CN102956988A - 一种移动卫星电视接收系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用偏馈天线的移动卫星电视接收系统，属于卫星广播接收技术领域。它解决了现有采用反射面天线的移动卫星电视接收系统存在的接收效率和控制精度低、功耗和体积大、成本高的问题。本移动卫星电视接收系统包括偏馈天线和伺服系统；其中偏馈天线横置侧装在伺服系统上：其馈源杆前臂的中间位置与俯仰驱动机构连接，其反射面在另一侧也连接在天线支架上，使之可以绕穿过且垂直于馈源杆前臂中间位置的转轴转动，其俯仰转动的转矩和俯仰运动轨迹圆的直径很小；伺服系统根据移动载体的运动状况快速调整偏馈天线的方位角和俯仰角，使之保持对准卫星。本发明的接收效率和控制精度高、体积和功耗小、成本低、易于制造和普及使用。
Description
技术领域
本发明属于电通信领域的卫星广播接收技术(H04H 40/90)，特别是涉及一种用于移动载体的卫星电视接收系统。
背景技术
卫星电视信号来自于地球同步轨道相对于地球静止的卫星。在地面接收卫星信号，需要使用对准卫星的接收天线。移动载体是指轮船、列车和汽车等运动、转动、摇动的平台。为了在这样的平台接收来自同步卫星的电视信号，除了上述接收天线以外，还需要使天线面保持对准卫星的伺服系统。这两部分就构成了移动卫星电视接收系统。
移动卫星电视接收系统基本上是接收Ku波段(频率范围10.7GHz～12.75GHz)的卫星信号，因为C波段的卫星天线的口径太大；所使用的天线面，普遍采用Ku波段抛物面反射天线。例如，中国专利文献公布的一种发明专利“车载Ku波段卫星通信小口径天线系统”[申请公布号：CN 101777695A]，就是使用后馈式正抛物面天线；中国专利文献还公布了一种实用新型专利“移动卫星信号接收装置”[授权公告号：CN 2508470Y]，使用的是一种正装的偏馈天线。
上述后馈式正抛物面天线用于移动卫星电视接收系统，存在2个问题：1、从技术性能上看：位于焦点位置的副反射面及其支撑杆，会遮挡和绕射卫星信号；同时由于副反射面的二次反射，信号损耗较大。总之这种天线的接收效率较低。2、从制造角度上看：正是因为其技术性能上的不足，标准的Ku波段天线几乎使用偏馈天线。所以将后馈式正抛物面天线用于移动卫星电视接收系统，需要专门定制天线。这样对制造工艺要求很高，制造成本也很高。
上述正装的偏馈天线用于移动卫星电视接收系统，也存在2个问题：1、天线面的重心到俯仰转轴的距离较长，使俯仰驱动转矩很大。这一方面要求使用大功率的俯仰驱动电机增大了整个系统的功耗；另一方面由于转动惯量较大，使仰角的控制精度较低。2、因为椭圆口径面的长轴垂直于俯仰转轴，加上前伸的馈源杆和高频头，当天线面做俯仰运动时，其外端的轨迹圆的直径，是其长轴或馈源杆长度的两倍，要求整个系统所使用的外罩很大。这样，既增加了成本，又提高了对安装空间的要求、增大了风阻系数。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，提供一种接收效率和控制精度高、体积和功耗小、成本低、易于制造和普及使用的移动卫星电视接收系统。
为实现这一目的，本发明的技术方案为：
一种移动卫星电视接收系统，包括天线(1)和伺服系统(2)；所述的天线(1)为偏馈天线，包括反射面(1a)、馈源杆(1b)和高频头(1c)；所述馈源杆(1b)的后臂安装在反射面(1a)的背面，前臂从反射面(1a)的外边伸到反射面(1a)的前面并且平行于反射面(1a)的抛物面对称轴(1e)；图2显示，馈源杆(1b)的前臂平行于正抛物面(1d)的旋转对称轴(1e)，因此馈源杆(1b)指向的方向就是正抛物面(1d)的正前方；而偏馈天线的反射面(1a)是从正抛物面(1d)截取的一部分，所以馈源杆(1b)的方向就是偏馈天线的方向，所以可以通过控制馈源杆(1b)的方向来控制天线(1)的方向。所述馈源杆(1b)的前臂的中间位置与伺服系统连接(2)；所述反射面(1a)在与馈源杆(1b)前臂相对的一侧也连接在伺服系统上(2)；这样，偏馈天线就横置侧装在伺服系统(2)上面。