卫星移动通信中地面移动载体天线终端的研究与设计

论文摘要

随着卫星通信技术和自动控制技术的不断发展,在运动过程中实现与卫星实时数据交换的需求变得越来越旺盛。因此,被称为“动中通”的卫星通信技术及其器部件研究和开发成为当前卫星通信技术领域的研究热点。“动中通”可视为一种搭建在汽车、火车、飞机(含直升机)、轮船等移动载体上,并在载体运动过程中仍能够保证与地球同步卫星实现双向通信的平台。“动中通”可在载体运动过程中实现宽带卫星通信,传输视频图像、语音、数据信息,在军民领域都有广泛的用途。在卫星通信系统中,地面卫星接收天线多采用性能较为优越的反射面天线,但这类天线体积大、重量大、调整困难,直接移植到移动载体上通常会产生卫星通信平台占用体积过大,过于笨重影响移动载体的机动性等问题。于是研制重量轻、体积小,低剖面、便于大批量生产、易于控制安装的移动载体用卫星收发天线成为当前“动中通”系统研发的主要难题。本文的主要工作是针对在中国“动中通”的特殊应用需求,提出一种低剖面、低成本的“动中通”终端天线的设计方案,并设计一种能用于此方案的平板天线。本文的主要贡献和创新点可以归纳为以下几个方面:(1)针对“动中通”系统对天线的要求,提出了一种低剖面、低成本“动中通”天线终端方案,给出相应指标。(2)提出了一种适用于本文“动中通”方案中平板阵列的双极化天线单元新设计,分析评估了其各项性能。(3)结合本文“动中通”方案对天线的要求,优化设计了一个6×16元微带天线阵列,开展和完成了天线方案的可行性验证评估。(4)优化设计了适宜于天线方案的复杂大型双极化馈电网络,并提出了相应的相位补偿技术。(5)对接收平板分块微带阵列与馈电波导功分器的整合过渡进行了设计。上述研究结果表明,本文提出的“动中通”天线终端方案是可行的,给出的相关性能指标合理,这为该天线系统的进一步工程实用化奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 “动中通”系统简介
• 1.1.1 课题背景和应用
• 1.1.2 系统构成与工作原理
• 1.1.3 “动中通”的关键技术
• 1.2 研究工作的主要内容和论文结构安排
• 第二章 “动中通”天线系统各种方案以及课题方案设计
• 2.1 “动中通”天线系统各种方案比较
• 2.1.1 相控阵波束控制天线系统
• 2.1.2 全机械波束控制天线系统
• 2.1.3 半相控阵半机械波束控制天线系统
• 2.2 车载“动中通”卫星通信对天线系统的要求和挑战
• 2.3 本文“动中通”天线系统方案设计
• 2.3.1 方案指标要求
• 2.3.2 整体结构设计
• 2.3.3 分块设计
• 2.3.4 Rx1、Rx2、Rx3 的电气拼接
• 2.3.5 对星机制
• 2.4 本章小结
• 第三章 阵列单元设计
• 3.1 微带天线简介
• 3.2 阵列单元设计
• 3.2.1 双极化的应用优势及其实现方式
• 3.2.2 仿真设计工具介绍
• 3.2.3 单元结构及其优化设计
• 3.2.4 单元仿真结果
• 3.3 本章小结
• 第四章 接收天线4×4 阵列设计
• 4.1 微带阵列天线设计
• 4.2 4×4 阵列设计
• 4.2.1 阵列仿真设计
• 4.2.2 分层结构的紧固设计
• 4.2.3 加工材料的选择及加工工艺
• 4.2.4 天线测量及测试结果
• 4.3 本章小结
• 第五章 接收平板Rx3 子阵（6×16 元）设计
• 5.1
• 5.1.1 子阵2 功分网络设计
• 5.1.2 微带不等分T 形节设计
• 5.1.3 网络的相位补偿
• 5.1.4 子阵2 加工与测试
• 5.2 本章小结
• 第六章 Rx3 所有子阵的馈电前端设计
• 6.1 一分四波导功分器设计
• 6.1.1 一分四波导功分器的结构设计
• 6.1.2 同轴-矩形截面波导过渡器设计
• 6.1.3 矩形截面波导H-T 分支设计
• 6.1.4 矩形截面波导H 面弯曲设计
• 6.1.5 同轴-矩形截面波导T 形功分器设计
• 6.1.6 一分四波导功分器整体设计
• 6.2 馈电波导功分器与微带阵列的过渡设计
• 6.3 本章小结
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间的研究成果