一种适用于高、中、低三种轨道卫星的新型信关站的制作方法

1.本发明属于卫星通信技术领域，具体涉及基于可变倾角连续横向枝节阵列 (victs)实现的适用于高、中、低三种轨道卫星的新型信关站。。


背景技术：

2.卫星通信链路包括发射端和接收端地面站、上下行链路以及通信卫星转发器。地面站是卫星通信过程的一个重要组成部分，地面站的基本作用是向卫星发射信号，同时接收其他地面站经卫星转发来的信号，根据卫星通信系统的性质和用途不同，各地面站略有差异，但基础设施相同。传统反射面天线通常对地球同步轨道(geo)卫星通信的信关站有效，一个地面站的建设需要1至4 个大口径反射面天线，并且相互之间有距离限制，占地面积大，但在跟踪快速移动的近地轨道(leo)星座卫星时，传统的抛物面天线的跟踪能量非常有限。


技术实现要素：

3.针对现有技术中的上述不足，本发明提供的适用于高、中、低三种轨道卫星的新型信关站解决了现有的信关站占地面积大、跟踪能力有限且难以适用于各种轨道卫星的问题。
4.为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种适用于高、中、低三种轨道卫星的新型信关站，包括若干拼接在一起的victs天线，相邻所述 victs天线之间通过连接框架拼接，任意两个相邻所述victs天线之间的夹角为第一预设角度，最外圈所述victs天线与地面的夹角为第二预设角度。
5.进一步地，所述victs天线包括从上至下依次设置的天线外壳组件、上极化层、下极化层、辐射层、馈电层以及底板组件，所述天线外壳组件和底板组件与对应的连接框架扣接。
6.进一步地，所述馈电层包括功分网络、准tem波转换器和滤波器；所述辐射层包括耦合缝隙和连续横向枝节单元；所述上极化层和下极化层均包括介质板、印制曲折线以及泡沫夹层。
7.上述进一步方案的有益效果为：基于victs天线的工作过程中，能改变波束的方位方向、俯仰方向以及极化方式，使得天线与卫星极化状态匹配。
8.进一步地，所述连续横向枝节单元采用阶梯渐变式连续横向枝节缝隙阵。
9.上述进一步方案的有益效果为：基于上述结构，实现了馈电层的耦合能力与阵列辐射能力的折中。
10.进一步地，所述信关站中的victs天线数量根据所述信关站的通信范围及要求设置，所述信关站的每个通信范围均有对应的victs天线数量的取值。
11.上述进一步方案的有益效果为：将victs天线数量与通信范围及要求关联，使得本发明所提及的通信信关站能够灵活调整，以满足各种特定通信要求。
12.进一步地，所述信关站的表面为拱形结构。
13.进一步地，所述第一预设角度根据所述victs天线的扫描损失确定。
14.进一步地，所述第二预设角度的取值范围为20～25度。
15.上述进一步方案的有益效果为：根据不同的通信要求，灵活调整两种预设角度及表面结构，以满足最优对星策略。
16.进一步地，所述victs天线的口径根据所述信关站所需通信能力确定；
17.所述信关站的通信能力与单个所述victs天线的增益成正相关，所述 victs天线的增益与所述victs天线口径之间的关系式为：
[0018][0019]
式中，g(dbi)为信关站中第i个victs天线的增益，d为victs天线的等效口径，λ0为victs天线的中心工作波长，4.5为经验数据。
[0020]
上述进一步方案的有益效果为：基于上述关系式，使得能够根据信关站所需通信能力确定各个victs天线的尺寸，以便设计出通信效果更好的信关站。
[0021]
本发明的有益效果为：
[0022]
(1)本发明创新性地victs天线作为通信信关站的基础单元，由victs 构成的相控阵通信信关站天线的每个阵面都可以独立操作和配置约束、同时跟踪多颗卫星；
[0023]
(2)本发明中基于victs天线构成的通信信关站的响应速度达到了毫秒级，远优于传统抛物面天线；
[0024]
(3)本发明中的通信信关站没有传统信关站天线复杂的机械跟踪及传统系统，维护成本远远低于传统的反射面天线系统；
[0025]
(4)本发明中的通信信关站具有低轮廓特性，显著降低了风阻和视觉特性；
[0026]
(5)本发明中的通信信关站天线不存在传统反射面天线之间的间隔，很大程度上缩小了占地面积，大幅降低了安装成本；
[0027]
(6)由于本发明信关站具有响应速度快的特点，其能同时适配高、中、低三种轨道卫星，适用高中低轨的最根本原因是天线转动速度快，转动加速度大，可以跟的上低轨卫星在天运行的速度，更能在不间断通信的前提下，迅速切换对准到另外一颗在轨卫星上，实现低轨卫星的不间断通信，因此，本发明中的信关站具有较高的普适性。
附图说明
[0028]
图1为本发明提供的适用于高、中、低三种轨道卫星的新型信关站结构示意图。
[0029]
图2为本发明中的victs天线结构示意图。
[0030]
图3为本发明提供的victs天线局部放大示意图。
[0031]
图4为本发明中的victs天线中馈电层与辐射层平面传播示意图。
[0032]
其中：1、victs天线；2、连接框架；3、天线外壳组件；4、上极化层；5、下极化层；6、辐射层；7、馈电层；8、底板组件；9、连续横向枝节单元。
具体实施方式
[0033]
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发
明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
[0034]
实施例1：
[0035]
本发明实施例中提供了一种适用于高、中、低三种轨道卫星的新型信关站，如图1所示，包括若干拼接在一起的victs天线1，相邻所述victs天线1之间通过连接框架2拼接，任意两个相邻所述victs天线1之间的夹角为第一预设角度，最外圈所述victs天线1与地面的夹角为第二预设角度。