所述天线(1)可以绕穿过且垂直于馈源杆(1b)前臂中间位置和抛物面对称轴(1e)的转轴转动；这样，偏馈天线的俯仰转轴和重心轴基本重合，俯仰转动的力臂可以非常小，由于俯仰转动的转矩很小，就可以使用低功耗和成本的俯仰步进电机(4)；而且俯仰转轴穿过且垂直于馈源杆(1b)前臂中间位置，其俯仰运动轨迹圆的直径为反射面(1a)的短轴或馈源杆的长度，与偏馈天线正装比较，整个系统的横向直径、高度都减小一半，达到了减小外罩的尺寸、降低对安装空间的要求、降低风阻系数的目的。
所述反射面(1a)为从正抛物面(1d)截取的任意曲面。所截取的反射面(1a)一般避开中心位置，以避免馈源杆(1b)和高频头(1c)的遮挡，所以偏馈天线的接收效率高于相同口径的正馈天线。
所述高频头(1c)安装在馈源杆(1b)前臂的末端也就是反射面(1a)的焦点位置。
所述天线(1)的数量为一个或两个。根据需要，可以在一个系统中安装两个天线(1)。
所述的伺服系统(2)包括天线支架(3)、俯仰步进电机(4)、俯仰动力传送机构(5)、方位步进电机(6)、方位动力传送机构(7)、基座(8)、传感电路(9)和控制电路(10)；所述天线支架(3)，包括主动垂直支撑板(3a)、被动垂直支撑板(3b)、方位水平板(3c)和天线面固定板(3d)；所述主动垂直支撑板(3a)通过轴承与天线(1)的馈源杆(1b)前臂连接；所述被动垂直支撑板(3b)通过轴承与天线面固定板(3d)连接；所述反射面(1a)固定在天线面固定板(3d)上；所述俯仰步进电机(4)固定在天线支架上(3)，通过电缆与控制电路(10)连接；所述俯仰动力传送机构(5)一端与俯仰步进电机(4)连接，另一端与馈源杆(1b)的前臂连接，带动天线(1)作俯仰旋转运动；所述方位步进电机(6)固定在方位水平板上(3c)，通过电缆与控制电路(10)连接；所述方位动力传送机构(7)一端与方位步进电机(6)连接，另一端固定在基座上，带动天线支架(3)及其上面的天线(1)作方位旋转运动；所述基座(8)的中心有同轴电缆双向连接头(8a)，其一端通过同轴电缆在内部与控制电路(10)连接，另一端连接外部的同轴电缆；所述传感电路(9)，固定在天线面固定板上(3d)，通过电缆与控制电路(10)连接；所述控制电路(10)，固定在天线支架(3)的方位水平板(3c)上；通过同轴电缆与基座(8)的同轴电缆双向连接头(8a)相连，输入电源、输出信号；通过同轴电缆与高频头(1c)相连，输入信号、输出电源。
所述传感电路(9)检测到移动载体发生转动、横摇或纵摇后，控制电路(10)驱动俯仰步进电机(4)和俯仰动力传送机构(5)带动天线作相应的俯仰旋转，同时驱动方位步进电机(6)和方位动力传送机构(7)带动天线支架(3)以及天线(1)作相应的方位旋转，使天线(1)保持对准卫星的方向。
由于采用了以上技术方案，本发明与现有技术相比，其优点在于：
1、所使用的偏馈天线，其接收效率高于同等口径的正抛物面天线；
2、偏馈天线作为标准产品，容易在市场上购买，这样整个系统的成本得到了降低，其生产效率也获得了提高；
3、因为偏馈天线横置侧装在系统中，俯仰转轴和重心轴基本重合，俯仰转动的力臂可以非常小，其俯仰转动的转矩也很小，这样：1)减小了俯仰驱动电机的功率损耗，同时可降低整个系统的电源的额定功率；2)可以选用较小较的电机，降低了材料成本；3)因为转动惯量很小，可以提高仰角的控制精度。
4、同样因为偏馈天线横置侧装在系统中，而且俯仰转轴垂直于馈源杆且穿过馈源杆中部，其俯仰运动轨迹圆的直径为天线面短轴长度和馈源杆长度的较大值，与偏馈天线正装比较，整个系统的横向直径、高度都可以将小一半，这样可以减小外罩的尺寸和对安装空间的要求，并且降低风阻系数。
附图说明
图1是系统结构示意图；
图2是偏馈天线示意图；
图3是实施例一的前视结构图；
图4是实施例一的后视结构图；
图5是实施例二的前视结构图；
图6是实施例二的后视结构图。
图中涉及的附图标记如下所示：
1.天线 1a.反射面 1b.馈源杆.
