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        從衛星應用大會看衛通天線發展趨勢

        2018-12-05 來源:仙客林 作者:張小君 字號:

        1、概述

        隨著空間技術的不斷發展,航天產業的商業化,小衛星和小火箭因制造和發射成本低、技術更新快、便于規?;圃斓忍攸c,得到快速的發展。據統計,2017年全球發射500Kg以下小衛星達310顆,美國行星公司的“鴿群”衛星計劃、“烏鴉座-廣覆蓋”衛星計劃、SpaceX公司的星鏈計劃、中國鴻雁星座計劃等,勢必將商業航天推向發展的頂峰,也必將推動商業航天各個領域產業發展,尤其在衛星應用領域的導航、通信、遙感領域將帶來飛躍式發展,并將催生更多、更廣的尖端技術。

        隨著中星16正式宣布運營,中國高通量衛星商業化運營的大門也正式拉開,中國衛通將陸續在2019年發射中星18號高通量衛星,計劃2021年前后超大容量同步軌道高通量衛星,以增強國土、海洋的覆蓋和實現“一帶一路”的基本覆蓋能力,在軌高通量衛星系統容量約為400Gbps。

        未來高通量衛星及低軌Ka星座的發展將給通信服務產生質的改變,Ka互聯網和電視直播、WIFI區域覆蓋、遠程教育、4G應急、雙盲演練、船載寬帶服務、機載寬帶服務、熱點直播、專用網絡平臺、物聯網等將從電信級網絡向天地一體化衛星寬帶網絡過渡,實現“海、陸、空”立體化業務發展的新格局。

        2、衛通地面終端分類

        地面用戶終端系統天線有固定站和移動站兩大部分,其中固定站天線口徑大,傳輸速率高,不能移動中使用,常用與做主站和中繼站使用。移動站由于機動靈活的特點,在車載、船載、機載領域應用非常廣泛,其中便攜站天線和動中通天線作為應用最廣泛的移動站天線,在天線領域受到最高的關注和最廣泛的應用。

        隨著新技術的發展、新材料的廣泛應用、制造水平的不斷提升,各類設備及組件向輕量化、微小型發展,天線的發展也更趨于集成化、模塊化、易共形、低剖面、高性能發展。天線由傳統的機械掃描拋物面天線,逐漸向機械掃描平板天線、電子掃描逐步發展。

        3、便攜站天線

        便攜式衛星通信設備是針對衛星新聞采集、單兵作戰、應急通信開發的便攜式天線。便攜式天線系統具有體積小、重量輕、便于攜帶、可靠性高、操作簡便等優點。完成對星過程小于3分鐘。單兵便攜式衛星通信設備主要完成圖像、視頻、話音、數據的遠程通信功能,環境適應能力強,高品質、高可靠是它的第一要求。便攜式衛星通信設備主要應用在政府應急部門、新聞媒體、公安、消防、邊防、人防、氣象、武警、軍隊等行業應急通信中發揮了巨大作用。

        3.1 具備功能

         a) 天線具有自動展開、對星、收藏功能;
         b) 在必要時也可采用手動方式對星,主要應用在部分設備出現問題時采用;
         c) 自動定位(當地經緯度、天線角度、傾斜、橫滾角度);
         d) 自動捕獲衛星(一鍵通功能);
         e) 自動跟蹤,跟蹤精度優于1/8接收波束寬度;
         f) 自動跟蹤,基于跟蹤接收機、GPS和各種傳感器的自動捕獲、精確跟蹤和穩定保持對準衛星。

        3.2 具有特點

         a) 手持機屏顯示、人機界面友好,并提供跟蹤過程數據顯示;
         b) 方便的一鍵式對星,電動極化控制;
         c) 整機體積小、重量輕、行李箱或布袋包裝,便于攜帶和背負;
         d) 全部操作由一名技術人員通過手持機即可操作完成;
         e) 嵌入式控制系統,并提供手動控制功能;
         f) 系統采用衛星信標接收機或DVB接收機,即可利用衛星信標跟蹤,也可利用星上的DVB信號跟蹤,這樣就提高了天線的跟蹤精度與可靠性。

