用于衛(wèi)星地面移動(dòng)通信系統(tǒng)的相控陣天線

　　在硬件電路的基礎(chǔ)上，還需配以相應(yīng)的軟件程序。其主要功能一方面是提取GPS的定位數(shù)據(jù)；另一方面就是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理計(jì)算，求出移動(dòng)用戶坐標(biāo)系中移動(dòng)用戶所處位置相對(duì)于通信衛(wèi)星的方位角A、仰角E。結(jié)合搭載在車載用戶上的GPS速度方位角，算出移動(dòng)用戶天線波束指向通信衛(wèi)星信號(hào)的方位角φ、仰角θ。根據(jù)φ、 θ計(jì)算得到每個(gè)移相器的波束控制碼。

　　2.4 相控陣天線系統(tǒng)

　　完整的相控陣天線系統(tǒng)由輻射單元陣列、移相器、功分網(wǎng)絡(luò)、波束控制器以及電源等輔助設(shè)備組成。

　　天線陣列 天線陣面由19個(gè)單元組成，單元基本尺寸為：D=63 mm，△S／S=2.5％。陣元間距100 mm，按照?qǐng)A形陣分三圈分布，由內(nèi)到外單元數(shù)依次為1-6-12，半徑240 mm，介質(zhì)層厚度h=6 mm，相對(duì)介電常數(shù)為2.65，單元饋電點(diǎn)通過過孔與背板上的SMA相連。天線陣形式如圖5所示。

　　移相器與功分網(wǎng)絡(luò) 選用微帶二極管型式的3 b可控?cái)?shù)字移相器。其特性參數(shù)插損約為1 dB，駐波比小于1.25，質(zhì)量40 g，功耗0.6 W，滿足在相控陣天線中對(duì)數(shù)字移相器體積小、功率低、轉(zhuǎn)換時(shí)間短、穩(wěn)定性好的要求。功分網(wǎng)絡(luò)采用威金森功分器，以1：19進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)測帶內(nèi)插損約1 dB，端口隔離度>20 dB。結(jié)構(gòu)如圖6所示。

　　波束控制器 GPS模塊選用GARMIN的15LOEM板，它并行12通道，可同時(shí)跟蹤12顆衛(wèi)星，定位精度高，功耗低。DGPS可實(shí)時(shí)WAAS差分或偽距差分，差分精度3～5 m。電子羅盤采用Honeywell的3300磁感應(yīng)芯片的OEM電子羅盤模塊。它可提供數(shù)字航向，直接輸出數(shù)字信號(hào)，通過RS 232可與單片機(jī)通信。它的傾斜角可達(dá)±10°，在此范圍內(nèi)，可以提供較精確的三維角度，航向精度為1°。它的數(shù)據(jù)更新率可以達(dá)到10 Hz，用戶可以自由配置和存儲(chǔ)參數(shù)。

　　單片機(jī)選用SILION公司C8051F020，能夠滿足以上系統(tǒng)的要求。C8051F020單片機(jī)采用SILICON公司的專利CIP-51微處理器內(nèi)核。該芯片在程序運(yùn)行時(shí)可實(shí)現(xiàn)內(nèi)、外部時(shí)鐘的切換，這在低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中非常實(shí)用，同時(shí)C8051F020還在內(nèi)部增加了復(fù)位源，從而大大提高了系統(tǒng)的可靠性。

　　輔助設(shè)備 系統(tǒng)輔助設(shè)備包括給系統(tǒng)供電的直流電源，連接電纜以及射頻接口等。

　　3 設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果

　　按照設(shè)計(jì)方案研制了樣機(jī)，掃描范圍：仰角30°～90°，方位角0°～360°。系統(tǒng)功分網(wǎng)絡(luò)輸出口處電壓駐波比如圖7所示。

　　表1～表3列出了相控陣天線的部分掃描特性。

　　4 結(jié)語

　　本文給出了一種應(yīng)用于衛(wèi)星地面移動(dòng)通信終端的相控陣天線的設(shè)計(jì)，采用GPS結(jié)合電子羅盤的方案采集運(yùn)動(dòng)載體的相差信息，通過波控機(jī)控制天線波束自動(dòng)跟蹤通信衛(wèi)星，對(duì)天線單元和波束控制系統(tǒng)進(jìn)行了分析和設(shè)計(jì)。實(shí)測結(jié)果與理論設(shè)計(jì)吻合較好，從而為衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)“動(dòng)中通”提供了一種新的方案。