李建華

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天線系統(tǒng)是衛(wèi)星地球站的重要組成部分，與衛(wèi)星通信質(zhì)量的優(yōu)劣有著非常密切的關(guān)系。隨著衛(wèi)星通信技術(shù)的快速發(fā)展，地球站天線技術(shù)也有了很大的發(fā)展和進步，對天線技術(shù)指標(biāo)的提升起到了重要促進作用。

1 地球站天線的分類和系統(tǒng)要求

1.1 分類

衛(wèi)星通信系統(tǒng)對地球站天線波束的覆蓋范圍存在著一定的要求：俯仰0～90°，水平方位0～360°。對于達到上述要求的天線來說，一般會被分為兩大類，即全向天線和定向天線。全向天線的增益較低，體積小，質(zhì)量也較輕微，不需要使用波束跟蹤的方法來操作。定向天線的收益較高，是衛(wèi)星通信地球站的主流天線，一般高速數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)中均使用定向天線。［1］

1.2 系統(tǒng)要求

1.2.1 電氣性能

衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的頻段數(shù)量具有一定的多樣性，其中L頻段會比較廣泛的應(yīng)用在地球站的通信鏈路當(dāng)中，相關(guān)的研究內(nèi)容也較多。對于L頻段的衛(wèi)星通信系統(tǒng)來說，其主要覆蓋范圍與接收信號的寬帶為8%，天線的實際運行方式主要為圓極化，這就需要相關(guān)技術(shù)人員對有效對極化跟蹤方式進行充分的了解。

1.2.2 波束跟蹤

在定向天線的實際運行過程中，衛(wèi)星通信地球站會存在自由度不斷變化的現(xiàn)象，因此需要對天線波束的指向進行密切關(guān)注，將其進行特定的改變與設(shè)定就可以讓其始終保持跟蹤衛(wèi)星的狀態(tài)。衛(wèi)星跟蹤的方式主要有開環(huán)追蹤與閉環(huán)追蹤兩種類型。開環(huán)追蹤的工作原理是把傳感器運用到地球站等相關(guān)位置上與實際信息測量當(dāng)中，做好相關(guān)的計算之后再控制其波束的指向；閉環(huán)控制則是將衛(wèi)星接收方式作為主要的工作內(nèi)容來控制好電路，通過對波束指向進行調(diào)整實現(xiàn)對衛(wèi)星的跟蹤。

2 衛(wèi)星通信地球站天線的發(fā)展階段

2.1 初級階段

在地球站天線的發(fā)展初期，天線效率低是常見的問題。天線形式主要是由前饋拋物面天線和常規(guī)的未加賦形的卡塞格倫天線組成。在該初級階段中，天線的主要目的是解決好啟用方面的問題。衛(wèi)星接收系統(tǒng)中放大器是通過利用調(diào)整常溫參數(shù)來開展相關(guān)工作，其本身噪聲溫度比較高，嚴(yán)重影響到地球天線的實際恒溫噪音。

2.2 進展階段

隨著地球站通信系統(tǒng)的發(fā)展，對制冷功效提出更高的要求。但其本身沒有較高的噪聲溫度，因此需要強化對天線噪聲溫度的控制，并由此提出了將地球站品質(zhì)作為參數(shù)的衛(wèi)星通信系統(tǒng)性能通信指標(biāo)，繼而出現(xiàn)了后饋式的卡塞格倫天線和格里高利天線。

2.3 頻譜復(fù)用和低旁瓣階段

衛(wèi)星通信技術(shù)的不斷發(fā)展，與地球同步軌道的衛(wèi)星數(shù)量不斷增多，且它們之間的間距也在逐漸增大。地球站天線的旁瓣特性是用來確定最小衛(wèi)星間距的主要因素，同時也是影響有效利用射頻頻譜的重要因素。另外，天線輻射方向也會對主波束以外的EIRP和由旁瓣接收的功率產(chǎn)生影響?？傮w來說，想要充分利用空間資源，避免出現(xiàn)相鄰的衛(wèi)星受到較大干擾的問題，需要提高對地球站天線地旁瓣包絡(luò)特性的重視。在此階段中，低噪聲放大器得到了比較廣泛的應(yīng)用，并且強化了對頻譜復(fù)用技術(shù)的研究。

