卫星移动通信终端天线技术探讨

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在当前世界的通信领域内，通过移动的卫星进行通信，是人们应用较为广泛的方式之一，也是通信领域内的重要课题。这种通信技术能够保证在地球上的每个地方、每个时间点、每个用户都能够被纳入到这种通信系统中来，可以说极大程度上方便了人们的交流与沟通，促进了世界经济的发展。国家铁道部以及多个自然科学基金共同投资研发的车载相控阵天线技术，体现了我国卫星移动通信的具体应用和进步。

一、低增益全向天线

这种天线通常具备很高的全向性，它的结构也主要包括交叉下垂偶极子天线，除此之外还包括四分螺旋天线和微带圆柱盘天线等。通常情况下，偶极子天线会保持着交叉下垂的状态，并且会通过一对偶极子天线在中心处，以交叉和垂直的方式组合而成。四根螺旋线的馈电幅度相同，相对相位分别为0度、90度、180度、270度。但是因为它占据了所有同步卫星轨道，所以无法继续进行轨道复用。

二、中增益追踪天线

中增益追踪天线有两种方式可以实现对卫星的追踪，分别是电控相控阵天线和机械自动调向线天线阵。

2.1电控相控阵天线

相对于机械控制定位线天线阵来说，电控相控阵天线更加的灵活、可靠。这种天线能够完美地和地面的移动物体保持一致的形状，且具有十分美化的外观，很难被发现。当天线进行定向时，第一步就要在两个交叉方向，水平和垂直方向上接收着最强的信号，继而通过后来接收到的强信号完成定向系统的初始化进程。通常情况下，追踪模式会通过连续天线扫掠来完成对电控相控阵天线的把控，同时也会利用速率传感器完成把控。在这种把控方式和力度之下，当衰减现象变得更加明显时，就会抑制住闭环系统所发挥的作用。此时，开环系统就开始启动，并且会维持大约数秒种的时间，从而帮助传感器完成漂移，达到初始化状态。

2.2机械控制定位线天线阵

在中增益追踪天线当中，机械控制定位的天阵线属于成本较为低廉的追踪天线。尽管该天线与地面移动物体之间的共形性较差，但是其具体的外观和尺寸与低增益天线不同，是由多个微带贴片组成的天线阵，这就使得其闭环系统主要采取的方式是单信道脉冲技术，其开环系统主要采取的是速率传感器技术，最后由两者共同协作，完成天线定位。这种定位方式相对来说更加准确、可靠。完成定位之后，微带贴片就会被切分成两半，产生和信道和与差信道，继而将差信道调制入和信道当中，最后通过接受线路来完成对和信道的检测。为了尽量减弱衰减的影响程度，必须通过和信号对差信号进行归一化处置，目的是为了尽可能产生误差信息。运行过程中，通常会通过搜寻系统来完成最强轴向信号系统的搜寻工作，以保证卫星能够被天线追踪到，然后一旦追踪到之后，闭环系统就开始发挥作用。信号严重衰减时，开环系统启动，维持数秒钟，完成初始化工作。

三、实际应用

卫星通信系统中，常采用低增益全向天线应用于车辆移动站的终端天线上，其仰角为20度到60度，其增益为3至6dB。这种天线的花费较小，且使用较为简单。通常，移动车辆会利用机械控制或中等增益平面来追踪天线，这种天线仰角为20度到60度，方位角为360度，增益为10至14dB。对于固定站的移动终端来说，其通常采用强方向性的天线来追踪天线，其增益能够达到15dB至22dB之间，其仰角为5度到90度，这种天线的结构通常为一维天线阵。因为一些特殊原因，因此这种天线阵大多采用螺旋天线，因为首先，其结构较为简单，容易进行功率馈送；其次，具备覆盖接收和发射频段的宽频带特征；最后，机械结构不复杂，易于上手，每个阵元能够提供7.5dB的增益，能够通过波束的振动，实现误差检测。当前，卫星移动通信已经发展到了航空通信领域，如何进一步提升其应用范围，是非常值得探讨的话题。

四、结论

综上所述，笔者可以得出结论：相对于中增益天线来说，低增益的全向性天线具备良好的全向接收特性的优点，不需要对卫星的信号进行追踪，且具备非常高的性价比，使用成本较低，但同时也存在一些缺陷，就是对于卫星的发射能量有着非常高的要求，且无法进行信道复用；中增益天线则具备较高的增益，且星间的隔离性较强，可以用于信道复用，但是同样无可避免地存在一些缺陷：其波束较窄，因此地面的物体进行移动或者是转向时，中增益天线必须电控或者机控来保持追踪状态，从而确保天线指向卫星。尽管电控相控阵天线具备非常良好的性能，但是其使用成本较高；机械调向天线阵成本较低，但其共形性又有所欠缺。

作者:李明珲 单位:吉林吉大通信设计院股份有限公司

参考文献:

[1]无奇.卫星移动通信终端天线技术研究[D].东南大学，2015.

[2]张大印.卫星移动通信终端天线的研究与实现[D].北京邮电大学，2014.

[3]丁阳.通信卫星区域覆盖多波束天线设计与多频带终端印刷天线研究[D].西安电子科技大学，2014.