一種機(jī)械式自動(dòng)極化調(diào)節(jié)裝置及動(dòng)中通天線系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的機(jī)械式自動(dòng)極化調(diào)節(jié)裝置及動(dòng)中通天線系統(tǒng)屬于無線通信系統(tǒng)中的衛(wèi)星移動(dòng)通信(即“動(dòng)中通”)領(lǐng)域，用于自動(dòng)調(diào)節(jié)衛(wèi)星移動(dòng)通信地面站天線(即“動(dòng)中通天線”)線極化電磁波信號(hào)的極化方向，與衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器上/下行信號(hào)極化匹配，使動(dòng)中通天線得以精準(zhǔn)跟蹤衛(wèi)星。
【背景技術(shù)】
[0002]衛(wèi)星通信是以人造衛(wèi)星作為中繼站的無線電通信，由衛(wèi)星和地球站兩部分組成。通常，衛(wèi)星通信系統(tǒng)分為兩大類，一是固定衛(wèi)星通信系統(tǒng)，指借助于空間衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器、在地球表面固定位置(地球站)與一個(gè)或多個(gè)衛(wèi)星間的無線通信方式，如邊遠(yuǎn)地區(qū)的衛(wèi)星電視教育，固定衛(wèi)星通信采用靜中通天線;二是移動(dòng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)(即動(dòng)中通系統(tǒng))，指借助于空間衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器、在地面移動(dòng)站與固定地面站或移動(dòng)站與移動(dòng)站之間提供的通信鏈路，如遠(yuǎn)洋輪船實(shí)時(shí)接收衛(wèi)視節(jié)目，移動(dòng)衛(wèi)星通信采用動(dòng)中通天線。移動(dòng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，地面移動(dòng)站載體(如車輛、輪船、飛機(jī)等)運(yùn)動(dòng)過程會(huì)出現(xiàn)搖擺、顛簸、轉(zhuǎn)彎等狀況，載體上天線的姿態(tài)也隨之不斷變化；由于同步軌道衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器收、發(fā)電磁波信號(hào)的極化方向是恒定的，地面站動(dòng)中通天線姿態(tài)的任何變化必然造成與轉(zhuǎn)發(fā)器間電磁波的極化失配，即轉(zhuǎn)發(fā)器與動(dòng)中通天線工作極化存在一個(gè)極化角度，降低電磁波能量傳輸效率，結(jié)果是導(dǎo)致衛(wèi)通信號(hào)電平劇烈波動(dòng)、天線不能鎖定衛(wèi)星或出現(xiàn)嚴(yán)重的鄰星干擾效應(yīng)。因此，動(dòng)中通天線在通信過程中必須保持與轉(zhuǎn)發(fā)器的極化匹配，自動(dòng)極化跟蹤技術(shù)也成為移動(dòng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。
[0003]自動(dòng)極化跟蹤裝置即用于實(shí)現(xiàn)與轉(zhuǎn)發(fā)器極化的自動(dòng)匹配?；谕ㄐ判l(wèi)星星位參數(shù)、載體經(jīng)瑋度及天線內(nèi)置陀螺儀輸出的姿態(tài)信息，動(dòng)中通天線主控計(jì)算機(jī)計(jì)算出天線當(dāng)前極化角度，并發(fā)出指令驅(qū)動(dòng)自動(dòng)極化跟蹤裝置將電磁波分解為幅度不同的水平和垂直兩種正交極化信號(hào)分量，經(jīng)過獨(dú)立饋電網(wǎng)絡(luò)傳輸后，幅度受控的正交極化信號(hào)最終在向自由空間輻射前合成為一個(gè)線極化波，且極化角與轉(zhuǎn)發(fā)器固有的極化角度相同；此時(shí)，主極化信號(hào)強(qiáng)度最大、而相對(duì)正交的極化分量(通常是干擾信號(hào))得到有效抑制。實(shí)際應(yīng)用中，有電調(diào)式和機(jī)械式兩大類自動(dòng)極化跟蹤裝置；電調(diào)式自動(dòng)極化跟蹤裝置采用LNA、可調(diào)衰減器、可調(diào)移相器及合路器等電子器件控制正交信號(hào)電平的高低;機(jī)械式自動(dòng)極化跟蹤裝置由正交模耦合器、極化調(diào)節(jié)器、波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器和電機(jī)等主要功能部件構(gòu)成，由電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)極化調(diào)節(jié)器來控制兩路極化垂直正交的電磁波信號(hào)幅度。自動(dòng)極化跟蹤裝置的主要性能指標(biāo)是:工作頻段寬度，對(duì)兩路正交極化信號(hào)幅度的控制精度，交叉極化隔離度，傳輸損耗等。
