动中通平板天线电子变极化系统及电子变极化方法

摘要

本发明公开了一种动中通平板天线电子变极化系统及电子变极化方法，其系统包括：对移动载体姿态与位置进行实时测量的状态信息检测单元、据所测量信息计算出移动载体静态及动态极化角的主控制器、对双极化平板天线收发信号进行极化调整的电子变极化单元和对电子变极化单元进行控制的辅控制器；其变极化方法如下：移动载体状态信息实时检测与同步传送，静态及动态极化角计算，确定电子变极化单元工作参数的实时调整量，对天线收发信号进行同步调整并实现极化匹配。本发明系统结构简单、体积小且极化控制方法简单、可实现快速极化调整，能满足低轮廓天线系统的设计要求，能有效适用于移动载体卫星通信中的极化对准，有效解决平板天线的变极化问题。

主权项

1.一种利用动中通平板天线电子变极化系统对Ku频段双极化平板天线进行电子变极化的方法，所采用的动中通平板天线电子变极化系统包括对承载Ku频段双极化平板天线(5)的移动载体的姿态与位置信息进行实时检测的状态信息检测单元(1)、根据状态信息检测单元(1)所检测信息计算得出所述移动载体在静态及动态条件下的极化角的主控制器(2)、对Ku频段双极化平板天线(5)所收发信号的相位与幅度进行调整以实现实时对Ku频段双极化平板天线(5)进行极化匹配的电子变极化单元(4)和根据主控制器(2)的计算结果相应推算出需对Ku频段双极化平板天线(5)所收发信号的相位或者相位与幅度进行调整的调整量并根据所计算出来的调整量相应对电子变极化单元(4)进行控制的辅控制器(3)，所述状态信息检测单元(1)与主控制器(2)相接，主控制器(2)与辅控制器(3)相接，辅控制器(3)与电子变极化单元(4)相接，且电子变极化单元(4)分别与Ku频段双极化平板天线(5)的水平极化端口和垂直极化端口相接；所述电子变极化单元(4)为双通道变极化系统或单通道变极化系统，所述状态信息检测单元(1)包括位置检测单元和姿态检测单元且所述位置检测单元和姿态检测单元均与主控制器(2)相接，所述电子变极化单元(4)通过上变频器(6)或下变频器(7)与通讯设备(8)相接；所述Ku频段双极化平板天线包括双极化接收天线(5-1)和双极化发射天线(5-2)，所述电子变极化单元(4)包括与双极化接收天线(5-1)的垂直极化与水平极化端口相接的电子变极化单元一(4-1)和与双极化发射天线(5-2)的垂直极化与水平极化端口相接的电子变极化单元二(4-2)，所述电子变极化单元一(4-1)和电子变极化单元二(4-2)均与辅控制器(3)相接；所述电子变极化单元一(4-1)和电子变极化单元二(4-2)分别通过下变频器(7)和上变频器(6)与通讯设备(8)相接，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤一、移动载体状态信息实时检测与同步传送：所述位置检测单元对所述移动载体当前所处位置的经纬度进行实时检测并将检测结果同步传送至主控制器(2)；同时，所述姿态检测单元对所述移动载体的相关姿态参数进行实时检测并将检测结果同步传送至主控制器(2)；步骤二、静态及动态条件下的极化角计算：首先，主控制器(2)根据公式计算得出所述移动载体在静态条件下的极化角θ_s即静态极化角，式中为地面接收站所在地经度与星下点经度之差即步骤一所测得所述移动载体当前所处位置的经度与Ku频段双极化平板天线(5)所跟踪目标卫星的星下点经度之差，γ为地面接收站所在地的纬度即步骤一所测得所述移动载体当前所处位置的纬度；其次，主控制器(2)根据公式${\theta }_d=\arctan \left(\frac{\sin \alpha \cos \beta {\cos A}_z+\sin \beta \sin A_z}{\sin \alpha \cos \beta \sin A_z\sin E_z-\sin \beta \cos A_z\sin E_z+\cos \alpha \cos \beta \cos E_z}\right)$计算得出Ku频段双极化平板天线(5)的天线极化面相对于地面接收站当地水平面的波束滚动角θ_d，式中，$A_z=\mathrm{arctg}\left(\frac{\sin \alpha \sin \beta \cos E\cos (A-\phi )+\cos \alpha \cos E\sin (A-\phi )-\sin \alpha \cos \beta \sin E}{\cos \beta \cos E\cos (A-\phi )+\sin \beta \sin E}\right),$E_z＝arcsin(sinαcos E sin(A-φ)-cosαcos E sinβcos(A-φ)+cosαcosβsinE)，α、β和φ分别为步骤一中所述姿态检测单元所测得所述移动载体的横滚角、纵摇角和航向角；之后，主控制器(2)根据公式θ＝θ_s+θ_d计算得出所述移动载体在动态条件下的极化角θ即动态极化角，且主控制器(2)同步将计算出来的动态极化角θ传送至辅控制器(3)；步骤三、电子变极化单元(4)工作参数的实时调整量确定及同步调整：辅控制器(3)根据动态极化角θ且经内部处理运算实时确定当前状态下为实现Ku频段双极化平板天线(5)的极化匹配，需对Ku频段双极化平板天线(5)所收发信号的相位与幅度进行调整的调整量；再根据计算得出的相位与幅度调整量，且经内部处理运算换算得出电子变极化单元(4)工作参数的实时调整量并相应对电子变极化单元(4)的工作参数进行同步调整；所述电子变极化单元(4)为双通道变极化系统或单通道变极化系统；步骤四、对天线收发信号对应进行同步调整并实现极化匹配：通过步骤三中工作参数调整后的电子变极化单元(4)对Ku频段双极化平板天线(5)所收发信号的相位或者相位与幅度进行相应调整，使得Ku频段双极化平板天线(5)所收发信号的调整情况与所述移动载体的当前位置和姿态改变情况相抵消，从而实现所述移动载体移动过程中Ku频段双极化平板天线(5)的准确及快速极化匹配；步骤三中所述单通道变极化系统包括单通道变极化接收系统(4-5)和单通道变极化发射系统(4-6)；其中，所述单通道变极化接收系统(4-5)包括分别与Ku频段双极化平板天线(5)的水平极化端口和垂直极化端口相接的可变移相器一(4-13)和可变移相器二(4-14)、分别与可变移相器一(4-13)和可变移相器二(4-14)相接的衰减器一(4-11)和衰减器二(4-12)以及对衰减器一(4-11)和衰减器二(4-12)所输出信号进行合并的信号合并器(4-15)，所述衰减器一(4-11)和衰减器二(4-12)分别与信号合并器(4-15)的两个输入端相接，所述信号合并器(4-15)的信号输出端与下变频器(7)的信号输入端相接，所述衰减器一(4-11)、衰减器二(4-12)、可变移相器一(4-13)和可变移相器二(4-14)均与辅控制器(3)相接且均由辅控制器(3)进行控制；所述单通道变极化发射系统(4-6)包括与通讯设备(8)的信号输出端相接的功分器一(4-16)、分别与功分器一(4-16)的两个输出端相接的可变移相器三(4-17)和可变移相器四(4-18)以及分别与可变移相器三(4-17)和可变移相器四(4-18)的输出端相接的衰减器三(4-19)和衰减器四(4-20)，所述衰减器三(4-19)和衰减器四(4-20)的输出端分别与Ku频段双极化平板天线(5)的水平极化端口和垂直极化端口相接，所述可变移相器三(4-17)、可变移相器四(4-18)、衰减器三(4-19)和衰减器四(4-20)均与辅控制器(3)相接且均由辅控制器(3)进行控制；相应地，步骤四中所述的对天线收发信号进行同步调整并实现极化匹配过程中，分别通过所述单通道变极化接收系统(4-5)和所述单通道变极化发射系统(4-6)对Ku频段双极化平板天线(5)所接收与发射的信号进行控制调整；且通过所述单通道变极化接收系统(4-5)对Ku频段双极化平板天线(5)所接收的信号进行控制调整时，其控制调整过程如下：40111、幅相调整：Ku频段双极化平板天线(5)的水平极化端口和垂直极化端口所接收的两路信号，分别经可变移相器一(4-13)和衰减器一(4-11)与可变移相器二(4-14)和衰减器二(4-12)进行幅相调整后，均送至信号合并器(4-15)；40112、信号合并及单路输出：通过信号合并器(4-15)对衰减器一(4-11)和衰减器二(4-12)所输出的两路信号进行合并，且通过辅控制器(3)对衰减器一(4-11)、衰减器二(4-12)、可变移相器一(4-13)和可变移相器二(4-14)的工作参数控制调整，使得信号合并器(4-15)单独输出一路垂直极化信号或一路水平极化信号；信号合并器(4-15)所输出的一路极化信号经下变频器(7)转变为中频信号后传送至通讯设备(8)；相应地，通过所述单通道变极化发射系统(4-6)对Ku频段双极化平板天线(5)所发射的信号进行控制调整时，其控制调整过程如下：40121、信号分离：通讯设备(8)所输出的一路信号经上变频器(6)