[0036]
在本发明实施例中，如图2所示，victs天线1为四层平面圆盘结构，其包括从上至下依次设置的天线外壳组件3、上极化层4、下极化层5、辐射层6、馈电层7以及底板组件8，所述天线外壳组件3和底板组件8与对应的连接框架 2扣接。
[0037]
在本发明实施例中，如图3所示，victs天线1中的馈电层7包括功分网络、准tem波转换器和滤波器；所述辐射层6包括耦合缝隙和连续横向枝节 (cts)单元9，所述连续横向枝节单元9采用阶梯渐变式连续横向枝节缝隙阵；所述上极化层4和下极化层5均包括介质板、印制曲折线以及泡沫夹层。
[0038]
在本发明实施例中，在上述victs天线1工作时，馈电层7的平面波传入辐射层6，当馈电层7和辐射层6同时转动时，两层之间的缝隙无夹角改变，进而只改变了波束的方位方向，馈电层7和辐射层6相对转动时，两层之间的缝隙有了角度变化，进而只改变波束的俯仰方向，当平面波由辐射层6传入极化层时，通过极化层的转动改变波束的计划方式，使天线与卫星极化状态匹配。具体地，如图4所示，馈电层7的激励起的平面波(tem波)传输方向通过连接横向枝节单元向cts单元从传输的能量中耦合一部分出去，最后通过各个 cts单元能量的叠加形成高增益天线，并通过采用阶梯渐变式连续横向枝节缝隙阵实现能力耦合和阵列辐射能力的折中。
[0039]
在本发明实施例中，提供了上述通信信关站中，victs天线1进行波束扫描的原理：从阵列综合角度分析，victs天线1以cts单元作为辐射源，通过馈电层7与辐射层6相对旋转实现波束扫描，从阵列综合角度将cts旋转前后阵列进行点源抽样，馈电层7和辐射层6相对旋转之后，等效的辐射点源间距增大，阵列相位因子发生变化，天线的波束指向也随之发生改变，采用加密抽样点的方法，将原始抽样点沿着旋转方向以1/2，1/4，
……
的间隔进行平移抽样毕竟，通过各个抽样矩阵的叠加来反映旋转阵列的阵因子。
[0040]
在本发明实施例中，所述信关站中的victs天线1数量根据所述信关站的通信范围及要求设置，所述信关站的每个通信范围均有对应的victs天线1数量的取值。在本实施例中，使用六边形的连接框架2，采用37个victs天线1 进行拼接，等效于4个2.4m口径的抛物面天线信关站，也可采用19个victs 天线1进行拼接，等效于2个2.4m口径的抛物面天线信关站。对于不同的通信需求，可增加或减少victs天线1的数量，数量具体是多少个要根据实际的等效口径来确定，等效口径不同即通信能力不同，所以victs天线的数量也不同。
[0041]
在本发明实施例中，victs天线的口径根据信关站所需通信能力确定；信关站的通信能力与单个所述victs天线的增益成正相关，所述victs天线的增益与所述victs天线口径之间的关系式为：
[0042][0043]
式中，g(dbi)为信关站中第i个victs天线的增益，d为victs天线的等效口径，λ0为victs天线的中心工作波长，4.5为经验数据。
[0044]
在本发明实施例中，天线的尺寸决定了天线的口径，天线尺寸越大则口径越大，而天线的增益与天线的口径呈正相关关系，且天线增益越大则天线的通信能力越强，即在同等外部条件下，天线增益越大则带宽越大，网速越快。另外，在确定天线数量时，根据实际需要的等效口径来确定victs天线的数量。因此，可以根据信关站所需的通信能力对victs天线的尺寸及数量进行设置，例如，37个victs天线等效于4个2.4m的抛物面天线信关站。
[0045]
需要说明的是，本实施例中连接框架并不只能是六边形的形状，其他只要能将任意两个相邻的victs天线进行拼接的连接框架形状均在本实施例的保护范围内。
[0046]
在本发明实施例中，所述信关站的表面为拱形结构，基于该结构使得本实施例中的信关站相控阵天线具有低轮廓性，降低了风阻和视觉特性，通过弧面拼接设计形成拱形结构，增大了低仰角的扫描能力。
[0047]
在本发明实施例中，第一预设角度根据victs天线的扫描损失确定，第二预设角度的取值范围为20～25度；具体地，对于第一预设角度，由于victs天线扫描角度是以法向触发的正负80度(法向为垂直于天线面的角度，法向信号最强，正负80度以法向对称)，因此天线存在扫描误差，扫描到正负60度时损失约3db；对于第二预设角度，是为了解决低仰角扫描不到或者信号低的问题；在本实施例中优选第一预设角度为188度，第二预设角度为24度，此时对应4 个2.4m口径的抛物面天线信关站的通信能力。
[0048]
在本发明实施例中，对于传统的反射面天线，为了防止天线干扰，反射面天线的部署，要求相互之间至少需要15米的间隔；而本实施例提供的通信信关站中的37个victs天线，相当于8个2.4米反射面天线，每个天线高约4米，因此，本实施例中的通信信关站的victs相控阵天线很好的解决了这一问题，节省了80％安装空间，大幅降低了安装成本。
[0049]
实施例2：
[0050]
本发明实施例中，提供上述通信信关站的工作过程：
[0051]
根据通信需求将若干个victs天线拼接形成信关站，在信关站通信过程中，每个victs天线相互独立，根据各个天线独立的收发通道配合伺服系统进行与目标卫星的通信。
[0052]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“厚度”、“上”、“下”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“径向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明的技术特征的数量。因此，限定由“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或隐含地包括一个或者更多个该特征。