CN201315343Y - 全向卫星通信阵列天线控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种全向卫星通信阵列天线控制装置，包括由多个天线单元构成的环向天线阵列、连接天线单元的矩阵开关组以及控制模块，其中，所述天线单元为采用双极化天线方式，且在其上包括多个接收单元和发射单元组，并且在该所述天线单元上设置有感测天线单元姿态和位置信息的传感器；所述控制模块为分别连接于所述天线单元和矩阵开关组，且通过天线单元上的传感器感测的姿态和位置信息去计算出天线单元的方向，并根据该计算结果确定对准卫星的天线单元以及控制矩阵开关组切换对准卫星的天线单元跟卫星进行通信。相比现有技术，本实用新型优点在于结构简单，相位控制容易，插入损耗小，并且不受地域限制，可应用于通信不发达的地区。

Description

全向卫星通信阵列天线控制装置

技术领域

本实用新型涉及一种卫星通信天线结构，特别是设计一种可进行卫星通信的全向型卫星通信阵列天线的结构及对其方向性进行控制的系统。

背景技术

目前，地面卫星导航设备和地面卫星收发双向天线已经发展得非常成熟，但是随着空中活动的越来越频繁，空中飞行物体除了需要接收导航卫星的数据以及接受卫星导航服务之外，还需要进行卫星通信，然而目前空中飞行物体大部分仅限于卫星导航应用。

而其中所述卫星天线按照扫描跟踪方式则是分为机械扫描跟踪和电扫描跟踪，其中机械扫描卫星天线一般为方位、俯仰和极化三轴驱动，然对于地面固定站、车载卫星天线、船载卫星天线和便携式卫星天线采用该机械扫描就能满足要求，但是对于空中自由运动的物体，采用机械扫描，则其跟踪速度却很难满足要求，尤其是对于高速移动，并且飞行姿态不断快速变化的物体来说，采用机械扫描跟踪是很难实现的。虽然，电扫描卫星天线的扫描跟踪速度非常快，且广泛地应用于各种雷达天线和卫星天线中，但一般的电扫描卫星天线多为结构复杂，其散热问题不容易解决，并且相位控制非常难。

实用新型内容

鉴于上述问题，本实用新型的主要目的在于提供一种可随时改变天线方向，且具有自动跟踪功能的全向卫星通信阵列天线控制装置。

为了实现上述目的，本实用新型采用了下述技术方案：

所述全向卫星通信阵列天线控制装置包括由多个天线单元构成的环向天线阵列、连接天线单元的矩阵开关组以及控制模块，其中，所述天线单元为采用双极化天线方式，且在其上包括多个接收单元和发射单元组，并且在该所述天线单元上设置有传感器；所述控制模块为分别连接于所述天线单元和矩阵开关组，其通过天线单元上的传感器感测的姿态和位置信息去计算出天线单元的方向，并且确定出与卫星对准的天线单元，以及控制矩阵开关组切换对准于卫星的天线单元跟卫星进行通信。

相比于现有技术，本实用新型所述全向卫星通信阵列天线控制装置具有如下优点：

1)卫星天线阵列结构简单

2)相位控制容易，插入损耗小。

3)适合于高速移动或姿态变换比较频繁的物体和卫星之间的通信。

4)采用卫星通信，不受地域限制，在通信不发达的地域尤为显著。

附图说明

图1为本实用新型所述全向卫星通信阵列天线控制装置的功能模块图；

图2为本实用新型所述全向卫星通信阵列天线控制装置中环向天线阵列的结构示意图；

图3为本实用新型所述全向卫星通信阵列天线控制装置中所述矩阵开关结构示意图；

图4为本实用新型具体实施中所述环向天线阵列纵向30度(120度覆盖)且绕过全向卫星天线阵列的横向轴旋转1周的方向图；

图5本实用新型具体实施中所述环向天线阵列横向±10度(20度覆盖)过全向卫星天线阵列的纵轴旋转1周的方向图。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例来对本实用新型所述一种全向卫星通信阵列天线及方向性控制系统作进一步的详细说明。

本实用新型所述全向卫星通信阵列天线控制装置可以安装在空中快速移动且姿态变换比较频繁的物体上，且可随时根据可移动物体的位置、姿态和运动方向随时改变天线的方向，控制天线始终指向卫星。

