1、概述
隨著空間技術(shù)的不斷發(fā)展,航天產(chǎn)業(yè)的商業(yè)化,小衛(wèi)星和小火箭因制造和發(fā)射成本低、技術(shù)更新快、便于規(guī)模化制造等特點,得到快速的發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計,2017年全球發(fā)射500Kg以下小衛(wèi)星達310顆,美國行星公司的“鴿群”衛(wèi)星計劃、“烏鴉座-廣覆蓋”衛(wèi)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(yè)航天推向發(fā)展的頂峰,也必將推動商業(yè)航天各個領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)發(fā)展,尤其在衛(wèi)星應(yīng)用領(lǐng)域的導(dǎo)航、通信、遙感領(lǐng)域?qū)盹w躍式發(fā)展,并將催生更多、更廣的尖端技術(shù)。
隨著中星16正式宣布運營,中國高通量衛(wèi)星商業(yè)化運營的大門也正式拉開,中國衛(wèi)通將陸續(xù)在2019年發(fā)射中星18號高通量衛(wèi)星,計劃2021年前后超大容量同步軌道高通量衛(wèi)星,以增強國土、海洋的覆蓋和實現(xiàn)“一帶一路”的基本覆蓋能力,在軌高通量衛(wèi)星系統(tǒng)容量約為400Gbps。
未來高通量衛(wèi)星及低軌Ka星座的發(fā)展將給通信服務(wù)產(chǎn)生質(zhì)的改變,Ka互聯(lián)網(wǎng)和電視直播、WIFI區(qū)域覆蓋、遠程教育、4G應(yīng)急、雙盲演練、船載寬帶服務(wù)、機載寬帶服務(wù)、熱點直播、專用網(wǎng)絡(luò)平臺、物聯(lián)網(wǎng)等將從電信級網(wǎng)絡(luò)向天地一體化衛(wèi)星寬帶網(wǎng)絡(luò)過渡,實現(xiàn)“海、陸、空”立體化業(yè)務(wù)發(fā)展的新格局。
2、衛(wèi)通地面終端分類
地面用戶終端系統(tǒng)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(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛,其中便攜站天線和動中通天線作為應(yīng)用最廣泛的移動站天線,在天線領(lǐng)域受到最高的關(guān)注和最廣泛的應(yīng)用。
隨著新技術(shù)的發(fā)展、新材料的廣泛應(yīng)用、制造水平的不斷提升,各類設(shè)備及組件向輕量化、微小型發(fā)展,天線的發(fā)展也更趨于集成化、模塊化、易共形、低剖面、高性能發(fā)展。天線由傳統(tǒng)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(fā)展。
3、便攜站天線
便攜式衛(wèi)星通信設(shè)備是針對衛(wèi)星新聞采集、單兵作戰(zhàn)、應(yīng)急通信開發(fā)的便攜式天線。便攜式天線系統(tǒng)具有體積小、重量輕、便于攜帶、可靠性高、操作簡便等優(yōu)點。完成對星過程小于3分鐘。單兵便攜式衛(wèi)星通信設(shè)備主要完成圖像、視頻、話音、數(shù)據(jù)的遠程通信功能,環(huán)境適應(yīng)能力強,高品質(zhì)、高可靠是它的第一要求。便攜式衛(wèi)星通信設(shè)備主要應(yīng)用在政府應(yīng)急部門、新聞媒體、公安、消防、邊防、人防、氣象、武警、軍隊等行業(yè)應(yīng)急通信中發(fā)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(yīng)用在部分設(shè)備出現(xiàn)問題時采用;
c) 自動定位(當?shù)亟?jīng)緯度、天線角度、傾斜、橫滾角度);
d) 自動捕獲衛(wèi)星(一鍵通功能);
e) 自動跟蹤,跟蹤精度優(yōu)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(wěn)定保持對準衛(wèi)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(shù)據(jù)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(shù)人員通過手持機即可操作完成;
e) 嵌入式控制系統(tǒng),并提供手動控制功能;
f) 系統(tǒng)采用衛(wèi)星信標接收機或DVB接收機,即可利用衛(wèi)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。
3.3 便攜站天線發(fā)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(shù)門檻低,拋物面架構(gòu)產(chǎn)品高度同質(zhì)化,競爭激烈,同時一定程度體現(xiàn)了以下的發(fā)展趨勢:
1) 向高頻發(fā)展:覆蓋Ka頻段的產(chǎn)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(wèi)星終端的形態(tài)就是類似筆記本那樣,便攜輕巧;
5) 工業(yè)化設(shè)計:便攜站畢竟直接由人隨身攜帶使用,工業(yè)化設(shè)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(jié)構(gòu)上前后一體化。
4、動中通天線
動中通天線天線系統(tǒng)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(wèi)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(guān),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(yōu)良電氣性能;
b) 面板精度高、重量輕、剛度好、三防好、環(huán)境適應(yīng)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(xiàn)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(shè)計,提高空氣動力學(xué)性能。
4.2 動中通天線發(fā)展趨勢
由于涉及伺服控制和跟蹤技術(shù),能夠獨立研發(fā)動中通的廠家整體數(shù)量比便攜站要少,展會動中通產(chǎn)品明顯少于便攜站天線,Ku動中通已經(jīng)非常成熟,Ka動中通產(chǎn)品尚不多。展會產(chǎn)品整體新意不多,多是老面孔,具體趨勢如下:
1) 向高頻發(fā)展:國內(nèi)獨立研發(fā)Ka產(chǎn)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(shù):某單位展示了Ku/Ka雙頻動中通,采用同饋技術(shù);
3) 電掃天線技術(shù):電掃天線成為產(chǎn)品發(fā)展的新趨向,但距離實際批量低成本應(yīng)用還有不少差距,特別是國內(nèi)對標Kymeta、Isotropic、Phasor等的企業(yè)還有很大差距,但是未來大趨勢。
5、總結(jié)
未來幾年,衛(wèi)星空間部署數(shù)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(zhàn)略的推進,衛(wèi)星通信天線將面臨非常好的發(fā)展機遇。筆者梳理了衛(wèi)通天線產(chǎn)品涉及幾項關(guān)鍵技術(shù)羅列如下:
(1) 平板天線低旁副瓣技術(shù);
(2) 寬帶微帶陣列天線技術(shù);
(3) 適用于低成本的稀疏陣技術(shù);
(4) 一體化低剖面技術(shù);
(5) 平板收發(fā)共口徑技術(shù);
(6) 適用于星座的多波束技術(shù);
(7) 極化切換實現(xiàn)技術(shù);
(8) 低軸比寬帶高性能饋源技術(shù);
(9) 機電復(fù)合掃描技術(shù)。
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