摘要 相控阵天线是一种可以覆盖全空域的卫星通信设备，由七面阵围成一个台体，在台体的每一面阵上通常都会设置四个单元的相控阵天线，天线所有单元发射的波束会覆盖整个空域，顶部面阵所发射的波束会覆盖上半空间的所有区域，侧面六个面阵所发射的波束会覆盖仰角的所有空域。此外，在系统内部，通常采用开关进行切换控制不同面阵工作的状态。同时。每一面阵中，单元相控阵进行波束不间断扫描，极大地扩大了波束的覆盖范围，增强了移动通讯的服务能力。另一方面，通过系统内部的传感系统和控制设备可以实现对卫星的自跟踪。这种技术可以用于各种移动通信设备上。

关键词 多面阵；全空域；相控阵天线；卫星通信

随着我国卫星技术逐渐成熟，移动通信技术也获得了快速发展，其中通信设备终端的天线越来越向着轻量化、小型化、低剖面、高增益的方向发展。而天线技术的市场需求日益增加。尤其在国防建设、边远山区通信、应急抢险救灾和处理突发事件的现场指挥等重要场合，其作用显得极其突出。而通过移动通讯载体和卫星进行实时信息传输，逐渐成为军民两用的重要需求和天线技术的发展趋势。

1 卫星通信的天线技术的种类及相控天线的优缺点

现阶段，卫星通信天线技术主要有：相控阵天线、平板阵列天线和抛物面天线。相控阵天线因为其科技含量更高技术更具有优势，而且功能强大，工作方式灵活多变，使用计算机控制的无惯性波束进行信息扫描，所以已成为了众多卫星应用和军用相控阵天线的主要形式，可以捕获和跟踪移动过程中的卫星信号。因为具有明显的优越性，其成为未来移动地面站中的最重要的天线。但其也存在缺点，比如在进行大角度扫描时，单一的相控阵天线会存在较大的增益恶化，这使得其在很多工作环境中不能充分发挥其性能的优越性。

为了克服相控阵天线的这一明显缺陷，许多研究人员采用了诸多措施，如将单元阵面设计为倾斜的，使得其和地面构成一定角度，但这种设计也还是存在一些弊端，如在低仰角时会存在难以抑制的较大栅瓣。还有其他一些学者对天线罩进行了一些改进，发现通过天线罩后电磁波会发生一定的折射，折射方向会转向低仰角，可以实现对低仰角的增益覆盖，但这样天线罩又会引入较大的插损[1]。

2 相控阵天线的类型

2.1 低增益全向天线

低增益全向天线具有很高的全向性，主要由交叉下垂偶极子天线构成。一般情况下，偶极子天线的状态是保持交叉下垂，在中心处一对偶极子天线以交叉垂直的方式组合在一起。而四根螺旋线具有相同的馈电幅度，相位为0度、90度、180度、270度。由于其占据了所有同步卫星轨道，所以轨道无法进行复用。

2.2 中增益追踪天线

中增益追踪天线通过机械自动调向线天线阵和电控相控阵天线两种方式对卫星实现追踪。

（1）电控相控阵天线

电控相控阵天线具有灵活、可靠的优点。其可以和地面的移动物体保持一致的形状，所以很难被发现，且外观十分美观。在进行定向时，首先在两个交叉方向，垂直和水平方向上天线会接收到最强的信号，通过对接收到的强信号进行分析，完成定向系统的初始化。

（2）机械控制定位线天线阵

在中增益追踪天线时，机械控制定位的天线阵成本相对低廉。虽然这种天线和地面移动物体的共形性较差，但是因为其是由多个微带贴片对天线进行定位，尺寸和外观也和低增益天线的具有明显的差异。所以中增益这种定位更加准确、可靠[2]。

3 卫星移动通信相控阵天线的系统概述

为了实现多空域覆盖设计的天线系统，通常会采用多面阵列，这种阵列的底盘半径较小。采用相控阵天线波束扫描，可实现在所需要的空域范围内，电子波束扫描不需要借助其他任何机械，省去了尺寸庞大结构复杂的机械机构，从而保证了相控阵天线不会有太大的尺寸，这更加易于实现其广泛应用和实现便于安装。

阵列结构的优势在于可以保证在天线具有较小尺寸的情况下，实现优越的电气性能。天线阵列可以划分为多个不同的具有功能的模块，实现了天线阵列的低剖面设计和模块化设计，更加适应与安装的需要。而双频段保证了天线宽波束性能和宽频带，同时可以保证天线具有较低的高度和较小尺寸，满足组阵的功能需要。

在天线接收信号时，信号由卫星转发器下的信号发射器发出，信号发射到阵面接收天线的单元，再由天线单元接收，信号经过双工器处理，最后进入信号接收组件，通过有关器件对杂波进行滤波、把需要的信号放大，经过移相器移相后，对每一路信号的相位进行移相调整，再通过馈电网络对信号进行合成，进入功分器，最后信号进入跟踪接收机，通过变频，变为中频信号，并再次进行信号处理；让信号进入终端接收机[3]。

4 卫星通信相控阵天线的新技术

在卫星通信领域，数字相控阵天线因为其波束扫描的灵活性、多功能应用、系统资源的利用率等多种优势，比传统的模拟相控阵天线要更加实用。

4.1 数字相控阵天线阵面

数字相控阵天线阵面是由：天线阵列、高频箱、结构骨架、天线罩等构成，数字相控阵天线阵面的主要功能是：

（1）在进行发射的时候，数字相控阵天线的阵面对其前一级发射的信号进行重新处理：放大、辐射以及合成。

（2）在进行接收的时候，数字相控阵天线阵面把天线所接收到的目标进行处理，把回波时的信号进行放大，把数字的接收通道调整成数字的信号，然后经过数字波束的作用，形成自适应的波束。

4.2 数字相控阵天线的测试步骤

（1）經过计算机主控设备通知，然后扫描架通过第一通道，并把第一通道的序列位置发送到计算机的控制设备。

（2）计算机的控制设备接收序列位置，然后向计算机主控设备回馈握手信号，不断地进行循环，在一个完整测试序列完成后停止。

参考文献

[1] 冯少东.“动中通”相关技术新进展[J].卫星应用，2007，（3）：50-52.

[2] 康学海，柯树人.“动中通”移动卫星通信终端天线跟踪技术[J].现代电子技术，2007，（17）：17-21.

[3] 丁阳.通信卫星区域覆盖多波束天线设计与多频带终端印刷天线研究[D].西安：西安电子科技大学，2014.下载本文