CN201804996U - 动中通平板天线电子变极化系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种动中通平板天线电子变极化系统，包括对移动载体的姿态与位置进行实时检测的状态信息检测单元、据状态信息检测单元所检测信息计算出移动载体在静态及动态下的极化角的主控制器、对Ku频段双极化平板天线所收发信号进行调整以实现实时对Ku频段双极化平板天线进行极化匹配的电子变极化单元和据主控制器计算结果相应推算出需对Ku频段双极化平板天线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计算出来的调整量相应对电子变极化单元进行控制的辅控制器。本实用新型系统结构简单、体积小且极化控制方法简单、可实现快速极化调整，有效适用至移动载体卫星通信中的极化对准，有效解决了平板天线的变极化问题。

Description

动中通平板天线电子变极化系统 

技术领域

本实用新型于移动 卫星通信中的平板天线变极化技术领域，尤其是涉及一种动中通平板天线电子变极化系统。 

背景技术

动中通是“移动中的卫星地面站通信系统”的简称，通过动中通系统，车辆、轮船、飞机等移动载体在运动过程中可实时跟踪卫星等平台，不间断地传递语音、数据、图像等多媒体信息，可满足各种军民用应急通信和移动条件下的多媒体通信的需要，动中通系统很好地解决了各种车辆、轮船等移动载体在运动中通过地球同步卫星，实时不断地传递语音、数据、高清晰的动态视频图像、传真等多媒体信息的难关，是通信领域的一次重大的突破，是当前卫星通信领域需求旺盛、发展迅速的应用领域，在军民两个领域都有极为广泛的发展前景。综上，动中通卫星通信系统是指移动载体(例如汽车、火车、飞机、轮船等)在快速运行过程中实现与目标卫星(静止或定点卫星，即同步轨道卫星)实时通信的系统。实际工作中，因为目标卫星距地面的距离很远(约4万公里)，要实现卫星与地面载体间高码速率的多媒体通信，就必须采用高增益天线。由于这种天线的波束宽度很窄，要保证载体在快速移动过程中能够正常且不间断地与卫星通信，则必须使其天线波束始终准确地对准卫星。 

Ku频段卫星系统采用线极化方式，因而载体行进过程中，姿态和地理位置的持续变化会导致波束的滚动问题，如果只在指向上对准卫星，接收卫星信号时会存在极化失配问题，造成增益损失，严重的极化失配时发射信号会给卫星的其它用户带来严重的极化干扰，影响卫星正常工作。动中通卫星通信系统的天线一般分为反射面天线和平板天线两种。通过一个反 射面天线和一个电动变极化馈源  就可以实现异频双极化和变极化功能，这一技术已经成熟，但其在高度、机械特性等方面还不能满足大部分应用场合的要求。对于平板天线构成的低轮廓动中通卫星通信系统，由于极化轴固定连接在天线孔径上，因而通过旋转天线来调整极化显然起不到降低高度的作用。 

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种动中通平板天线电子变极化系统，其系统结构简单、体积小且极化控制方法简单、可实现快速极化调整，有效适用于移动载体卫星通信中的极化对准，能有效解决平板天线的变极化问题。 

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种动中通平板天线电子变极化系统，其特征在于：包括对承载Ku频段双极化平板天线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、根据状态信息检测单元所检测信息相应分别  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、对Ku频段双极化平板天线所收发信号的相位或者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进行极化匹配的电子变极化单元和根据主控制器的计算结果相应推算出需对Ku频段双极化平板天线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进行控制的辅控制器，所述状态信息检测单元与主控制器相接包括对承载Ku频段双极化平板天线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、根据状态信息检测单元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、对Ku频段双极化平板天线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进行极化匹配的电子变极化单元和根据主控制器的计算结果相应推算出需对Ku频段双极化平板天线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进行控制的辅控制器， 所述状态信息检测单元与主控制器相接，主控制器与辅控制器相接，辅控制器与电子变极化单元相接，且电子变极化单元分别与Ku频段双极化平板天线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相接，所述电子变极化单元通过上变频器或下变频器与通讯设备相接。 

