Ku频段低剖面_动中通_卫星天线技术综述

阳（１９８２－）

，男，博士，工程师． 作者简介：项 ＊ 收稿日期：２０１４－０３－０４；修回日期：２０１４－０４－

１１ 基金项目：国家自然科学基金资助项目（６１３７１１２０） 卫星通信具有广域覆盖的特点，且不受时间、天气和地形的限制。Ｋｕ 频段频谱资源丰富，

有条件建设 宽带大容量卫星通信系统，能同时支持数据、语音、图像和视频业务，在应急通信中彰显优势。

Ｋｕ频段星载天线的尺寸和转发器的输出功率有限，而卫星距离地球表面的垂直距离约为３６０００ｋｍ，

电 波传播损耗大，雨衰严重。 为了建立可靠的高速率通信链路，要求地面站天线达到足够的增益。 一般来说，

对于小型地球站，其天线增益应至少达到２８ｄＢｉ，天线波束宽度小于５°

。 作为卫星通信的移动载体，车辆、舰 船和飞机在运动状态下，其方位、俯仰和横滚姿态角度的快速变化均能使天线波束不能准确对星，如果天线 不能快速、准确地对星跟踪，将导致通信质量下降甚至通信中断。

移动载体的姿态变化以及所在的地理经纬度，造成卫星来波信号与天线存在极化偏转角，如果不能动态 调整天线的极化方向，将对同频率极化复用的相邻信道进行干扰。 我国幅员辽阔，为了兼顾高纬度和低纬度

Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅＫｕｂａｎｄｓａｔｅｌｌｉｔｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｉｓｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎ ｍｉｌｉｔａｒｙａ

ｎｄｃｉｖｉｌｉａｎｆｉｅｌｄｓ ｆｏｒｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｏｆｖｏｉｃｅ，ｄａｔａ，ｈｉｇｈｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎｉｍａｇ

ｅａｎｄｖｉｄｅｏ．Ｔｈｅ Ｋｕｂａｎｄ ｍｏｂｉｌｅａｎｔｅｎｎａ ｗｉｔｈｈｉｇｈｇａｉｎａｎｄｎａｒｒｏｗｂｅａｍｗｉｔｈｉｓｔｈｅｋｅｙｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，ｗｈｉｃｈｈａｓｐｒｏｆｏｕｎｄｉｍｐａｃｔｏｎｔｈｅｓｙｓ－ ｔ

ｅｍｃａｐａｂｉｌｉｔｙ．Ｓｅｖｅｒａｌｉｍｐ

ｏｒｔａｎｔｓｏｌｕｔｉｏｎｓｆｏｒｔｈｅＫｕｂａｎｄａｎｔｅｎｎａｓｏｎｔｈｅｍｏｖｅｗｅｒｅｇｉｖｅｎｉｎ ｄｅｔａｉｌ．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅｆｅａｔｕｒｅｓａｎｄｋｅｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｉｎｖｏｌｖｅｄｉｎｔｈｅｇｉｖｅｎｓｏｌｕｔｉｏｎｓｗｅｒｅａｎａ－ ｌｙ

ｚｅｄ．

Ｋｅｙｗ

ｏｒｄｓ：ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｏｎｔｈｅｍｏｖｅ；ｌｏｗｐｒｏｆｉｌｅ；ｓａｔａｌｌｉｔｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ＸＩＡＮＧＹａｎｇ１ ，ＳＨＩＷｅｉ１ ，ＹＡＮＧ Ｈｕａ２ ，ＨＵＡＮＧＤｅ－ｙ

ｕ３ ，ＬＵＯＪｉａｎ－ｈｕａ２ （１．Ｔｈｅ６３ｒｄＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆｔｈｅＧｅｎｅｒａｌＳｔａｆｆＨｅａｄｑｕａｒｔｅｒｓ，Ｎａｎｊｉｎｇ２

１０００７，Ｃｈｉｎａ； ２．ＧｕａｎｇｄｏｎｇＳｈｅｎｇｌｕＴｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣ

ｏ．，Ｌｔｄ，Ｆｏｓｈａｎ５２８１００，Ｃｈｉｎａ； ３．Ｕｎｉｔ７８０４６ｏｆＰＬＡ，Ｃｈｅｎｇ

ｄｕ６１００１１，Ｃｈｉｎａ） ＬｏｗＰｒｏｆｉｌｅＡｎｔｅｎｎａｓｆｏｒＫｕＢａｎｄＭｏｂｉｌｅＳａｔｅｌｌｉｔｅＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ

