專利名稱：一種“動中通”衛(wèi)星移動通信天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種“動中通”衛(wèi)星移動通信天線，屬于衛(wèi)星通信微波天線和信號處理領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來，“動中通”作為一項衛(wèi)星移動通信技術(shù)在國內(nèi)外受到高度重視。由于“動中通” 可以實現(xiàn)衛(wèi)星終端運(yùn)動狀態(tài)下不間斷接收衛(wèi)星信號或向衛(wèi)星發(fā)射信號，實現(xiàn)衛(wèi)星移動通信，因而在防災(zāi)救災(zāi)、衛(wèi)星車載接收與傳輸、軍用衛(wèi)星移動通信等方面具有重要的研究意義和應(yīng)用前景。比較國內(nèi)外“動中通”衛(wèi)星移動通信天線技術(shù)的研究和開發(fā)，國外一般都采用技術(shù)水平要求高的天線跟蹤方式，產(chǎn)品價格都非常昂貴。而國內(nèi)大多采用比較成熟的機(jī)械跟蹤方式，雖然具有一定的價格優(yōu)勢，但存在天線性能方面的明顯不足。綜合國內(nèi)外各種“動中通”衛(wèi)星移動通信天線技術(shù)，具體缺點主要表現(xiàn)如下
(1)為方便天線運(yùn)動狀態(tài)下的自動跟蹤調(diào)整，天線常被設(shè)計成小口徑面和輕量化。通?！皠又型ā毙l(wèi)星移動通信天線的口徑尺寸小，天線單元陣列數(shù)少。因此，“動中通”衛(wèi)星移動通信天線增益比普通固定式衛(wèi)星通信天線一般要低5-10dB以上。低增益的天線將大大降低衛(wèi)星通信系統(tǒng)的靈敏度和通信質(zhì)量。 (2)載體在起伏路面和急轉(zhuǎn)彎道上行駛時， 載體上的衛(wèi)星天線俯仰角和方位角易引起劇烈變化，如果跟蹤響應(yīng)速度或精度不夠，天線指向?qū)⑵x衛(wèi)星而發(fā)生通信中斷。單靠機(jī)械伺服機(jī)構(gòu)調(diào)整跟蹤是難以在高增益天線(波束角非常窄)下實現(xiàn)衛(wèi)星移動通信的自動跟蹤。而單純依靠復(fù)雜的相控陣天線技術(shù)，在高增益天線條件下，天線單元數(shù)的增加將大大提高天線生產(chǎn)成本，而且項控陣天線的跟蹤角也有限。 (3)目前衛(wèi)星天線跟蹤系統(tǒng)中的跟蹤角參考量主要依賴于GPS、經(jīng)緯儀、捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)測量。我國自主研發(fā)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)已開始進(jìn)入實用階段。因此，“動中通”衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)研究開發(fā)中，還有待于充分地利用我國的北斗系統(tǒng)，發(fā)揮北斗的作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種“動中通”衛(wèi)星移動通信天線的設(shè)計方案，可以保證“動中通”衛(wèi)星移動通信天線在載體劇烈運(yùn)動條件下，完成天線高增益、窄波束下的高速和高精度跟蹤。本發(fā)明為解決其技術(shù)問題采用如下設(shè)計方案
一種“動中通”衛(wèi)星移動通信天線，包括機(jī)械伺服系統(tǒng)驅(qū)動的天線徑向移動底盤、相控陣天線陣列、相控陣天線饋電系統(tǒng)及俯仰角調(diào)節(jié)支架和人工左手超材料天線罩，其中天線徑向移動底盤為由機(jī)械伺服系統(tǒng)驅(qū)動的圓盤結(jié)構(gòu)，能360度旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)方位角；相控陣天線陣列與天線徑向移動底盤之間由俯仰角調(diào)節(jié)支架相連，同時俯仰角調(diào)節(jié)支架或天線徑向移動底盤上附有相控陣天線饋電系統(tǒng)，通過機(jī)械伺服系統(tǒng)調(diào)節(jié)俯仰角支架高度改變天線俯仰角度；人工左手超材料天線罩加載于相控陣天線陣列之上，用于天線性能的改善。所述的相控陣天線陣列采用多組分布結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的有益效果如下
在精密電子跟蹤中采用低成本、少單元、小口徑相控陣天線，通過增加人工左手超材料天線罩技術(shù)提高相控陣天線增益，以達(dá)到高質(zhì)量衛(wèi)星移動通信的目的。



圖1是本發(fā)明基于底盤水平360°旋轉(zhuǎn)、天線支架仰俯調(diào)節(jié)的機(jī)械粗跟蹤與相控陣電子精密跟蹤一體化的布局圖。圖2是結(jié)合人工左手超材料相控陣天線罩技術(shù)的示意圖。圖1和圖2中1、相控陣天線陣列；2、機(jī)械伺服系統(tǒng)驅(qū)動的天線徑向移動底盤；3、 相控陣天線饋電系統(tǒng)及俯仰角調(diào)節(jié)支架；4、人工左手超材料天線罩。圖3是左手超材料結(jié)構(gòu)設(shè)計示意圖，其中1、金屬導(dǎo)體；2、聚四氟乙烯板材。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明創(chuàng)造做進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖1所示，天線徑向移動底盤為由機(jī)械伺服系統(tǒng)驅(qū)動的圓盤結(jié)構(gòu)，可360度旋轉(zhuǎn)；相控陣天線陣列與天線徑向移動底盤間由俯仰角調(diào)節(jié)支架連接，俯仰角調(diào)節(jié)支架可調(diào)節(jié)天線的俯仰角；相控陣天線陣列表層附有人工左手超材料天線罩。(a)相控陣天線陣列采用多組分布結(jié)構(gòu)，降低天線整體高度，增加天線方向角控制機(jī)動性；