1c.高频头 1d.正抛物面 1e.抛物面对称轴
2.伺服系统 3.天线支架 3a.主动垂直支撑板
3b.被动垂直支撑板 3c.方位水平板 3d.天线面固定板
4.俯仰步进电机 5.俯仰动力传送机构 5a.俯仰主动同步带轮
5b.俯仰同步带 5c.俯仰从动同步带轮 5d.俯仰主动齿轮
5e.俯仰从动齿轮 5f.俯仰转轴 6.方位步进电机
7.方位动力传送机构 7a.方位主动同步带轮 7b.方位同步带
7c.方位从动同步带轮 7d.方位主动齿轮 7e.方位从动齿轮
8.基座 8a.同轴双向连接头 9.传感电路
10.控制电路 10a.GPS模块 10b.中央处理模块
10c.电机驱动模块 10d.电源模块
具体实施方式
在上述技术方案具体实施的时候，天线(1)可以是一个或者两个；俯仰动力传送机构(5)可以是同步带传送、齿轮传送、链传送或丝杆传送；方位动力传送机构(7)可以是同步带传送、齿轮传送或链传送。具体的实施方式可以有多种组合。
以下结合附图，通过两个实施例对本发明的技术方案作进一步描述。
实施例一：
本实施例一的动力传送机构采用同步带轮和同步带。参见图1、图3、图4。
本移动卫星电视接收系统，包括天线(1)和伺服系统(2)；所述天线(1)为偏馈天线，包括反射面(1a)、馈源杆(1b)和高频头(1c)；可直接使用标准的偏馈天线，也可根据需要定做。
所述馈源杆(1b)的后臂安装在反射面(1a)的背面，前臂从反射面(1a)的外边伸到反射面(1a)的前面并且平行于反射面(1a)的抛物面对称轴(1e)。
所述高频头(1c)安装在馈源杆(1b)前臂的末端也就是反射面(1a)的焦点位置。
将天线(1)侧装在伺服系统(2)上面，具体做法是将馈源杆(1b)的前臂的中间位置与伺服系统连接(2)；所述反射面(1a)在与馈源杆(1b)前臂相对的一侧也连接在伺服系统上(2)；使天线(1)的俯仰转轴和重心轴基本重合；这样天线(1)可以绕穿过且垂直于馈源杆(1b)前臂中间位置和抛物面对称轴(1e)的转轴转动。
所述的伺服系统(2)包括天线支架(3)、俯仰步进电机(4)、俯仰动力传送机构(5)、方位步进电机(6)、方位动力传送机构(7)、基座(8)、传感电路(9)和控制电路(10)。
所述天线支架(3)，包括主动垂直支撑板(3a)、被动垂直支撑板(3b)、方位水平板(3c)和天线面固定板(3d)；所述主动垂直支撑板(3a)通过轴承与天线(1)的馈源杆(1b)前臂连接；所述被动垂直支撑板(3b)通过轴承与天线面固定板(3d)连接；反射面(1a)固定在天线面固定板(3d)上。
所述俯仰步进电机(4)固定在天线支架(3)的主动垂直支撑板(3a)上，通过电缆与控制电路(10)连接；所述俯仰动力传送机构(5)包括俯仰主动同步带轮(5a)、俯仰同步带(5b)和俯仰从动同步带轮(5c)；俯仰主动同步带轮(5a)固定在俯仰步进电机(4)的转轴上，俯仰从动同步带轮(5c)与馈源杆(1b)的前臂连接，俯仰同步带(5b)连接两个同步带轮；这样俯仰步进电机(4)就可以带动天线(1)绕俯仰转轴(5f)作俯仰旋转运动。
