CN116914441B - 一种基于Ka波段平面阵列的卫星天线旋极化切换方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于Ka波段平面阵列的卫星天线旋极化切换方法，包括：步骤S1，判断是否接收到第一切换指令：若是则转向步骤S2；若否则转向步骤S3；步骤S2，控制第一极化切换装置和第二极化切换装置切换至预设状态，使第一端口相对于第三端口在接收频段18.2~20.2GHz内相位超前90°，同时使第四端口相对于第二端口在发射频段29~30GHz内相位超前90°，以达到右旋接收、左旋发射状态，随后转向步骤S3；步骤S3，判断是否接收到第二切换指令：若是则控制第一极化切换装置和第二极化切换装置复位，以达到左旋接收、右旋发射状态；若否则返回步骤S3。有益效果是本发明可实现在平面天线上进行左右旋极化的快速切换，以适应不同的工作环境需求。
Description
技术领域
本发明涉及卫星天线的技术领域，具体而言，涉及一种基于Ka波段平面阵列的卫星天线旋极化切换方法。
背景技术
伴随目前高通量卫星通信技术的不断发展，大大拓展了人们的通信方式及活动领域，不管是救灾应急、个人娱乐等，也对通信设备提出不同的要求，例如车载、个人便携领域等，对天线的外形、尺寸重量等不同于以往船载领域对外形、尺寸要求没那么苛刻的要求。
同时在卫星端为了综合提高利用频谱效率，在地面覆盖方面对不同的区域覆盖采用了极化复用方式，即不同区域通信的极化方式不同，如在A波束区域覆盖范围上行右旋圆极化、下行左旋圆极化；在B波束覆盖上行左旋圆极化、下行右旋圆极化，为了在不同区域与卫星覆盖极化匹配，地面天线端就需要在不同区域具备极化可切换功能。
现有技术中主要分为两个领域：船端以及大型载体上面对尺寸不敏感领域多采用传统反射面天线，极化切换技术在馈电端通过旋转极化片，通过机械调整的相对位置，即可完成天线的左右旋极化切换；在车载、个人便携领域多采用平面阵列天线的形式，目前多采用传统极化片方式，后加双工器+双收发组件方式实现，目前不论以上哪种天线形态或者极化切换方式都存在一定的缺陷，传统反射面天线面尺寸轮廓较大，不适用于车载或个人便携领域；双收发方式的平面天线虽然可以解决问题，但是总体方案价格成本较高。
发明内容
本发明要解决的问题是：提供一种基于Ka波段平面阵列的卫星天线旋极化切换方法，能够实现在平面天线上进行左右旋极化的快速切换，以适应不同的工作环境需求，并且能够降低成本实现便捷携带。
为解决上述问题，本发明提供一种基于Ka波段平面阵列的卫星天线旋极化切换方法，预先将双线极化天线分别与第一双工器和第二双工器电连接，所述第一双工器上的第一端口与第一极化切换装置电连接，所述第二双工器上的第三端口与第二极化切换装置电连接，所述第一双工器上的第二端口和所述第二极化切换装置电连接，所述第二双工器上的第四端口和所述第一极化切换装置电连接，所述卫星天线左右旋极化切换方法包括以下步骤：
步骤S1，判断是否接收到第一切换指令：
若是，则转向步骤S2；
若否，则转向步骤S3；
步骤S2，控制所述第一极化切换装置和所述第二极化切换装置切换至预设状态，使所述第一双工器上的所述第一端口相对于所述第二双工器上的所述第三端口在接收频段18.2~20.2GHz内相位超前90°，同时使所述第二双工器上的所述第四端口相对于所述第一双工器上的所述第二端口在发射频段29~30GHz内相位超前90°，以使所述双线极化天线达到右旋接收、左旋发射状态，随后转向步骤S3；
步骤S3，判断是否接收到第二切换指令：
若是，则控制所述第一极化切换装置和所述第二极化切换装置复位，以使所述双线极化天线达到左旋接收、右旋发射状态；
若否，则返回所述步骤S3。
优选的，所述第一极化切换装置和所述第二极化切换装置均包括两个介质限位件、一参考金属地层、一介质层、一传输带线和一移相介质块，两个所述介质限位件上分别开设有一限位槽且两个所述限位槽正相对，所述移相介质块的两端分别卡合于对应的所述限位槽内，所述介质层固定连接于两个所述介质限位件之间且所述介质层的顶端与所述移相介质块的底端相抵接，所述传输带线位于所述移相介质块和所述介质层之间，所述参考金属地层固定连接于两个所述介质限位件之间且所述参考金属地层的顶端与所述介质层的底端相抵接，则所述步骤S2中，控制所述第一极化切换装置和所述第二极化切换装置内的所述移相介质块背向所述介质层移动进入悬空状态，以切换至所述预设状态。