[0004]圖1給出了一種機(jī)械式饋源旋轉(zhuǎn)極化控制裝置工作原理示意圖。該技術(shù)利用了反射面天線及其饋源的圓對(duì)稱性輻射機(jī)理和衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器上/下行電磁波信號(hào)極化相互垂直正交的特點(diǎn)，通過主控計(jì)算機(jī)直接控制極化電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)達(dá)到自動(dòng)極化跟蹤目的。跟蹤工作模式時(shí)，主控計(jì)算機(jī)根據(jù)姿態(tài)傳感器輸出和星位、經(jīng)瑋度地理信息參數(shù)計(jì)算出天線的當(dāng)前極化角，與轉(zhuǎn)發(fā)器固有極化角度比較得出動(dòng)態(tài)條件下的極化角誤差值，以此驅(qū)動(dòng)極化電機(jī)帶動(dòng)饋源反向旋轉(zhuǎn)一定角度，補(bǔ)償該極化誤差。衛(wèi)星通信中的上/下行信號(hào)相互正交，若旋轉(zhuǎn)饋源至主極化與發(fā)射頻段信號(hào)匹配時(shí)、其正交極化自動(dòng)與接收頻段信號(hào)的極化方向一致，且相互具有較高的隔離度。該裝置是通過極化電機(jī)直接轉(zhuǎn)動(dòng)饋源進(jìn)行極化角匹配，僅適用于體積較大的圓口徑反射面動(dòng)中通天線，不能在諸如平板天線、環(huán)焦天線等低輪廓、非圓口徑的動(dòng)中通天線上使用，應(yīng)用范圍嚴(yán)重受限。
[0005]另一種機(jī)械式極化跟蹤器裝置如圖2所示。該裝置采用前、后兩端正交模耦合器布局方式，分別連接天線和接收設(shè)備，且正交模耦合器內(nèi)置調(diào)相機(jī)構(gòu)，圓波導(dǎo)關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)電磁波極化角度。工作原理:動(dòng)中通天線接收任意極化角電磁波信號(hào)，分解為幅度不同的垂直和水平兩種正交極化分量、同時(shí)進(jìn)入極化跟蹤裝置，正交信號(hào)經(jīng)前端正交模耦合器迭加成線極化波，圓波導(dǎo)關(guān)節(jié)帶動(dòng)后端正交模耦合器旋轉(zhuǎn)、找出與空間電磁波極化角相對(duì)應(yīng)位置，后端正交模耦合器則將已完成極化矢量合成的信號(hào)輸出至接收機(jī)。該裝置中，為保持極化跟蹤器兩個(gè)輸入端口到輸出端口間具有相同的電長(zhǎng)度，需通過調(diào)相機(jī)構(gòu)修正兩個(gè)輸入極化信號(hào)分量的相位差。該裝置采用了類似銷釘、介質(zhì)片等調(diào)相機(jī)構(gòu)來抵消交叉極化分量，對(duì)頻率變化較敏感。不能滿足衛(wèi)星通信全頻段范圍內(nèi)對(duì)正交極化信號(hào)更高的抑制要求，或者是符合衛(wèi)通極化隔離度指標(biāo)的工作頻段受限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)缺陷，提供了一種適用范圍廣的機(jī)械式自動(dòng)極化調(diào)節(jié)裝置及動(dòng)中通天線系統(tǒng)。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0008]一種機(jī)械式自動(dòng)極化調(diào)節(jié)裝置包括:
[0009]轉(zhuǎn)換調(diào)節(jié)組件，用于將發(fā)射機(jī)傳來的電磁波信號(hào)由同軸線傳輸轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)并調(diào)整其極化角度；
[0010]正交模耦合器，用于將轉(zhuǎn)換調(diào)節(jié)組件傳來的已調(diào)整極化角度的電磁波分解成水平和垂直分量并輸出；
[0011]轉(zhuǎn)換調(diào)節(jié)組件包括殼體、用于調(diào)整極化角度的極化探針以及與主控計(jì)算機(jī)電連接并用于控制極化探針轉(zhuǎn)動(dòng)的電機(jī);殼體上設(shè)有與正交模耦合器連通的圓波導(dǎo)及用于接收發(fā)射機(jī)傳來的電磁波信號(hào)的矩形波導(dǎo)，極化探針固定在電機(jī)的輸出軸上，極化探針設(shè)在殼體內(nèi)的圓波導(dǎo)中，極化探針貫穿矩形波導(dǎo)。
[0012]進(jìn)一步地，極化探針包括金屬棒和匹配塊，金屬棒一端固定在電機(jī)的輸出軸上，匹配塊固定在金屬棒的另一端，匹配塊設(shè)在圓波導(dǎo)內(nèi)。
[0013]進(jìn)一步地，匹配塊的前端設(shè)有起到阻抗匹配作用的三級(jí)臺(tái)階。
[0014]進(jìn)一步地，電機(jī)輸出軸通過一聯(lián)軸器固定連接金屬棒。
[0015]進(jìn)一步地，矩形波導(dǎo)入口內(nèi)設(shè)有用于拓寬頻帶的第一平臺(tái)和第二平臺(tái)，第二平臺(tái)高于第一平臺(tái)，極化探針貫穿第二平臺(tái)。
[0016]進(jìn)一步地，正交模耦合器包括與殼體的圓波導(dǎo)連通的公共端、導(dǎo)出水平極化電磁波的第一出口段及導(dǎo)出垂直極化電磁波的第二出口段，第一出口段的橫截面逐漸變小，第一出口段與公共端連通，第二出口段與公共端通過側(cè)壁耦合縫連通，側(cè)壁耦合縫平行于公共端電磁波輸入方向。