文章编号：ＣＮ３２－１２８９（２０１４）０３－００３４－

０６ 文献标识码：Ａ 中图分类号：ＴＮ８２ 域获得广泛应用。Ｋｕ频段“

动中通”天线增益高，波束 窄，对于系统传输容量有显著影响，是“动 中 通”卫 星 通 信 终 端的关键设备。 文章阐述了各类 Ｋｕ频段“

动中通”卫星天线的总体方案，并结合天线高度、增益、自动跟踪等主要 功能技术指标，详细分析了各类方案的特点和其中的关键技术，为 Ｋｕ频段“

动中通”卫星天线的研制和应用提供参 考。

关键词：动中通；低剖面；卫星天线

要：Ｋｕ频段卫星通信可以提供话音、

数据、电传和高清图像等双向“动中通”业务，在军事和民用通信领 摘 （１．总参谋部第６３ 研究所，江苏 南京 ２１０００７；２．广东盛路通信科技股份有限公司，广东 佛山 ５２８１００

； ３．中国人民解放军７８０４６ 部队，四川 成都 ６１００１１

） 华２，黄德鱼３，骆建华２

伟１，杨 阳１，施 项 Ｋｕ频段低剖面“

动中通”卫星天线技术综述

＊

平板天线基于宽频双极化天线单元组阵技术，实现较大的长宽比辐射口径［３］，如图３ 所示。 与切割反射

面天线相比，平板天线可进一步降低天线剖面，其总体框架如图４ 所示。 可见，平板“动中通”天线是一种机 械跟踪天线。

１．２ 平板喇叭阵列天线

平的一致性，形成椭圆主面口径场椭圆形等值分布的特性，从而提高切割环焦反射面天线的辐射效率，一般 能达到６５％

以上。 综上所述，切割环焦反射面天线能在一定程度上降低天线剖面。 若要进一步降低天线剖面，需要在圆形 抛物主面上大比例切割，即水平面的尺度远远大于俯仰面，在此条件下，设计变焦距赋形环焦天线的难度大 大增加，辐射效率可能很难保证。 切割环焦反射面天线的典型产品是美国 ＧｅｎｅｒａｌＤｙ

ｎａｍｉｃ公司的中等剖 面切割反射面天线，如图２ 所示。

基于反射面天线技术的“动中通”天线 图

１ 对称馈源对副面照射张角的一致性， 也因此保 证 了 椭 圆 主 面 边 缘 照 射 电

反射面天线具有效率高、成本低的优点，一般情况下，其口径辐射效率均能达到７０％

。 基于反射面天线 技术的“动中通”天线原理如图１ 所示。 可见，反射面天线的馈电链路多为波导器件，功率容量大，插入损耗

低，易于实现宽频应用［

１］。 由于环焦天线具有馈源对主反射面遮挡小和副反射面对馈源反射小的优点，在中小口径地球站天线中

获得广泛应用［２］。 然而，反射面天线的缺点是体积大，剖面高，在特殊条件下，会影响移动载体的机动性。 为

了降低反射面天线的剖面高度，通常的做法是：在环焦反射面天线的主反射面作椭圆形切割，短轴位于俯仰 面，长轴位于方位面。

切割后的主反射面为椭圆形，打破了圆形主反射面的对称性。 由于初级馈源方向图具有圆形对称的特 点，切割后造成主反射面在椭圆短轴方向上漏泄能量增加，不仅如此，初级馈源对主反射面的照射电平在长

轴和短轴方向上不均衡，因此，如果仅对主面切割来降低剖面，天线效率无法保证，一般低于５０％

。 为了克服上述问题，需要对切割

后环焦反 射 面 天 线 的 主 面 和 副 面 进

行赋形修正，形成椭圆波束变焦距环

焦天线。 主要设计思路为：先由主面

椭圆轮廓 的 长 短 轴 确 定 副 面 的 长 短

轴，在此 基 础 上，选 取 副 面 长 短 轴 之

间的过 渡 函 数，确 定 副 面 几 何 方 程。

根据反射 定 律 和 等 光 程 条 件 再 确 定

主 面 几 何 方 程，得 到 所 需 的 椭 圆 主

面。 这种赋 形 设 计 方 法 保 证 了 旋 转

１．１ 反射面天线 １ 低剖面“动中通”天线的主要类型

～综上所述，Ｋｕ频段低轮廓“

动中通”卫星天线应具有高增益、跟踪精度高、跟踪速度快、极化动态调整、 宽角波束扫描的特性。 本文对当今 Ｋｕ频段低轮廓“

动中通”天线的关键特性进行了总结分析，为天线的选 择应用提供依据，为研制新型低轮廓“动中通”天线抛砖引玉。