上述动中通平板天线电子变极化系统，其特征是：所述Ku频段双极化平板天线包括双极化接收天线和双极化发射天线，所述电子变极化单元包括与双极化接收天线的垂直极化与水平极化端口相接的电子变极化单元一和与双极化发射天线的垂直极化与水平极化端口相接的电子变极化单元二，所述电子变极化单元一和电子变极化单元二均与辅控制器相接；所述电子变极化单元一和电子变极化单元二分别通过下变频器和上变频器与通讯设备相接。 

上述动中通平板天线电子变极化系统，其特征是：所述辅控制器为单片机MSP430。 

上述动中通平板天线电子变极化系统，其特征是：所述位置检测单元为GPS定位系统，所述姿态检测单元为惯性姿态测量系统。 

上述动中通平板天线电子变极化系统，其特征是：所述单片机MSP430与主控制器之间通过SPI接口进行连接。 

上述动中通平板天线电子变极化系统，其特征是：所述单通道变极化系统包括单通道变极化接收系统和单通道变极化发射系统； 

所述单通道变极化接收系统包括分别与Ku频段双极化平板天线的水平极化端口和垂直极化端口相接的可变移相器一和可变移相器二、分别与可变移相器一和可变移相器二相接的衰减器一和衰减器二相接对衰减器一和衰减器二所输出信号进行合并的信号合并器，所述衰减器一和衰减器二分别与信号合并器的两个输入端相接，所述信号合并器的信号输出端与 下变频器的信号输入端相接，所述衰减器一、衰减器二、可变移相器一和可变移相器二均与辅控制器相接且均由辅控制器进行控制； 

所述单通道变极化发射系统包括与通讯设备的信号输出端相接的功分器一、分别与功分器一的两个输出端相接的可变移相器三和可变移相器四以及分别与可变移相器三和可变移相器四的输出端相接的衰减器三和衰减器四，所述衰减器三和衰减器四的输出端分别与Ku频段双极化平板天线的水平极化端口和垂直极化端口相接，所述可变移相器三、可变移相器四、衰减器三和衰减器四均与辅控制器相接且均由辅控制器进行控制。 

上述动中通平板天线电子变极化系统，其特征是：所述单通道变极化接收系统还包括放大器一和放大器二，所述Ku频段双极化平板天线的水平极化端口和垂直极化端口与可变移相器一和可变移相器二之间分别接有低噪声放大器一和低噪声放大器二，所述放大器一和放大器二分别接在衰减器一和衰减器二与信号合并器之间； 

所述衰减器三和衰减器四与Ku频段双极化平板天线的水平极化端口和垂直极化端口之间分别接有功率放大器一和功率放大器二。 

上述动中通平板天线电子变极化系统，其特征是：所述双通道变极化系统包括双通道变极化接收系统和双通道变极化发射系统； 

所述双通道变极化接收系统包括3dB电桥一、分别与3dB电桥一的两个输出端相接的可变移相器五和可变移相器六以及两个输入端分别与可变移相器五和可变移相器六相接的3dB电桥二，所述3dB电桥一的两个输入端分别与Ku频段双极化平板天线的水平极化端口和垂直极化端口相接，3dB电桥二的两个输出端均与下变频器的信号输入端相接，所述可变移相器五和可变移相器六均与辅控制器相接且均由辅控制器进行控制； 

所述双通道变极化发射系统包括分别与通讯设备的信号输出端相接的功分器二或3dB电桥三、分别与功分器二或3dB电桥三的两个输出端相接的可变移相器七和可变移相器八以及分别与可变移相器七和可变移相器八的输出端相接的3dB电桥四，所述3dB电桥四的两个输出端分别与Ku 频段双极化平板天线的水平极化端口和垂直极化端口相接，所述可变移相器七和可变移相器八均与辅控制器相接且均由辅控制器进行控制。 

上述动中通平板天线电子变极化系统，其特征是：所述双通道变极化接收系统还包括放大器三、放大器四、低噪声放大器三和低噪声放大器四，所述放大器三和放大器四分别接在3dB电桥一的两个输出端与可变移相器五和可变移相器六之间，所述低噪声放大器三和低噪声放大器四分别接在Ku频段双极化平板天线的水平极化端口和垂直极化端口与3dB电桥一的两个输入端之间； 