2.4 現(xiàn)有頻段的展寬和開拓新頻段階段

對現(xiàn)有的衛(wèi)星通信頻段實施拓寬處理，可以實現(xiàn)對衛(wèi)星通信容量的擴大，同時也屬于比較經(jīng)濟且有效的方法。開辟新的頻段對于城市來說非常必要，在城市建站的時候需要考慮站址環(huán)境。目前，C波段微波信號處在比較密集的狀態(tài)下，因此衛(wèi)星站一般都建立在城郊區(qū)域，并開拓新的頻段，以此來緩解信號擁擠的問題。

3 衛(wèi)生通信地球站天線技術(shù)的新進展及發(fā)展趨勢

3.1 高頻段通信地球站天線技術(shù)

隨著在軌衛(wèi)星數(shù)目不斷增長，應(yīng)開辟出更多的頻段來發(fā)揮作用。Ka頻段是現(xiàn)階段正在大力開拓的段位，因其配置比較完備且優(yōu)點較多，能夠更好的建立實時衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，該頻段可以憑借較短的波長讓小口徑天線得到較多的增益，使衛(wèi)星通信地球站朝著小型化方向更好地發(fā)展。對于Ka頻段的地球站來說，需要采用波束寬度只有1～2°且增益大于20dB的天線，這種天線類型對于跟蹤精度和速度都有著非常高的要求，這是需要重點關(guān)注的內(nèi)容。［2］

3.2 多頻段通信地球站天線技術(shù)

將多頻段共用的方式應(yīng)用在衛(wèi)星通信領(lǐng)域當(dāng)中，可以讓通信容量得到一定的擴充，并讓地球站發(fā)揮出一站多用的功能。多頻段的通信地球站天線技術(shù)應(yīng)用可以讓建站成本得到降低，同時也能避免受到較多的干擾。多頻共用的手段就是同一個時間段內(nèi)利用多個頻段來開展通信活動?，F(xiàn)階段的多頻共用技術(shù)是比較廣泛的，其關(guān)鍵是多頻共用饋源設(shè)計技術(shù)。

3.3 多波束通信地球站天線技術(shù)

衛(wèi)星通信技術(shù)的快速發(fā)展讓衛(wèi)星軌道也變得越來越緊張，同步軌道之間的衛(wèi)星間隔出現(xiàn)擁擠現(xiàn)象。利用一副地球站天線來接收多顆衛(wèi)星信號是一項非常重要的技術(shù)。多波束通信地球站天線指的是利用兩個以上的具有獨立性的天線來對波束進行控制，每個波束不僅可以實現(xiàn)獨立接收和發(fā)射信號的功能，還能夠?qū)崿F(xiàn)同時接收同時發(fā)射的功能。這種天線技術(shù)實現(xiàn)了一站多用的重要作用，不僅可以優(yōu)化地球站布局，也能在一定程度上降低建站的成本，同時可以提升其通信管理的活動性與創(chuàng)新性，對經(jīng)濟效益與社會效益進行全面提高。［3］

3.4 移動地球站智能天線技術(shù)

對于衛(wèi)星通信地球站的智能通信天線來說，通常認(rèn)為天線陣會對自身所處電磁環(huán)境進行一定的感知和判斷，按照相應(yīng)的規(guī)則自動形成單個或多個波束實現(xiàn)對衛(wèi)星的跟蹤，抑制各種干擾，讓其處在一個比較理想的范圍當(dāng)中。智能天線主要是通過利用自身的自適應(yīng)干擾理論，經(jīng)過一定的學(xué)習(xí)和處理之后依靠陣列序號來強化數(shù)字波束信號。將其應(yīng)用于衛(wèi)星通信地球站，具有更快的跟蹤速度，擁有優(yōu)質(zhì)的電氣性能且便于安裝。

結(jié)束語

在衛(wèi)星通信技術(shù)的不斷發(fā)展和進步中，其應(yīng)用范圍更加廣泛，地球站天線技術(shù)也有了新的發(fā)展。為了更好的保證衛(wèi)星通信質(zhì)量，需要對地球站天線性能的發(fā)展進行更深入探究，向智能化發(fā)展。