所述方位步进电机(6)固定在方位水平板上(3c)，通过电缆与控制电路(10)连接；所述方位动力传送机构(7)包括方位主动同步带轮(7a)、方位同步带(7b)和方位从动同步带轮(7c)；方位主动同步带轮(7a)固定在方位步进电机(6)的转轴上，方位从动同步带轮(7c)固定在基座(8)上，方位同步(7b)带连接两个同步带轮；这样方位步进电机(6)就可以带动天线支架(3)及其上面的天线(1)作方位旋转运动。
所述基座(8)的中心有同轴电缆双向连接头(8a)，其一端通过同轴电缆在内部与控制电路(10)连接，另一端连接外部的同轴电缆。
所述传感电路(9)，固定在天线面固定板上(3d)，通过电缆与控制电路(10)连接；传感电路(9)上有陀螺仪和倾斜仪；当移动载体发生转动、横摇或纵摇时，传感电路(9)会将测得的数据传送到控制电路(10)。
所述控制电路(10)，包括GPS模块(10a)、中央处理模块(10b)、电机驱动模块(10c)和电源模块(10d)；控制电路(10)固定在天线支架(3)的方位水平板(3c)上；通过同轴电缆与基座(8)的同轴电缆双向连接头(8a)相连，输入电源、输出信号；通过同轴电缆与高频头(1c)相连，输入信号、输出电源。输入的电源电压为直流13V或18V，通过电源模块(10d)进行DC-DC变换后输出不同的电压供各模块和部件使用。
系统通电后，中央处理模块(10b)自检无误后开始正常工作；预热后GPS模块(10a)获得当地的经度和纬度；中央处理模块(10b)据此计算出天线理论仰角，然后按照传感电路(9)倾斜仪的读数，驱动俯仰步进电机(4)使天线(1)达到理论仰角，同时驱动方位步进电机(6)扫描卫星信号；一旦捕获了卫星信号，就进入跟踪状态。
在跟踪状态下，移动载体发生转动、横摇或纵摇时，中央处理模块(10b)根据传感电路(9)检测到的仰角、方位角和横滚角的变化，驱动俯仰步进电机(4)和俯仰动力传送机构(5)带动天线(1)作相应的俯仰旋转，同时驱动方位步进电机(6)和方位动力传送机构(7)带动天线支架(3)以及天线(1)作相应的方位旋转，使天线(1)保持对准卫星的方向。
所收到的卫星信号频率范围为950MHz～2150MHz，将通过外部同轴电缆送到卫星接收机。
在具体实施时，系统外面将会用到透波率高、耐候性能好的树脂外罩。
实施例二：
本实施例二的实施方式和实施例一基本相同，所不同的是动力传送机构采用齿轮。参见图1、图3、图5、图6。
具体不同之处是，所述俯仰步进电机(4)固定在天线支架上(3)的主动垂直支撑板(3a)上，通过电缆与控制电路(10)连接；所述俯仰动力传送机构(5)包括俯仰主动齿轮(5d)和俯仰从动齿轮(5e)；俯仰主动齿轮(5d)固定在俯仰步进电机(4)的转轴上，俯仰从动齿轮(5e)与馈源杆(1b)的前臂连接，俯仰主动齿轮(5d)和俯仰从动齿轮(5e)啮合在一起；这样俯仰步进电机(4)就可以带动天线(1)绕俯仰转轴(5f)作俯仰旋转运动。
所述方位步进电机(6)固定在方位水平板上(3c)，通过电缆与控制电路(10)连接；所述方位动力传送机构(7)包括方位主动齿轮(7d)和方位从动齿轮(7e)；方位主动齿轮(7a)固定在方位步进电机(6)的转轴上，方位从动齿轮(7e)固定在基座(8)上，方位主动齿轮(7d)和方位从动同步带轮(7e)啮合在一起；这样方位步进电机(6)就可以带动天线支架(3)及其上面的天线(1)作方位旋转运动。