(b)利用人工左手超材料特有的電磁特性設(shè)計具有波束聚合作用小口徑相控陣天線罩，減少天線陣元數(shù)量，實現(xiàn)天線的高增益和小型化。(c)獲取衛(wèi)星及天線的方位信息后，利用兩組機(jī)械伺服系統(tǒng)分別控制天線徑向移動底盤360°水平方位轉(zhuǎn)動和天線陣列俯仰角調(diào)節(jié)，實現(xiàn)一定角誤差范圍內(nèi)的機(jī)械粗調(diào)跟
S示ο(d)相控陣天線電子精確微調(diào)，直到衛(wèi)星接收器接收到的衛(wèi)星信號強(qiáng)度最大為止。衛(wèi)星的搜索過程具體來說可以分為如下兩步進(jìn)行(1)粗調(diào)當(dāng)天線載體由于各種運(yùn)動使得天線發(fā)生方向變化時，通過北斗衛(wèi)星檢測到的載體經(jīng)緯度和預(yù)知衛(wèi)星經(jīng)緯度信息，計算得到衛(wèi)星相對于載體的變化方向角和俯仰角，利用機(jī)械伺服系統(tǒng)驅(qū)動天線徑向移動底盤及俯仰角調(diào)節(jié)支架快速調(diào)節(jié)使天線轉(zhuǎn)到衛(wèi)星的方向角和俯仰角附近。(2)微調(diào)粗調(diào)之后，再在衛(wèi)星俯仰角和方位角附近進(jìn)行相控陣天線電子精確微調(diào)，直到衛(wèi)星接收器接收到的衛(wèi)星信號強(qiáng)度最大為止。考慮到坐標(biāo)變換等存在誤差，在這里根據(jù)衛(wèi)星返回的衛(wèi)星信號強(qiáng)度和信噪比來確定天線是否對準(zhǔn)衛(wèi)星。圖2為結(jié)合人工左手超材料相控陣天線罩技術(shù)的結(jié)構(gòu)示意圖。天線頂部封內(nèi)嵌人工左手超材料薄膜。該左手超材料薄膜可使天線X方向波束寬度基本保持不變，y方向波束寬度變窄，從而彌補(bǔ)y方向由于天線單元的不足波束變寬問題，使得天線增益得以提高。 人工左手超材料的引入可使天線的聚焦性和方向性更好，并可改善天線的部分性能。若選用損耗小的人工左手超材料且保證良好的波阻抗匹配，天線的增益更可改善IOdB左右。人工左手超材料覆層相當(dāng)于凸透鏡，使電磁波只能夠在垂直方向附近的小角度內(nèi)傳播，其它方向的傳播被限制。這將顯著改善天線方向性，提高天線的增益。圖3是左手超材料的設(shè)計結(jié)構(gòu)示意圖。本左手超材料可采用在低介質(zhì)板材(如聚四氟乙烯)表面分布設(shè)計具有一定寬度的金屬導(dǎo)體，通過設(shè)計金屬導(dǎo)體的寬度wi及金屬導(dǎo)體間距di可以設(shè)計出具有不同聚焦特性的人工左手超材料天線罩。
權(quán)利要求
1.一種“動中通”衛(wèi)星移動通信天線，其特征在于包括機(jī)械伺服系統(tǒng)驅(qū)動的天線徑向移動底盤、相控陣天線陣列、相控陣天線饋電系統(tǒng)及俯仰角調(diào)節(jié)支架和人工左手超材料天線罩，其中天線徑向移動底盤為由機(jī)械伺服系統(tǒng)驅(qū)動的圓盤結(jié)構(gòu)，能360度旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)方位角； 相控陣天線陣列與天線徑向移動底盤之間由俯仰角調(diào)節(jié)支架相連，同時俯仰角調(diào)節(jié)支架或天線徑向移動底盤上附有相控陣天線饋電系統(tǒng)，通過機(jī)械伺服系統(tǒng)調(diào)節(jié)俯仰角支架高度改變天線俯仰角度；人工左手超材料天線罩加載于相控陣天線陣列之上，用于天線性能的改業(yè)口 ο
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種“動中通”衛(wèi)星移動通信天線，其特征在于所述的相控陣天線陣列采用多組分布結(jié)構(gòu)。
全文摘要
一種“動中通”衛(wèi)星移動通信天線，屬于衛(wèi)星通信微波天線和信號處理領(lǐng)域。該衛(wèi)星移動通信天線包括機(jī)械伺服系統(tǒng)驅(qū)動的天線徑向移動底盤、相控陣天線陣列、相控陣天線饋電系統(tǒng)及俯仰角調(diào)節(jié)支架和人工左手超材料天線罩，其中相控陣天線陣列與天線徑向移動底盤之間由俯仰角調(diào)節(jié)支架相連，同時俯仰角調(diào)節(jié)支架或天線徑向移動底盤上附有相控陣天線饋電系統(tǒng)，人工左手超材料天線罩加載于相控陣天線陣列之上。在精密電子跟蹤中采用低成本、少單元相控陣天線陣列，通過增加人工超材料天線罩技術(shù)提高相控陣天線增益，以達(dá)到高質(zhì)量衛(wèi)星移動通信的目的。
文檔編號H01Q21/00GK102437425SQ20111027395
公開日2012年5月2日 申請日期2011年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月16日
發(fā)明者周俊萍, 李家強(qiáng), 王友保, 葛俊祥, 陳蘇婷 申請人:南京信息工程大學(xué)