优选的，所述步骤S2中，控制所述第一极化切换装置和所述第二极化切换装置内的所述移相介质块背向所述介质层移动至与所述传输带线之间的距离不小于301.5mm，以进入悬空状态。
优选的，所述步骤S2中，使所述第一极化切换装置内的所述移相介质块在接收频段18.2~20.2GHz内的移相量处于-180°±360°*n之间，并使所述第二极化切换装置内的所述移相介质块在发射频段29~30GHz内的移相量处于-180°±360°*n之间，其中n表示预设常量，以使所述双线极化天线达到右旋接收、左旋发射状态。
优选的，所述步骤S3中，判断接收到所述第二切换指令后，控制所述第一极化切换装置和所述第二极化切换装置内的所述移相介质块朝向所述介质层持续移动至与所述传输带线贴合以完成复位。
优选的，所述第一极化切换装置和所述第二极化切换装置内的所述移相介质块分别与一驱动电机相连接，则所述步骤S2中，控制所述驱动电机带动所述第一极化切换装置和所述第二极化切换装置内的所述移相介质块背向所述介质层移动进入悬空状态，以切换至所述预设状态。
优选的，所述步骤S3中，判断接收到所述第二切换指令后，使所述双线极化天线的天线面在接收频段18.2~20.2GHz内垂直极化分量相对于水平极化分量呈-90°±360°*n，并在发射频段29~30GHz内垂直极化分量相对于水平极化分量呈+90°±360°*n，其中n表示预设常量，以使所述双线极化天线达到左旋接收、右旋发射状态。
本发明具有以下有益效果：本发明中通过双线极化天线分别与第一双工器和第二双工器电连接，第一双工器上的第一端口与第一极化切换装置电连接，第二双工器上的第三端口与第二极化切换装置电连接，第一双工器上的第二端口和第二极化切换装置电连接，第二双工器上的第四端口和第一极化切换装置电连接完成硬件配置基础，且上述双线极化天线、第一双工器、第二双工器、第一极化切换装置和第二极化切换装置之间的连接关系可拆具备便捷携带的功能，同时上述所使用到的硬件都是成本较低的，且本发明中根据第一切换指令和第二切换指令能够自动控制第一极化切换装置及第二极化切换装置进入预设状态或是复位，以实现左右旋极化的快速切换，适应不同的工作环境需求。
附图说明
图1为本发明的双线极化天线的连接原理图；
图2为本发明的步骤流程图；
图3为本发明的整体结构示意图；
图4为本发明的爆炸结构示意图；
图5为本发明的第一极化切换装置和第二极化切换装置位于预设状态时的结构示意图；
图6为本发明的第一极化切换装置和第二极化切换装置复位后的结构示意图；
附图标记说明：1、双线极化天线；2、第一双工器；3、第二双工器；4、第一极化切换装置；5、第二极化切换装置；11、介质限位件；12、参考金属地层；13、介质层；14、传输带线；15、移相介质块；16、限位槽。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
本发明的较佳的实施例中，基于现有技术中存在的上述问题，现提供一种基于Ka波段平面阵列的卫星天线旋极化切换方法，如图1和图2所示，预先将双线极化天线1分别与第一双工器2和第二双工器3电连接，第一双工器2上的第一端口与第一极化切换装置4电连接，第二双工器3上的第三端口与第二极化切换装置5电连接，第一双工器2上的第二端口和第二极化切换装置5电连接，第二双工器3上的第四端口和第一极化切换装置4电连接，卫星天线旋极化切换方法如图2所示，包括以下步骤：
步骤S1，判断是否接收到第一切换指令：
若是，则转向步骤S2；
若否，则转向步骤S3；
步骤S2，控制第一极化切换装置4和第二极化切换装置5切换至预设状态，使第一双工器2上的第一端口相对于第二双工器3上的第三端口在接收频段18.2~20.2GHz内相位超前90°，同时使第二双工器3上的第四端口相对于第一双工器2上的第二端口在发射频段29~30GHz内相位超前90°，以使双线极化天线1达到右旋接收、左旋发射状态，随后转向步骤S3；
步骤S3，判断是否接收到第二切换指令：
若是，则控制第一极化切换装置4和第二极化切换装置5复位，以使双线极化天线1达到左旋接收、右旋发射状态；
若否，则返回步骤S3。
具体地，本实施例中，双线极化天线1的极化特性是以天线辐射的电磁波在最大辐射方向上的电场强度矢量的空间取向来定义的，通过电场强度矢量矢端的运动轨迹划分极化的种类为线极化、圆极化和椭圆极化，线极化又分为水平极化和垂直极化；圆极化分为左旋圆极化和右旋圆极化，圆极化情况下电场的水平分量与垂直分量的振幅相等，并存在相位差为90°或270°的正弦电磁波，这时，正弦电场的两分量可写成：
