CN104901019A - 一种有源极化控制器 - Google Patents
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Abstract
一种有源极化控制器，实现天线在移动状态下极化跟踪功能。该有源极化控制器包括两路信号输入端、信号输出端、低噪声放大电路、极化控制电路和供电电路。低噪声放大电路完成信号的接收和放大功能，极化控制电路实现极化跟踪功能，供电电路为低噪声放大电路、极化控制电路供电。本发明的目的是调整和消除“动中通”接收天线的交叉极化干扰，以提高移动卫星通信质量。
Description
技术领域
本发明涉及一种有源极化控制器，属于卫星移动通信应用领域。
背景技术
“动中通”能够利用固定卫星资源进行移动通信业务，可以克服地理位置和设备的约束，大量应用在应急、救灾、媒体传播等领域。2013年雅安地震中，山区陆地通信设施被毁坏，当时武警与消防车通过“动中通”在第一时间传出震区受灾的图像、视频，为抗震救灾工作开展发挥了重要作用。
“动中通”必须像静止状态的地球站一样在方位、俯仰和极化三维始终对准卫星，才能正常工作。然而动中通设备一般都安装在高机动性的车辆以及轮船甚至飞机上，对其波束的稳定跟踪提出了很高的要求，并且卫星通信广泛采用极化复用以达到同频双倍传输，极化的稳定就显得异常重要。
所谓极化通常是指与电波传播方向垂直的平面内瞬时电场矢量的方向，一般可以分为线极化和圆极化。对于线极化来说，天线接收极化必须与电波极化一致才能无损接收，否则就会带来交叉极化干扰。如果正交则可能无法接收信号。我国的卫星通信业务主要使用线极化，因此必须精确调整极化角，使极化始终匹配。
现有设计中：为消除极化干扰，通常采用机械极化控制器，机械极化控制器存在占用体积大、电机控制周期长、长期使用结构易松动等缺点。
发明内容
本发明的目的是：克服现有技术的不足，提供了一种有源极化控制器，实现天线在移动状态下的极化跟踪功能，目的在于调整和消除“动中通”接收天线的交叉极化干扰，所采用的具体技术方案如下：
一种有源极化控制器，包括：两路信号输入端、信号输出端、低噪声放大电路、极化控制电路和供电电路；
两路信号输入端分别为第一输入端和第二输入端；
低噪声放大电路包括第一低噪声放大模块LNA1、第二低噪声放大模块LNA2；
极化控制电路包括第一数字移相器PD1、第二数字移相器PD2、第一衰减器ATT1、第二衰减器ATT2和合路器；
供电电路，给第一低噪声放大模块LNA1、第二低噪声放大模块LNA2、第一数字移相器PD1、第二数字移相器PD2、第一衰减器ATT1、第二衰减器ATT2供直流电；
外部天线包括天线阵面、水平路输出端、垂直路输出端；
外部天线接收卫星的垂直极化信号和水平极化信号，通过水平路输出端输出水平路信号，该水平路信号掺杂有垂直极化信号；通过垂直路输出端输出垂直路信号，该垂直路信号掺杂有水平极化信号；
两路信号输入端的第一输入端和第二输入端，分别接收水平路信号和垂直路信号，分别送至第一低噪声放大模块LNA1、第二低噪声放大模块LNA2；
第一低噪声放大模块LNA1、第二低噪声放大模块LNA2分别对第一输入端和第二输入端送来的水平路信号、垂直路信号，进行低噪声放大后分别送至第一数字移相器PD1、第二数字移相器PD2；
第一数字移相器PD1、第二数字移相器PD2，根据外部平板阵列天线极化角θ，分别对水平路信号、垂直路信号的相位进行调整，调整后，输出相位一致或相差180°的水平路信号、垂直路信号，再分别送至第一衰减器ATT1、第二衰减器ATT2；
第一衰减器ATT1、第二衰减器ATT2，在外部控制信号下，分别对相位一致或相差180°的水平路信号、垂直路信号，根据天线极化角θ对两路信号的幅度进行调整，当有源极化控制器需要输出卫星水平极化信号时，使水平路信号衰减20lgcosθ，垂直路信号衰减20lgsinθ；当有源极化控制器需要输出卫星垂直极化信号时，使输出的水平路信号幅度衰减20lgsinθ，使垂直路信号幅度衰减20lgcosθ；
合路器将第一衰减器ATT1、第二衰减器ATT2分别衰减后的水平路信号、垂直路信号进行合成。