[0017]進(jìn)一步地，第二出口段包括平行于第一出口段的輸出段和用于對(duì)垂直極化電磁波進(jìn)行寬帶匹配的側(cè)壁階梯匹配段，側(cè)壁階梯匹配段與輸出段相互連通，側(cè)壁階梯匹配段垂直于輸出段，側(cè)壁耦合縫設(shè)在側(cè)壁階梯匹配段與公共端連接處。
[0018]進(jìn)一步地，側(cè)壁耦合縫設(shè)在側(cè)壁階梯匹配段的底端，側(cè)壁階梯匹配段內(nèi)設(shè)有一側(cè)壁匹配塊。
[0019]本實(shí)用信息還公開了一種動(dòng)中通天線系統(tǒng)，其包括極化饋電網(wǎng)絡(luò)、電連接傳感器和定位儀的主控計(jì)算機(jī)以及連接衛(wèi)星放大器的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，其還包括以上公開的極化調(diào)節(jié)裝置，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)與殼體的矩形波導(dǎo)連接，主控計(jì)算機(jī)與電機(jī)電連接，正交模耦合器的輸出端連接極化饋電網(wǎng)絡(luò)。
[0020]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是:
[0021]I)本發(fā)明采用正交模耦合器以及具有極化調(diào)節(jié)器和同軸-波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器功能的轉(zhuǎn)換調(diào)節(jié)組件，同時(shí)采用電機(jī)控制極化探針轉(zhuǎn)動(dòng)，使得調(diào)節(jié)裝置適用范圍得到擴(kuò)大；
[0022]2)本發(fā)明能夠?qū)崟r(shí)調(diào)節(jié)動(dòng)中通天線發(fā)射通道傳輸信號(hào)的極化方向，使之與衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的上行信號(hào)極化角匹配，實(shí)時(shí)性好，性能佳；
[0023]3)由于采用波導(dǎo)正交模耦合器，使得垂直和水平兩路信號(hào)之間的隔離度顯著提高，從而抑制了正交極化干擾信號(hào)，提高了天線的交叉極化隔離度，抑制正交極化干擾信號(hào)；
[0024]4)通過電機(jī)控制探針轉(zhuǎn)動(dòng)極化的方式，使得極化控制精度得到保證，同時(shí)由于實(shí)現(xiàn)方式較為方便，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性；
[0025]6)轉(zhuǎn)換調(diào)節(jié)組件具有同軸-波導(dǎo)轉(zhuǎn)換功能，該設(shè)計(jì)便于探針穿過與電機(jī)相連，同時(shí)能保證射頻信號(hào)的正常傳輸；
[0026]7)由于全部采用波導(dǎo)器件，駐波比較小，同時(shí)功率容量顯著提升。
【附圖說明】
[0027]圖1為現(xiàn)有技術(shù)的機(jī)械式饋源旋轉(zhuǎn)極化控制方案示意圖；
[0028]圖2為現(xiàn)有技術(shù)的機(jī)械式極化跟蹤器方案示意圖；
[0029]圖3為機(jī)械式自動(dòng)極化調(diào)節(jié)裝置方案示意圖；
[0030]圖4為機(jī)械式自動(dòng)極化調(diào)節(jié)裝置裝配立體圖；
[0031 ]圖5為機(jī)械式自動(dòng)極化調(diào)節(jié)裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)立體圖；
[0032]圖6為轉(zhuǎn)換調(diào)節(jié)組件的殼體立體圖；
[0033]圖7為轉(zhuǎn)換調(diào)節(jié)組件的殼體沿矩形波導(dǎo)剖開的立體圖，其中極化探針置于殼體內(nèi)；
[0034]圖8為轉(zhuǎn)換調(diào)節(jié)組件的殼體沿中軸剖開的立體圖，其中極化探針置于殼體內(nèi)；
[0035]圖9為正交模耦合器的立體圖；
[0036]圖10為正交模耦合器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖；
[0037]圖11為動(dòng)中通天線系統(tǒng)框架示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0038]為了更充分理解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)一步介紹和說明。
[0039]本發(fā)明第一實(shí)施例的具體結(jié)構(gòu)如圖3至圖10所示。
[0040]如圖3和圖4所示，機(jī)械式自動(dòng)極化調(diào)節(jié)裝置包括轉(zhuǎn)換調(diào)節(jié)組件10和正交模耦合器20。轉(zhuǎn)換調(diào)節(jié)組件10用于將發(fā)射機(jī)傳來的電磁波信號(hào)由同軸線傳輸