参照图1和图2中所示，本实用新型所述全向卫星通信阵列天线控制装置包括环向天线阵列1、与环向天线阵列1连接的矩阵开关组2以及控制模块3，其中，所述环向天线阵列1为由多个天线单元10环向360°分布设置构成，且在每个天线单元10上均设置有传感器100；所述矩阵开关组2包括多个开关20，且该所述开关20为与所述天线单元10相连；以及所述控制模块3为分别连接于所述天线单元10和矩阵开关组2，该所述控制模块3通过天线单元10上的传感器100感测的姿态和位置信息去计算天线单元10的方向以及根据该计算结果去控制矩阵开关组2切换天线单元10去跟卫星进行通信。

另，所述天线单元10可采用双极化天线方式，该采用双极化天线方式的天线上具有多个接收单元和发射单元组101，且其中所述接收单元和发射单元组101为通过馈电网络来实现左旋圆极化和右旋极化，通过该种方式的采用，降低了本实用新型所述装置的复杂度，且不管是接收还是发射都满足高增益。

再参照图2中所示，所述环向天线阵列1根据环向直径的大小，可环向划分为n个天线单元10，且每个天线单元10上有m个发射和接收单元组101，因此，在所述环向天线阵列1总计有n×m个发射和接收单元组101形成全向覆盖。其中，每个天线单元10覆盖的环向角度为360°/n，从而n个天线单元10组合起来后便可以覆盖环向360°，进而构成一个环向阵列。

见图2，每个天线单元10在横向都有一定的覆盖角度，且横向180°角度可以根据需求亦划分成m个区域，并且在180°/m的区域中对应的横向覆盖设置一发射和接收单元组101，每一个独立的发射和接收单元组覆盖环向360°/n，横向180°/m的区域，从而每个天线单元上的发射和接收单元组101组合起来，便为覆盖环向360°/n，横向180°的区域，则同时处于同一横向位置的发射和接收单元组101组合成一个环向360°，横向180°/m覆盖的阵列天线。

结合图1所示，本实用新型所述全向卫星通信阵列天线控制装置在通信时，为通过控制模块3将正对准卫星的天线单元10上的发射和接收单元组与临近天线单元10上的发射和接收单元组101划分为一组，控制这一组发射和接收单元与卫星进行通信。

其中，所述控制模块3为根据天线单元10上的传感器感100测出之天线单元10的位置和姿态而计算出该天线单元10的指向并确定对准于卫星的天线单元10，进一步根据该确定的结果去控制矩阵开关组2中开关20的切换，选择对准于卫星的天线单元10与卫星进行通信。

现结合上述且借助附图和实施例对本实用新型所述全向卫星通信阵列天线控制装置作进一步详细说明，以下为本实用新型所述全向卫星通信阵列天线控制装置的一个具体实施例。

结合图1、图2、图3、图4和图5，本实用新型所述全向卫星通信阵列天线控制装置环向天线阵列环向分为18个天线单元，且每个天线单元上具有2组发射和接收单元，总共36个发射和接收单元组形成全向覆盖。由于环向天线阵列环向被划分为18个天线单元，故每个天线单元覆盖的环向角度为20°，当该18个天线单元组合起来后便可覆盖环向360°。

此外，相对于整个环向天线阵列所述每个天线单元在横向都是具有一定的覆盖角度，在本实施例中，每个天线单元横向180°角度为根据需求被划分成2个区域，则对应的每个天线单元上的每组发射和接收单元则覆盖横向90°的区域，从而每组发射和接收单元覆盖环向20°，横向90°的区域。进一步每个天线单元上的发射和接收单元组合起来，便可以覆盖环向20°，横向180°的区域，同时处于同一横向位置的发射和接收单元组合覆盖环向360°，横向90°的区域。