上述两个实施例仅仅是对本发明作举例说明，并不用来限制本发明的范围。而且本发明的实施方式也不限于这两个实施例。本发明所属技术领域的技术人员对上述具体实施例所作的各种组合和等效，视为本发明的权利要求书所定义的范围。
Claims (5)
1.一种移动卫星电视接收系统，包括天线(1)和伺服系统(2)；其特征在于：所述天线(1)为偏馈天线，包括反射面(1a)、馈源杆(1b)和高频头(1c)；所述馈源杆(1b)的后臂安装在反射面(1a)的背面，其前臂从反射面(1a)的外边伸到反射面(1a)的前面并且平行于反射面(1a)的抛物面对称轴(1e)；所述馈源杆(1b)的前臂的中间位置与伺服系统连接(2)；所述反射面(1a)在与馈源杆(1b)前臂相对的一侧也连接在伺服系统上(2)；所述天线(1)可以绕穿过且垂直于馈源杆(1b)前臂中间位置和抛物面对称轴(1e)的转轴转动。
2.根据权利要求1所述的一种移动卫星电视接收系统，其特征在于：所述反射面(1a)为从正抛物面(1d)截取的任意曲面。
3.根据权力要求1所述的一种移动卫星电视接收系统，其特征在于：所述高频头(1c)安装在馈源杆(1b)前臂的末端也就是反射面(1a)的焦点位置。
4.根据权利要求1所述的一种移动卫星电视接收系统，其特征在于：所述天线(1)的数量为一个或两个。
5.根据权利要求1所述的一种移动卫星电视接收系统，其特征在于：所述的伺服系统(2)包括天线支架(3)、俯仰步进电机(4)、俯仰动力传送机构(5)、方位步进电机(6)、方位动力传送机构(7)、基座(8)、传感电路(9)和控制电路(10)；
所述天线支架(3)，包括主动垂直支撑板(3a)、被动垂直支撑板(3b)、方位水平板(3c)和天线面固定板(3d)；所述主动垂直支撑板(3a)通过轴承与天线(1)的馈源杆(1b)前臂连接；所述被动垂直支撑板(3b)通过轴承与天线面固定板(3d)连接；所述反射面(1a)固定在天线面固定板(3d)上；
所述俯仰步进电机(4)固定在天线支架上(3)，通过电缆与控制电路(10)连接；所述俯仰动力传送机构(5)一端与俯仰步进电机(4)连接，另一端与馈源杆(1b)的前臂连接，带动天线(1)作俯仰旋转运动；
所述方位步进电机(6)固定在方位水平板上(3c)，通过电缆与控制电路(10)连接；所述方位动力传送机构(7)一端与方位步进电机(6)连接，另一端固定在基座上，带动天线支架(3)及其上面的天线(1)作方位旋转运动；
所述基座(8)的中心有同轴电缆双向连接头(8a)，其一端通过同轴电缆在内部与控制电路(10)连接，另一端连接外部的同轴电缆；
所述传感电路(9)，固定在天线面固定板上(3d)，通过电缆与控制电路(10)连接；
所述控制电路(10)，固定在天线支架(3)的方位水平板(3c)上；通过同轴电缆与基座(8)的同轴电缆双向连接头(8a)相连，输入电源、输出信号；通过同轴电缆与高频头(1c)相连，输入信号、输出电源。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20130306 |