-80°G/T值=4dB/K，EIRP=38dBW卫星通信阵列天线研究现状2021-10-1218Ku频段收发共用行波阵，微带与波导混合馈电G/T值大于9dB/K增益大于31dBi电扫范围20-70度天线直径小于820mmKu频带只用于接收行波波导缝隙天线G/T值大于9dB/K电扫范围20-70°天线高度125mm天线尺寸560×560mm卫星通信阵列天线研究现状2、机电混扫阵列天线2021-10-1219Ku频段一维相控阵天线工作频段：Ku等效口径：0.6米俯仰面电扫：20-70°方位面机扫：0-360°G/T值：≥10.5dB/K尺寸：Φ1150mm×225mm卫星通信阵列天线研究现状2、机电混扫阵列天线3、两维有源相控阵天线采用波导加载介质单元用于EHF频段发射光纤传输数字信号用于B2与AEHF星地数传扫描范围±60°AEHF相控阵天线2021-10-1220美国诺格公司SATANA

Program，Ka频段一体化高集成度相控阵天线卫星通信阵列天线研究现状Ku频段微带贴片天线基于MMIC射频集成设计增益大于20dBG/T值≥-6dB/K扫描范围±60°直径：≤300mm2021-10-1221NATALIA方案卫星通信阵列天线研究现状3、两维有源相控阵天线2021-10-1222两维卫星通信相控阵天线S频段低剖面卫星通信相控阵天线Ku频段低剖面卫星通信相控阵天线S频段收发共用扫描范围大于±60°G/T值大于-17dB/KEIRP值20dBW尺寸Φ400mm×45mm重量小于8Kg卫星通信阵列天线研究现状3、两维有源相控阵天线2021-10-1223国内其他两维卫星通信相控阵天线10所——Ka频段机间链相控阵天线；29所——Ka频段星载相控阵工程样机；成都雷电微力公司——Ka频段毫米波天线；北京中航航空电子公司——S/Ka频段一体化多波束相控阵天线；航天五院——Ka频段星间链相控阵天线。成都雷电微力公司某毫米波天线10所20GHz卫星通信接收相控阵天线29所27GHz卫星通信发射相控阵天线卫星通信阵列天线研究现状3、两维有源相控阵天线单通道砖块式多通道砖块式多通道瓦片式多通道芯片化2021-10-12243、两维有源相控阵天线-有源射频器件卫星通信阵列天线研究现状VICTS天线ThinCom公司CTS天线4、新型天线2021-10-1225Ku频段，收发分开采用VICTS天线形式G/T值大于12.7dB/KEIRP值大于44.5dBW扫描范围20-70°尺寸：1500mm×1000mm×110mm重量小于50Kg卫星通信阵列天线研究现状超材料天线KyMeta公司Ka超材料相控阵天线4、新型天线2021-10-1226利用PIN管代替移相器实现低本钱两维扫描收发天线分置天线形式为波导缝隙采用PIN管代替移相器扫描扫描范围大于±60°可与载体平台共形高度小于50mm卫星通信阵列天线研究现状主要内容2021-10-12272021-10-12282021-10-1229波导单元微带单元波导缝隙单元对于双极化收发共用阵列天线，大规模的馈电网络将带来较大的损耗。选用低损耗的混合馈电网络；双极化馈电网络的设计2021-10-1230SIW馈电网络微带馈电网络波导类馈电网络实现良好跟踪性能一般采用如下方法：采用高精度惯导系统，利用程序引导跟踪；采用单脉冲自跟踪体制，利用和或差信号跟踪卫星的信标和通信信号。较好的措施是：采用低本钱的惯导和跟踪接收机，利用电子波束扫描跟踪体制，可实现高精度的跟踪。2021-10-12312021-10-12322021-10-12332021-10-1234单脉冲跟踪体制在信噪比较高时才能工作。信噪比较低时通常采用圆锥扫描跟踪体制，又分为机械抖动扫描和电子波束扫描的两种，国外产品采用机械抖动扫描跟踪，动态跟踪精度较低，可靠性较差；采用电子波束扫描的跟踪体制，是实现快速高精度跟踪的更好方法。2021-10-1235两维有源相控阵天线采用了分布式有源器件，散热层应主要置于热源的周围或有源单元层的下方，并且与热源器件之间保持良好的热传导，以到达高效散热效果。2021-10-1236主要内容2021-10-1237开展与未来1、阵列天线性