所述双通道变极化发射系统还包括放大器五和放大器六，所述放大器五和放大器六分别接在可变移相器七和可变移相器八与3dB电桥四的两个输入端之间，且3dB电桥四与Ku频段双极化平板天线的水平极化端口和垂直极化端口之间分别接有功率放大器三和功率放大器四。 

本实用新型与现有技术相比具有以下优点： 

1、整个电子变极化系统设计合理、结构简单、体积小且接线方便、投入成本低。 

2、变极化方法步骤简单，首先在确定移动载体运动过程中的动态极化角的基础上，根据所确定的动态极化角确定电子变极化单元需要的调整量，再将所确定电子变极化单元需要的调整量加到双极化天线所收发信号上，也就是说通过由微波元件组成的电子变极化单元实现移动载体运动过程中的极化匹配，该电子变极化单元可以接收或发射垂直和水平极化的信号。具体而言，在双极化平板天线的基础上，根据状态信息检测单元所实时所检测到的信息确定移动载体动态下的极化角，并根据所计算出来的动态极化角计算电子变极化单元中的权值(即确定出需对所收发信号的相位或者相位与幅度进行调整的调整量)，随后再根据权值大小对各个极化通道进行移相和幅度加权，从而实现了动中通系统任意变极化收发的目标。 

3、使用效果好，工作性能稳定且适用面宽，极化控制方法简单，且可实现快速极化调整，满足低轮廓天线系统的设计要求，适用于车载、机载等移动载体卫星通信中极化对准应用，有效解决了由平板天线构成的低轮廓动中通卫星通信系统因极化轴固定连接在天线孔径上而造成的通过旋转天线来调整极化起不到降低高度作用的实际问题。 

4、移动载体动态下的极化角(即动态极化角θ)计算方便，移动载体的动态极化角θ为其静态极化角θ_s和波束滚动角θ_d的线性叠加。 

5、变极化方式灵活且操作简便，按电子变极化单元输出极化信号的路数，可以分为单通道与双通道电子变极化方式，其中单通道比双通道电子变极化控制更为简单，使用的微波器件更少，但单通道变极化只能有选择性地输出一路极化信号，而双通道变极化可以同时输出正交的两路极化信号，并且双通道变极化方式主要利用移相器和3dB电桥来进行极化调整，而单通道变极化方式主要利用移相器、衰减器和功分器来进行极化调整。具体而言，单通道变极化过程包括下列步骤：利用GPS定位系统确定移动载体当前的经纬度信息，根据目标卫星与接收站(即移动载体)间的经度差及接收站纬度确定静态极化角；之后，利用惯性姿态测量系统提供的移动载体姿态信息，由主控制器实时计算波束滚动角，并相应推算出当前的动态极化角；随后，根据主控制器提供的动态极化角，由辅控制器相应对电子变极化单元中可变移相器和衰减器实施相应幅相控制，双极化平板天线接收信号时，信号经过双极化平板天线接收并经低噪放(LNA)放大后分成两个通道，分别经可变移相器和衰减器进行控制调整来有选择地输出垂直或水平极化卫星信号，且所输出信号经下变频器变成中频后传给接收机接收；双极化平板天线发射信号时，通信设备输出的中频信号经过上变频器变成射频信号，经过功分器分成两路信号，再分别通过各自的移相器 和衰减器进行幅相调整后，传给双极化天线，使得在远场合成接收系统特定的极化波。而双通道变极化过程包括下列步骤：利用GPS定位系统确定移动载体当前的经纬度信息，根据目标卫星与接收站(即移动载体)间的经度差及接收站纬度确定静态极化角；之后，利用惯性姿态测量系统提供的移动载体姿态信息，由主控制器实时计算波束滚动角，并相应推算出当前的动态极化角；随后，根据主控制器提供的动态极化角，由辅控制器相应计算出电子变极化单元中两个可变移相器需要调整的相移，并传给译码电路相应对两个可变移相器实施相移：双极化平板天线接收信号时，信号经过双极化平板天线接收并经过低噪放(LNA)放大后，再依次经过3dB电桥和移相器相移进行极化抵消，并相应输出两路正交的极化信号且所输出极化信号经下变频器变成中频后传给接收机接收；双极化平板天线发射信号时，通信设备输出的中频信号经过上变频器变成射频信号，再经3dB电桥分成两路信号后分别通过各自的移相器进行移相，之后由3dB电桥将信号传给双极化发射天线，使得在远场合成接收系统特定的极化波。 