；
；
可得合成电场的量值：
；
其方向随时间而变，式表明合成电场与x轴的夹角合成，电场矢量末端在一个圆周上以角速度ω旋转，当/>滞后/>90度时，电场矢量逆时针方向旋转；当/>超前/>90度时，电场矢量顺时针方向旋转。
优选的，本实施例中，将两个极化正交的宽带线极化天线整合为双线极化天线1，通过控制双线极化天线1的相对相位差值即可实现左右旋圆极化切换。
本发明的较佳的实施例中，如图3-图6所示，第一极化切换装置4和第二极化切换装置5均包括两个介质限位件11、一参考金属地层12、一介质层13、一传输带线14和一移相介质块15，两个介质限位件11上分别开设有一限位槽16且两个限位槽16正相对，移相介质块15的两端分别卡合于对应的限位槽16内，介质层13固定连接于两个介质限位件11之间且介质层13的顶端与移相介质块15的底端相抵接，传输带线14位于移相介质块15和介质层13之间，参考金属地层12固定连接于两个介质限位件11之间且参考金属地层12的顶端与介质层13的底端相抵接，则步骤S2中，控制第一极化切换装置4和第二极化切换装置5内的移相介质块15背向介质层13移动进入悬空状态，以切换至预设状态。
具体地，本实施例中，预设状态下，第一端口相对于第三端口相位超前90°，第四端口相对于第二端口相位超前90°。
优选的,移相介质块儿15在材料选择上，尽量选择介电常数低的材料（2.2~4）且损耗低的材料。
优选的，依此工作逻辑即可根据卫星不同区域波束覆盖情况，实时调整双线极化天线1的工作状态，实现与卫星的极化匹配。
本发明的较佳的实施例中，步骤S2中，控制第一极化切换装置4和第二极化切换装置5内的移相介质块15背向介质层13移动至与传输带线14之间的距离不小于301.5mm，以进入悬空状态。
本发明的较佳的实施例中，步骤S2中，使第一极化切换装置4内的移相介质块15在接收频段18.2~20.2GHz内的移相量处于-180°±360°*n之间，并使第二极化切换装置5内的移相介质块15在发射频段29~30GHz内的移相量处于-180°±360°*n之间，其中n表示预设常量，以使双线极化天线1达到右旋接收、左旋发射状态。
具体地，本实施例中，天线馈电网络设计时，初始状态下第一极化切换装置4、第二极化切换装置5均处于预设状态，即移相介质块15处于悬空状态（至少距离传输带线14在5mm以上），使第一端口相对于第三端口相位在接收频段18.2~20.2GHz内超前90°，第四端口相对于第二端口在发射频段29~30GHz内相位超前90°，第一极化切换装置4的移相介质块15在接收频段18.2~20.2GHz内的移相量需满足-180°±360°*n（n为整数）；第二极化切换装置5的移相介质块15在发射频段20~30GHz内的移相量需满足-180°±360°*n（n为整数）；初始状态双线极化天线1工作于右旋接收，左旋发射状态。
本发明的较佳的实施例中，步骤S3中，判断接收到第二切换指令后，控制第一极化切换装置4和第二极化切换装置5内的移相介质块15朝向介质层13持续移动至与传输带线14贴合以完成复位。
具体地，本实施例中，当双线极化天线1工作于左旋接收、右旋发射的卫星波束覆盖区域内时，此时通过驱动电机将第一极化切换装置4及第二极化切换装置5中的移相介质块15同时推进限位槽16内，直至与传输带线14紧密接触。
本发明的较佳的实施例中，第一极化切换装置4和第二极化切换装置5内的移相介质块15分别与一驱动电机相连接，则步骤S2中，控制驱动电机带动第一极化切换装置4和第二极化切换装置5内的移相介质块15背向介质层13移动进入悬空状态，以切换至预设状态。
本发明的较佳的实施例中，步骤S3中，判断接收到第二切换指令后，使双线极化天线1的天线面在接收频段18.2~20.2GHz内垂直极化分量相对于水平极化分量呈-90°±360°*n，并在发射频段29~30GHz内垂直极化分量相对于水平极化分量呈+90°±360°*n，其中n表示预设常量，以使双线极化天线1达到左旋接收、右旋发射状态。
虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员，在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种基于 Ka 波段平面阵列的卫星天线旋极化切换方法，其特征在于，预先将双线极化天线（1）分别与第一双工器（2）和第二双工器（3）电连接，所述第一双工器（2）上的第一端口与第一极化切换装置（4）电连接，所述第二双工器（3）上的第三端口与第二极化切换装置（5）电连接，所述第一双工器（2）上的第二端口和所述第二极化切换装置（5）电连接，所述第二双工器（3）上的第四端口和所述第一极化切换装置（4）电连接，所述卫星天线左右旋极化切换方法包括以下步骤：
步骤 S1，判断是否接收到第一切换指令：
若是，则转向步骤 S2；
若否，则转向步骤 S3；
步骤 S2，控制所述第一极化切换装置（4）和所述第二极化切换装置（5）切换至预设状态，使所述第一双工器（2）上的所述第一端口相对于所述第二双工器（3）上的所述第三端口在接收频段 18.2~20.2GHz 内相位超前 90°，同时使所述第二双工器（3）上的所述第四端口相对于所述第一双工器（2）上的所述第二端口在发射频段 29~30GHz 内相位超前 90°，以使所述双线极化天线（1）达到右旋接收、左旋发射状态，随后转向步骤 S3；
步骤 S3，判断是否接收到第二切换指令：
若是，则控制所述第一极化切换装置（4）和所述第二极化切换装置（5）复位，以使所述双线极化天线（1）达到左旋接收、右旋发射状态；
若否，则返回所述步骤 S3；
所述第一极化切换装置（4）和所述第二极化切换装置（5）均包括两个介质限位件（11）、一参考金属地层（12）、一介质层（13）、一传输带线（14）和一移相介质块（15），两个所述介质限位件（11）上分别开设有一限位槽（16）且两个所述限位槽（16）正相对，所述移相介质块（15）的两端分别卡合于对应的所述限位槽（16）内，所述介质层（13）固定连接于两个所述介质限位件（11）之间且所述介质层（13）的顶端与所述移相介质块（15）的底端相抵接，所述传输带线（14）位于所述移相介质块（15）和所述介质层（13）之间，所述参考金属地层（12）固定连接于两个所述介质限位件（11）之间且所述参考金属地层（12）的顶端与所述介质层（13）的底端相抵接，则所述步骤 S2 中，控制所述第一极化切换装置（4）和所述第二极化切换装置（5）内的所述移相介质块（15）背向所述介质层（13）移动进入悬空状态，以切换至所述预设状态。
2.根据权利要求1 所述的卫星天线旋极化切换方法，其特征在于，所述步骤 S2 中，控制所述第一极化切换装置（4）和所述第二极化切换装置（5）内的所述移相介质块（15）背向所述介质层（13）移动至与所述传输带线（14）之间的距离不小于 301.5mm，以进入悬空状态。
3.根据权利要求 1 所述的卫星天线旋极化切换方法，其特征在于，所述步骤 S2 中，使所述第一极化切换装置（4）内的所述移相介质块（15）在接收频段 18.2~20.2GHz 内的移相量处于-180°±360°*n 之间，并使所述第二极化切换装置（5）内的所述移相介质块（15）在发射频段 29~30GHz 内的移相量处于-180°±360°*n 之间，其中 n 表示预设常量，以使所述双线极化天线（1）达到右旋接收、左旋发射状态。
4.根据权利要求1 所述的卫星天线旋极化切换方法，其特征在于，所述步骤 S3 中，判断接收到所述第二切换指令后，控制所述第一极化切换装置（4）和所述第二极化切换装置（5）内的所述移相介质块（15）朝向所述介质层（13）持续移动至与所述传输带线（14）贴合以完成复位。
5.根据权利要求 1所述的卫星天线旋极化切换方法，其特征在于，所述第一极化切换装置（4）和所述第二极化切换装置（5）内的所述移相介质块（15）分别与一驱动电机相连接，则所述步骤 S2 中，控制所述驱动电机带动所述第一极化切换装置（4）和所述第二极化切换装置（5）内的所述移相介质块（15）背向所述介质层（13）移动进入悬空状态，以切换至所述预设状态。
6.根据权利要求 1 所述的卫星天线旋极化切换方法，其特征在于，所述步骤 S3 中，判断接收到所述第二切换指令后，使所述双线极化天线（1）的天线面在接收频段 18.2~20.2GHz 内垂直极化分量相对于水平极化分量呈-90°±360°*n，并在发射频段 29~30GHz内垂直极化分量相对于水平极化分量呈+90°±360°*n，其中 n 表示预设常量，以使所述双线极化天线（1）达到左旋接收、右旋发射状态。
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