所述的第一低噪声放大模块LNA1、第二低噪声放大模块LNA2的增益、相位和噪声特性完全一致，模块增益为40dB，噪声系数为1.1dB。
所述的第一数字移相器PD1、第二数字移相器PD2为6位数字移相器，移相范围为0度到360度，移相精度为5.625度。
所述的第一衰减器ATT1、第二衰减器ATT2为6位数字衰减器，衰减范围为0dB到31.5dB，衰减精度为0.5dB。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明中的低噪声放大电路、极化控制电路为有源电路，电路构成简洁，可高度集成在一块电路板上，占用空间小、长时间使用可靠性高。
(2)本发明通过数字移相器和数字衰减器对信号相位和幅度进行调整从而消除极化干扰，响应速度快、控制精度高。
附图说明
图1是本发明有源极化控制器组成示意图；
图2是本发明有源极化控制器基本原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明。
首先阐述该有源极化控制器的基本原理。
如附图2所示，其中Eh、Ev分别为卫星的水平极化信号、垂直极化信号，E∥、E⊥为外部天线输出的水平路信号、垂直路信号，θ即天线的极化角，E∥、E⊥与Eh、Ev的关系有：
E∥＝cosθEh–sinθEv (1)
E⊥＝sinθEh+cosθEv (2)
由系数矩阵求逆可得公式如下：
Eh＝cosθE∥+sinθE⊥ (3)
Ev＝-sinθE∥+cosθE⊥ (4)
公式(3)、(4)表明水平路信号、垂直路信号经过加权可得到卫星水平极化信号、卫星垂直极化信号，负号代表相位相差180°，相位通过数字移相器PD1和PD2调节来实现，加权系数cosθ与sinθ需要通过衰减器ATT1和ATT2调节来实现。
根据以上原理，如图1所示，本发明提出了一种有源极化控制器，包括：两路信号输入端、信号输出端、低噪声放大电路、极化控制电路和供电电路；两路信号输入端分别实现外部天线水平路信号和垂直路信号的输入，信号输出端根据需要按照公式(3)或公式(4)输出卫星水平极化信号或卫星垂直极化信号；
低噪声放大电路包括第一低噪声放大模块LNA1、第二低噪声放大模块LNA2，两路低噪声放大电路的增益、相位和噪声特性完全一致，模块增益为40dB，噪声系数为1.1dB，实现对接收信号的低噪声放大功能；
极化控制电路包括移相控制电路、衰减控制电路和合路器，实现公式(3)或公式(4)中对信号的加权处理；移相控制电路包括第一数字移相器PD1和第二数字移相器PD2，第一数字移相器PD1、第二数字移相器PD2为6位数字移相器，移相范围为0度到360度，移相精度为5.625度；第一数字移相器PD1、第二数字移相器PD2实现对各自通路信号的相位调整；衰减控制电路包括第一衰减器ATT1和第二衰减器ATT2，第一衰减器ATT1、第二衰减器ATT2为6位数字衰减器，衰减范围为0dB到31.5dB，衰减精度为0.5dB；第一衰减器ATT1和第二衰减器ATT2实现对各自通路信号的幅度调整。
供电电路，给第一低噪声放大模块LNA1、第二低噪声放大模块LNA2、第一数字移相器PD1、第二数字移相器PD2、第一衰减器ATT1、第二衰减器ATT2供直流电；
外部天线水平路路信号经过第一信号输入端送入第一低噪声放大模块LNA1进行低噪声放大后，送入第一数字移相器PD1进行相位调整，之后进入第一衰减器ATT1进行信号幅度调整；外部天线垂直路信号经过第二信号输入端送入第二低噪声放大模块LNA2进行低噪声放大后，送入第二数字移相器PD2进行相位调整，之后进入第二衰减器ATT2进行信号幅度调整；垂直路和水平路端口的信号进行幅度调整后进入合路器进行信号合成。
所述第一数字移相器PD1的输出信号和第二数字移相器PD2的输出信号相位相同或者相差180°；当有源极化控制器需要输出卫星水平极化信号时，根据公式(3)，PD1和PD2输出信号相位相同；当有源极化控制器需要输出卫星垂直极化信号时，根据公式(4)，PD1和PD2输出信号相位差180°。