综上所述，本实用新型系统结构简单、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，能有效适用于车载、机载、飞机等移动载体卫星通信中的极化对准，能有效解决平板天线的变极化问题。 

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。 

附图说明

图1为本实用新型的工作原理示意图。 

图2为本实用新型的电路原理框图。 

图3为本实用新型的使用方法流程图。 

图4为目标卫星下行信号在双极化天线上的极化分量分解示意图。 

图5为本实用新型单通道变极化接收系统的工作原理图。 

图6为本实用新型单通道变极化发射系统的工作原理图。 

图7为本实用新型双通道变极化接收系统的工作原理图。 

图8为本实用新型双通道变极化发射系统的工作原理图。 

附图标记说明： 

1-状态信息检测单元；   1-1-GPS定位系统；    1-2-惯性姿态测量系统； 

2-主控制器；       3-辅控制器；         4-电子变极化单元； 

4-1-电子变极化单元一； 4-11-衰减器一；      4-12-衰减器二； 

4-13-可变移相器一；4-14-可变移相器二；  4-15-信号合并器； 

4-16-功分器一；    4-17-可变移相器三；  4-18-可变移相器四； 

4-19-衰减器三；    4-20-衰减器四；      4-2-电子变极化单元二； 

4-21-3dB电桥一；   4-22-可变移相器五；  4-23-可变移相器六； 

4-24-3dB电桥二；   4-25-放大器三；      4-26-放大器四； 

4-27-功分器二；    4-29-可变移相器七；  4-30-可变移相器八； 

4-31-放大器五；    4-32-放大器六；      4-33-3dB电桥四； 

4-5-单通道变极化接收系统； 4-6-单通道变极化发射系统；   4-7-双通道变极化接收系统； 

4-8-双通道变极化发 射系统；5-Ku频段双极化平板 天线；  5-1-双极化接收天线； 

5-2-双极化发射天线；   6-上变频器；         7-下变频器； 

8-通讯设备；       9-低噪声放大器一；   10-低噪声放大器二； 

11-放大器一；      12-放大器二；        13-功率放大器一； 

14-功率放大器二；  15-低噪声放大器三；  16-低噪声放大器四； 

17-功率放大器三；  18-功率放大器四。 

具体实施方式

如图1、图2所示的一种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(即惯性导航单元)、根据状态信息检测单元1所检测信息相应分别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。 

本实施例中，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。所述辅控制器3为单片机MSP430，实际应用时，也可以选用其它控制芯片作为辅控制器3。所述位置检测单元为GPS定位系统1-1，所述姿态检测单元为惯性姿态测量系统1-2(简称AHRS)。所述单片机MSP430与主控制器2之间通过SPI接口进行连接。因而，所述电子变极化单元4由微波元器件组成。同时，通过所述GPS定位系统1-1对所述目标卫星的经纬度信息进行实时检测。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。 

所述双极化接收天线5-1和双极化发射天线5-2能同时形成一对极化正交且频率相同的工作模式，双极化接收天线5-1和双极化发射天线5-2的每个端口分别对应水平极化端口和垂直极化端口，各自通过独立的馈电网络进行馈电。 

如图3所示的一种动中通平板天线电子变极化方法，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 

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， 

$A_z=\mathrm{arctg}\left(\frac{\sin \mathrm{\α}\sin \mathrm{\β}\cos E\cos (A-\mathrm{\φ})+\cos \mathrm{\α}\cos E\sin (A-\mathrm{\φ})-\sin \mathrm{\α}\cos \mathrm{\β}\sin E}{\cos \mathrm{\β}\cos E\cos (A-\mathrm{\φ})+\sin \mathrm{\β}\sin E}\right),$

E_z＝arcsin(sinαcosEsin(A-φ)-cosαcosEsinβcos(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。 