另，由于所述天线单元上具有两组发射和接收单元，该两组发射和接收单元可分别覆盖横向0°～-90°和0°～90°的区域，该所述之发射和接收单元可为微带天线；并且在本实施例中，所述环向天线阵列可看成由两排发射和接收单元组构成，即前、后两排发射和接收单元组排列，且该两排发射和接收单元组排列分别为覆盖0°～-90°和0°～90°的前半球区域和后半球区域，其中，每一排由18个发射和接收单元组构成环形阵，每个发射和接收单元组间隔20°。工作时，每3个发射和接收单元组为一组，构成三元天线阵，且以该三元天线阵的中间发射和接收单元组为中心，形成横向20°，轴向90°的区域覆盖，从而由36个区域形成全向覆盖。

如图3所示，在本实施例中，所述矩阵开关组2对应于所述前、后半球两排天线排列包括前后半球选择切换开关210(S0)、与该前后半球选择切换开关210连接的前半球选择开关组211和后半球开关组212；其中，所述前半球选择开关组211和后半球选择开关组212分别包括18个前半球选择开关2110和后半球选择开关(图中未示)，且每个前半球选择开关2110和每个后半球选择开关为连接一组发射和接收单元组。

在本实施例中，对于整个环向天线阵列而言，所述矩阵开关组2包括37个开关，即，1个前后半球选择切换开关210、18个前半球选择开关211和18个后半球选择开关212。

工作时，当环向天线阵列仰角为0°～90°时，选择覆盖前半球的18个发射和接收单元组101，即图3中前后半球选择切换开关210(S0)选择为S02-3前半球选择开关组211时。所述控制模块3则依据环向姿态，计算出对准卫星的天线单元10，并依据计算结果控制矩阵开关组2选择接通与该天线单元10上覆盖横向0°～-90°的微带天线支路和临近的2个支路，譬如，所述控制模块3依据环向天线阵列1的环向姿态计算出ANT3微带天线正对准卫星，矩阵开关则应选择ANT2、ANT3和ANT4微带天线，从这三组微带天线传输过来的基带信号经过合成之后，然后输出。

其中，只要环向天线阵列1的环向姿态发生改变，所述矩阵开关组2便会迅速响应，并且只需要断开一条支路和接通一条支路，就可以一直保持与卫星进行通信。而当环向天线阵列1的俯仰姿态改变时，矩阵开关组2也会迅速响应，切换前后半球选择开关210，即可以保持环向天线阵列1与卫星进行通信。如当前的矩阵开关选择组合为(S02-3、S3、S4、S5)，下一时刻的矩阵开关组合为(S02-1、S3、S4、S5)、(S02-3、S2、S3、S4)和(S02-3、S4、S5、S6)

参照图4所示，其为出纵向30度(120度覆盖)绕过环向天线阵列1的横向轴旋转1周的方向图，从附图4中的M1和M2可以看出在20度范围内是大于6dB的。

参照图5所示，其为出横向±10度(20度覆盖)过环向天线阵列1的纵轴旋转1周的方向图，从该图5中的M1和M2可以看出在20度范围内是大于6dB的。

Claims (5)

1.一种全向卫星通信阵列天线控制装置，其特征在于，该装置包括由多个天线单元环向360°分布构成的环向天线阵列、连接于该环向天线阵列的矩阵开关组以及分别连接于所述环向天线阵列和矩阵开关组的控制模块；其中，所述环向天线阵列覆盖环向360°，且在每个天线单元上设有传感器以及多个通过馈电网络实现左旋圆极化和右旋极化的接收和发射单元组，并且每个天线单元覆盖横向180°。

2.根据权利要求1所述全向卫星通信阵列天线控制装置，其特征在于，所述接收和发射单元为微带天线。

3.根据权利要求1所述全向卫星通信阵列天线控制装置，其特征在于，所述环向天线阵列为由两排发射和接收单元组环向360°分布构成，且该两排发射和接收单元组分别覆盖横向0°～-90°和0°～90°的区域。

4.根据权利要求1所述全向卫星通信阵列天线控制装置，其特征在于，所述矩阵开关组包括多个开关，且该所述开关为连接于所述天线单元。

5.根据权利要求3或4所述全向卫星通信阵列天线控制装置，其特征在于，对应于所述两排发射和接收单元组，所述多个开关被划分为一前后半球选择切换开关、与该前后半球选择切换开关连接的前半球选择开关组和后半球选择开关组，且每个前半球选择开关和后半球选择开关为连接一发射和接收单元组。

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