所述第一数字衰减器ATT1和第二数字衰减器ATT2根据公式(3)或公式(4)对水平路信号和垂直路信号的幅度进行自动调整；在接收卫星水平极化信号时，根据公式(3)，使输出的垂直路信号衰减20lgsinθ，水平路信号衰减20lgcosθ；在接收卫星垂直极化信号时，根据公式(4)，使输出的垂直路信号衰减20lgcosθ，水平路信号衰减20lgsinθ。
所述水平路信号和垂直路信号的相位和幅度根据公式(3)或公式(4)进行调整后进入合路器进行信号合成，合成后的信号即为卫星垂直极化信号或卫星水平极化信号，实现对接收极化信号的实时跟踪。
所述合路器为微带形式的功率等分的威尔金森功率分配器倒置使用，公共端口与信号输出端连接。
本发明已经用在某平板阵列动中通天线系统中，通过该发明有效的解决了极化干扰的问题，通信质量明显提升，该发明实现的有源极化控制器集成在一块电路板上，有效节省了系统空间，该发明采用有源控制电路，响应速度快、控制精度高。
以上结合附图对本发明的具体实施方式作了说明，但这些说明不能被理解为限制了本发明的范围，本发明的保护范围由随附的权利要求书限定，任何在本发明权利要求基础上的改动都是本发明的保护范围。
本发明详细说明部分属本领域技术人员公知常识。
Claims (4)
1.一种有源极化控制器，其特征在于包括：两路信号输入端、信号输出端、低噪声放大电路、极化控制电路和供电电路；
两路信号输入端分别为第一输入端和第二输入端；
低噪声放大电路包括第一低噪声放大模块LNA1、第二低噪声放大模块LNA2；
极化控制电路包括第一数字移相器PD1、第二数字移相器PD2、第一衰减器ATT1、第二衰减器ATT2和合路器；
供电电路，给第一低噪声放大模块LNA1、第二低噪声放大模块LNA2、第一数字移相器PD1、第二数字移相器PD2、第一衰减器ATT1、第二衰减器ATT2供直流电；
外部天线包括天线阵面、水平路输出端、垂直路输出端；
外部天线接收卫星的垂直极化信号和水平极化信号，通过水平路输出端输出水平路信号，该水平路信号掺杂有垂直极化信号；通过垂直路输出端输出垂直路信号，该垂直路信号掺杂有水平极化信号；
两路信号输入端的第一输入端和第二输入端，分别接收水平路信号和垂直路信号，分别送至第一低噪声放大模块LNA1、第二低噪声放大模块LNA2；
第一低噪声放大模块LNA1、第二低噪声放大模块LNA2分别对第一输入端和第二输入端送来的水平路信号、垂直路信号，进行低噪声放大后分别送至第一数字移相器PD1、第二数字移相器PD2；
第一数字移相器PD1、第二数字移相器PD2，根据外部平板阵列天线极化角θ，分别对水平路信号、垂直路信号的相位进行调整，调整后，输出相位一致或相差180°的水平路信号、垂直路信号，再分别送至第一衰减器ATT1、第二衰减器ATT2；
第一衰减器ATT1、第二衰减器ATT2，在外部控制信号下，分别对相位一致或相差180°的水平路信号、垂直路信号，根据天线极化角θ对两路信号的幅度进行调整，当有源极化控制器需要输出卫星水平极化信号时，使水平路信号衰减20lgcosθ，垂直路信号衰减20lgsinθ；当有源极化控制器需要输出卫星垂直极化信号时，使输出的水平路信号幅度衰减20lgsinθ，使垂直路信号幅度衰减20lgcosθ；
合路器将第一衰减器ATT1、第二衰减器ATT2分别衰减后的水平路信号、垂直路信号进行合成。
2.根据权利要求1所述的一种有源极化控制器，其特征在于：所述的第一低噪声放大模块LNA1、第二低噪声放大模块LNA2的增益、相位和噪声特性完全一致，模块增益为40dB，噪声系数为1.1dB。
3.根据权利要求1所述的一种有源极化控制器，其特征在于：所述的第一数字移相器PD1、第二数字移相器PD2为6位数字移相器，移相范围为0度到360度，移相精度为5.625度。
4.根据权利要求1所述的一种有源极化控制器，其特征在于：所述的第一衰减器ATT1、第二衰减器ATT2为6位数字衰减器，衰减范围为0dB到31.5dB，衰减精度为0.5dB。
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