由于静态极化角θ_s计算的是静止状态下的地理坐标系下的极化角，因而其只与移动载体与目标卫星的地理位置有关，则利用GPS定位系统1-1GPS实时所测得的移动载体的经纬度信息，主控制器2就可以计算出静态极化角θ_s。另一方面，移动载体运动过程中拐弯、爬坡和倾斜等姿态的变化情况，也会造成天线波束的滚动角变化，从而使Ku频段双极化平板天线5的极化面旋转，因而也需对移动载体的姿态参数进行检测，且将所述实时测得的姿态参数(包括横滚角α、纵摇角β和航向角φ)经坐标变换后，即可求出Ku频段双极化平板天线5的极化面相对于当地水平面的波束滚动角θ_d。最后，将实时求得的静态极化角θ_s与波束滚动角θ_d进行线性叠加后，便可同步计算得出动态极化角θ。 

结合图4，以Ku频段双极化平板天线5与通讯设备8之间所传输的下行线极化信号为例，当动态极化角θ很大时，Ku频段双极化平板天线5的垂直极化端口(即V极化端口)除接收到目标卫星所发送的垂直极化信号分量外，同时也收到了Ku频段双极化平板天线5的水平极化端口(即H极化端口)送来的干扰信号，因而会存在不同信道相互间严重的极化干扰问题。若此时目标卫星的下行水平极化信号为E_h，垂直极化信号为E_v，且假定Ku频段双极化平板天线5的水平分量为坐标轴X且垂直分量为坐标轴Y，则E_h在X与Y轴上的分量分别为所述Ku频段双极化平板天线5的水平极化端口所接收到的分量E_h1和其垂直极化端口所接收到的分量E_h2，E_v在X与Y轴上的分量分别为Ku频段双极化平板天线5的水平极化端口所接收到的分量E_v1和其垂直极化端口所接收到的分量E_v2，则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信号E₁和E₂分别为：E₁＝E_hcosθ-E_vsinθ，E₂＝E_hsinθ+E_vcosθ。 

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。 

实际操作过程中，所述Ku频段双极化平板天线5既可以为单通道变极化系统，也可以为双通道变极化系统。 

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。本实施例中，结合图5，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(具体是双极化接收天线5-1)的水平极化端口(即H端口)和垂直极化端口(即V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。 

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的过程中，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。 

本实施例中，所述单通道变极化接收系统4-5还包括放大器一11和放大器二12，所述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与可变移相器一4-13和可变移相器二4-14之间分别接有低噪声放大器一9和低噪声放大器二10，所述放大器一11和放大器二12分别接在衰减器一4-11和衰减器二4-12与信号合并器4-15之间；且放大器一11和放大器二12分别用来补偿信号在所述单通道变极化接收系统4-5上传输过程中的损耗。 

总之，Ku频段双极化平板天线5的水平极化端口所接收信号E₁和其垂直极化端口所接收信号E₂，先分别经低噪声放大器一9和低噪声放大器二10放大后，再分别经由可变移相器一4-13、衰减器一4-11和放大器一11组成的幅相调整单元与由可变移相器二4-14、衰减器二4-12和放大器二12组成的幅相调整单元进行幅相调整后，再通过信号合并器4-15混合成一路线极化信号，且信号合并器4-15所输出的一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。现假设低噪声放大器一9和低噪声放大器二10的增益分别为α₁和α₂，可变移相器一4-13和可变移相器二4-14的相移量分别为φ₁和φ₂，衰减器一4-11和衰减器二4-12的衰减 系数分别为k₁和k₂，则信号合并器4-15所输出的线极化信号 

式中E_h和E_v分别表示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信号，Re代表求实部。由于进行幅相调整过程中，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均由辅控制器3进行控制，且衰减器一4-11和衰减器二4-12的衰减系数k₁和k₂以及可变移相器一4-13和可变移相器二4-14的相移量φ₁和φ₂均由辅控制器3根据主控制器2实时计算得出的动态极化角θ进行实时调整，且通过辅控制器3对k₁、k₂、φ₁和φ₂进行实时调整，使得信号合并器4-15仅单独输出一路水平极化或垂直极化信号。例如，当动态极化角θ＞0时，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的工作参数满足k₁＝sinθ/α₁，k₂＝cosθ/α₂，φ₁＝π且φ₂＝0时，信号合并器4-15输出一路水平极化信号；以此类推，根据公式 