        3.2 典型產品介紹

        0.75米便攜站(中電54所)

        0.5米背包站(易恒通信)

        3.4 便攜站天線發展趨勢

        便攜站自身的便攜市場需求定位決定了其必須滿足體積小、重量輕、使用便捷的特點,便攜站特別是手動便攜站整體技術門檻低,拋物面架構產品高度同質化,競爭激烈,同時一定程度體現了以下的發展趨勢:

        1) 向高頻發展:覆蓋Ka頻段的產品越來越多;
        2) 一體化高度集成:天線、射頻、Modem、電源一體化集成,同時集成GPS定位、基座校正、WIFI等功能;
        3) 天線輕小化:這是便攜站一直下功夫的方向,某款手動便攜站只有8kg;
        4) 平板化:有幾家公司一直在堅持平板化路線,小君一直堅信若干年后衛星終端的形態就是類似筆記本那樣,便攜輕巧;
        5) 工業化設計:便攜站畢竟直接由人隨身攜帶使用,工業化設計愈加重視;
        6) 射頻與饋源一體化:將天線饋源接口與射頻部分直接在結構上前后一體化。

        4、動中通天線

        動中通天線天線系統可方便安裝在移動載體上,可以在安裝平臺移動條件下保持對衛星的跟蹤。動中通天線通常有拋物面、削邊拋物面、平板陣列之分,電掃天線后面單獨說。具體采用哪種形式與安裝平臺、性能要求、費用密切相關,比如船載由于安裝空間大,采用拋物面多,比如機載除部分直升機或無人機采用拋物面,整體還是取向可以低剖面氣動共形的平板天線,車載天線傾向使用平板天線。

        4.1 功能及特點

         a) 高增益、低旁瓣、低交叉極化等優良電氣性能;
         b) 面板精度高、重量輕、剛度好、三防好、環境適應性強;
         c) 精密傳動,在高速機動下增強快速對星功能;
         d) 配備高精度定位、定向裝置,實現全自動對星;遮擋丟星后3-5秒能及時捕捉重新工作;
         e) 天線和外形盡可能和移動載體共形流線型設計,提高空氣動力學性能。

        4.2 典型產品介紹

        4.3 動中通天線發展趨勢

        由于涉及伺服控制和跟蹤技術,能夠獨立研發動中通的廠家整體數量比便攜站要少,展會動中通產品明顯少于便攜站天線,Ku動中通已經非常成熟,Ka動中通產品尚不多。展會產品整體新意不多,多是老面孔,具體趨勢如下:

        1) 向高頻發展:國內獨立研發Ka產品尚不多,且平板天線個別指標還存在差距;
        2) 雙頻饋源技術:某單位展示了Ku/Ka雙頻動中通,采用同饋技術;
        3) 電掃天線技術:電掃天線成為產品發展的新趨向,但距離實際批量低成本應用還有不少差距,特別是國內對標Kymeta、Isotropic、Phasor等的企業還有很大差距,但是未來大趨勢。

        5、總結

        未來幾年,衛星空間部署數量和容量將迅速增加,對于地面終端的需求也越來越大,特別是隨著國家一帶一路戰略的推進,衛星通信天線將面臨非常好的發展機遇。筆者梳理了衛通天線產品涉及幾項關鍵技術羅列如下:

        (1) 平板天線低旁副瓣技術;
        (2) 寬帶微帶陣列天線技術;
        (3) 適用于低成本的稀疏陣技術;
        (4) 一體化低剖面技術;
        (5) 平板收發共口徑技術;
        (6) 適用于星座的多波束技術;
        (7) 極化切換實現技術;
        (8) 低軸比寬帶高性能饋源技術;
        (9) 機電復合掃描技術。

        僅供參考。

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