转变为一路射频信号后送至功分器一(4-16)，再通过功分器一(4-16)将转变后的一路射频信号分成两路信号；40122、幅相调整及双路输出：通过功分器一(4-16)分离出的两路信号分别经可变移相器三(4-17)和衰减器三(4-19)与可变移相器四(4-18)和衰减器四(4-20)进行幅相调整后，相应分别馈入Ku频段双极化平板天线(5)的水平极化端口和垂直极化端口；且本步骤中进行幅相调整过程中，通过辅控制器(3)对可变移相器三(4-17)、可变移相器四(4-18)、衰减器三(4-19)和衰减器四(4-20)的工作参数进行控制调整；步骤三中所述的双通道变极化系统包括双通道变极化接收系统(4-7)和双通道变极化发射系统(4-8)；所述双通道变极化接收系统(4-7)包括3dB电桥一(4-21)、分别与3dB电桥一(4-21)的两个输出端相接的可变移相器五(4-22)和可变移相器六(4-23)以及两个输入端分别与可变移相器五(4-22)和可变移相器六(4-23)相接的3dB电桥二(4-24)，所述3dB电桥一(4-21)的两个输入端分别与Ku频段双极化平板天线(5)的水平极化端口和垂直极化端口相接，3dB电桥二(4-24)的两个输出端均与下变频器(7)的信号输入端相接，所述可变移相器五(4-22)和可变移相器六(4-23)均与辅控制器(3)相接且均由辅控制器(3)进行控制；所述双通道变极化发射系统(4-8)包括分别与通讯设备(8)的信号输出端相接的功分器二(4-27)或3dB电桥三、分别与功分器二(4-27)或3dB电桥三的两个输出端相接的可变移相器七(4-29)和可变移相器八(4-30)以及分别与可变移相器七(4-29)和可变移相器八(4-30)的输出端相接的3dB电桥四(4-33)，所述3dB电桥四(4-33)的两个输出端分别与Ku频段双极化平板天线(5)的水平极化端口和垂直极化端口相接，所述可变移相器七(4-29)和可变移相器八(4-30)均与辅控制器(3)相接且均由辅控制器(3)进行控制；相应地，步骤四中所述的对天线收发信号对应进行同步调整并实现极化匹配过程中，分别通过所述双通道变极化接收系统(4-7)和所述双通道变极化发射系统(4-8)对Ku频段双极化平板天线(5)所接收与发射的信号进行控制调整；且通过所述双通道变极化接收系统(4-7)对Ku频段双极化平板天线(5)所接收的信号进行控制调整时，其控制调整过程如下：40211、信号正交混合及相位调整：Ku频段双极化平板天线(5)的水平极化端口和垂直极化端口所接收的两路信号，先通过3dB电桥一(4-21)进行正交混合；所述3dB电桥一(4-21)输出的两路正交信号再分别经可变移相器五(4-22)和可变移相器六(4-23)进行相位调整后，均送至3dB电桥二(4-24)；40212、信号正交混合及双路输出：通过3dB电桥二(4-24)对经可变移相器五(4-22)和可变移相器六(4-23)所输出的两路信号进行正交混合并形成两路线极化信号，且3dB电桥二(4-24)所输出的两路线极化信号经下变频器(7)转变为中频信号后传送至通讯设备(8)；步骤40211中进行相位调整时，通过辅控制器(3)对可变移相器五(4-22)和可变移相器六(4-23)进行控制，此时3dB电桥二(4-24)的两个输出端相应分别单独输出一路水平极化信号与一路垂直极化信号；相应地，通过所述双通道变极化发射系统(4-8)对Ku频段双极化平板天线(5)所发射的信号进行控制调整时，其控制调整过程如下：40221、信号分离：通讯设备(8)所输出的一路信号经上变频器(6)转变为一路射频信号后送至功分器二(4-27)或3dB电桥三，再通过功分器二(4-27)或3dB电桥三将转变后的一路射频信号分成两路信号；40222、相位调整及双路输出：通过功分器二(4-27)或3dB电桥三分成的两路信号分别经可变移相器七(4-29)和可变移相器八(4-30)进行相位调整后，相应分别送入3dB电桥四(4-33)的两个输入端，再通过3dB电桥四(4-33)对可变移相器七(4-29)和可变移相器八(4-30)所输出的两路信号进行正交混合并形成两路线极化信号，并将3dB电桥四(4-33)所输出的两路线极化信号分别馈入Ku频段双极化平板天线(5)的水平极化端口和垂直极化端口；且本步骤中进行相位调整时，通过辅控制器(3)对可变移相器七(4-29)和可变移相器八(4-30)进行控制，此时3dB电桥二(4-24)的两个输出端相应分别单独输出一路水平极化信号与一路垂直极化信号。