和实时计算得出的动态极化角θ，便可以推算出信号合并器4-15输出一路垂直极化信号时衰减器一4-11、衰减器二4-12、可变移相器一4-13和可变移相器二4-14的工作参数需满足的条件，且相应通过辅控制器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的工作参数进行控制调整即可实现。所述可变移相器一4-13和可变移相器二4-14均接有译码电路，且可变移相器一4-13和可变移相器二4-14的译码电路与辅控制器3之间接有译码驱动电路。 

结合图6，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(具体是双极化发射天线5-2)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，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。 

本实施例中，所述衰减器三4-19和衰减器四4-20与Ku频段双极化平板天线5(具体是双极化发射天线5-2)的水平极化端口和垂直极化端口之间分别接有功率放大器一13和功率放大器二14。 

实际使用过程中，通讯设备8所输出信号经上变频器6转变为一路低电平的射频信号后，再通过功分器一4-16将该路射频信号分为两路信号，然后再通过由可变移相器三4-17和衰减器三4-19组成的幅相调整单元与由可变移相器四4-18和衰减器四4-20组成的幅相调整单元进行幅相调整后，再分别通过功率放大器一13和功率放大器二14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。此时，假设可变移相器三4-17和可变移相器四4-18的相移量分别为φ₃和φ₄，衰减器三4-19和衰减器四4-20的衰减系数分别为k₃和k₄，同时结合主控制器2实时计算出来的动态极化角θ以及功率放大器一13和功率放大器二14各自的放大倍数，则可推算出分别馈入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的信号数值计算公式。相应地，在幅相调整过程中，根据上述推算出来的信号数值计算公式，并且结合馈入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的理想极化信号数值(即Ku频段双极化平板天线5的接收系统所接收的特定信号)，即可推算得出需对可变移相器三4-17、衰减器三4-19、可变移相器四4-18和衰减器四4-20的工作参数进行调整的调整量，则根据计算结果由辅控制器3对可变移相器三4-17、衰减器三4-19、可变移相器四4-18和衰减器四4-20的工作参数进行相应调整，则可在远场形成理想的极化波。 

同理，所述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。所述可变移相器三4-17和可变移相器四4-18均接有译码电路，且可变移相器三4-17和可变移相器四4-18的译码电路与单片机MSP430之间接有译码驱动电路。 

结合图7，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。 

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。 

本实施例中，所述双通道变极化接收系统4-7还包括放大器三4-25、放大器四4-26、低噪声放大器三15和低噪声放大器四16，所述放大器三4-25和放大器四4-26分别接在3dB电桥一4-21的两个输出端与可变移相器五4-22和可变移相器六4-23之间，所述低噪声放大器三15和低噪声放大器四16分别接在Ku频段双极化平板天线5(具体是双极化接收天线5-1)的水平极化端口和垂直极化端口与3dB电桥一4-21的两个输入端之间；且步骤40211中，通过放大器三4-25和放大器四4-26对信号传输过程中的损耗进行相应补偿，具体对信号传输过程中微波元器件(即电子变极化单元4)的损耗进行补偿。 

总之，Ku频段双极化平板天线5的水平极化端口所接收的信号E₁和其垂直极化端口所接收的信号E₂，分别经低噪声放大器三15和低噪声放大器四16放大后，再传给3dB电桥一4-21进行正交混合，随后再通过可变移相器五4-22和可变移相器六4-23进行移相调整后输入至3dB电桥二4-24正交混合成两路线极化信号，使得3dB电桥二4-24的两个输出端口相应分别只输出目标卫星的下行水平极化信号和下行垂直极化信号，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。所述3dB电桥二4-24所输出的两路极化信号与目标卫星的下行信号E_h和E_v相比只是在相位上延迟了，并没有改变原始极化信号。所述可变移相器五4-22和可变移相器六4-23均接有译码电路，且可 变移相器五4-22和可变移相器六4-23的译码电路与单片机MSP430之间接有译码驱动电路。 

结合图8，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(具体是双极化发射天线5-2)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。所述可变移相器七4-29和可变移相器八4-30均接有译码电路，且可变移相器七4-29和可变移相器八4-30的译码电路与单片机MSP430之间接有译码驱动电路。 

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。 

本实施例中，所述双通道变极化发射系统4-8还包括放大器五4-31 和放大器六4-32，所述放大器五4-31和放大器六4-32分别接在可变移相器七4-29和可变移相器八4-30与3dB电桥四4-33的两个输入端之间，且3dB电桥四4-33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之间分别接有功率放大器三17和功率放大器四18；且步骤40222中，通过放大器五4-31和放大器六4-32对信号传输过程中的损耗进行相应补偿。 

总之，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；且功分器二4-27或3dB电桥三输出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，再通过3dB电桥四4-33正交混合成两路线极化信号，最后再将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。所述放大器五4-31和放大器六4-32对信号传输过程中的损耗进行相应补偿，具体对信号传输过程中微波元器件(即电子变极化单元4)的损耗进行补偿。 

实际使用过程中，对可变移相器一4-13、可变移相器二4-14、可变移相器三4-17、可变移相器四4-18、可变移相器五4-22、可变移相器六4-23、可变移相器七4-29和可变移相器八4-30进行相位调整时，具体是由分别与上述各可变移相器(具体是可变移相器一4-13、可变移相器二4-14、可变移相器三4-17、可变移相器四4-18、可变移相器五4-22、可变移相器六4-23、可变移相器七4-29和可变移相器八4-30)相接的译码电路对各可变移相器实施相移。 

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。 

Claims (9)

1.一种动中通平板天线电子变极化系统，其特征在于：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。

2.按照权利要求1所述的动中通平板天线电子变极化系统，其特征在于：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。

3.按照权利要求1或2所述的动中通平板天线电子变极化系统，其特征在于：所述辅控制器(3)为单片机MSP430。

4.按照权利要求1或2所述的动中通平板天线电子变极化系统，其特征在于：所述位置检测单元为GPS定位系统(1-1)，所述姿态检测单元为惯性姿态测量系统(1-2)。

5.按照权利要求3所述的动中通平板天线电子变极化系统，其特征在于：所述单片机MSP430与主控制器(2)之间通过SPI接口进行连接。

6.按照权利要求1或2所述的动中通平板天线电子变极化系统，其特征在于：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)；

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)相接对衰减器一(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。

7.按照权利要求6所述的动中通平板天线电子变极化系统，其特征在于：所述单通道变极化接收系统(4-5)还包括放大器一(11)和放大器二(12)，所述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与可变移相器一(4-13)和可变移相器二(4-14)之间分别接有低噪声放大器一(9)和低噪声放大器二(10)，所述放大器一(11)和放大器二(12)分别接在衰减器一(4-11)和衰减器二(4-12)与信号合并器(4-15)之间；

所述衰减器三(4-19)和衰减器四(4-20)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之间分别接有功率放大器一(13)和功率放大器二(14)。

8.按照权利要求1或2所述的动中通平板天线电子变极化系统，其特征在于：所述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。

9.按照权利要求8所述的动中通平板天线电子变极化系统，其特征在于：所述双通道变极化接收系统(4-7)还包括放大器三(4-25)、放大器四(4-26)、低噪声放大器三(15)和低噪声放大器四(16)，所述放大器三(4-25)和放大器四(4-26)分别接在3dB电桥一(4-21)的两个输出端与可变移相器五(4-22)和可变移相器六(4-23)之间，所述低噪声放大器三(15)和低噪声放大器四(16)分别接在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与3dB电桥一(4-21)的两个输入端之间；

所述双通道变极化发射系统(4-8)还包括放大器五(4-31)和放大器六(4-32)，所述放大器五(4-31)和放大器六(4-32)分别接在可变移相器七(4-29)和可变移相器八(4-30)与3dB电桥四(4-33)的两个输入端之间，且3dB电桥四(4-33)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之间分别接有功率放大器三(17)和功率放大器四(18)。

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