一種機械式自動極化調節裝置及動中通天線系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明的機械式自動極化調節裝置及動中通天線系統屬于無線通信系統中的衛星移動通信(即“動中通”)領域，用于自動調節衛星移動通信地面站天線(即“動中通天線”)線極化電磁波信號的極化方向，與衛星轉發器上/下行信號極化匹配，使動中通天線得以精準跟蹤衛星。
【背景技術】
[0002]衛星通信是以人造衛星作為中繼站的無線電通信，由衛星和地球站兩部分組成。通常，衛星通信系統分為兩大類，一是固定衛星通信系統，指借助于空間衛星轉發器、在地球表面固定位置(地球站)與一個或多個衛星間的無線通信方式，如邊遠地區的衛星電視教育，固定衛星通信采用靜中通天線;二是移動衛星通信系統(即動中通系統)，指借助于空間衛星轉發器、在地面移動站與固定地面站或移動站與移動站之間提供的通信鏈路，如遠洋輪船實時接收衛視節目，移動衛星通信采用動中通天線。移動衛星通信系統中，地面移動站載體(如車輛、輪船、飛機等)運動過程會出現搖擺、顛簸、轉彎等狀況，載體上天線的姿態也隨之不斷變化；由于同步軌道衛星轉發器收、發電磁波信號的極化方向是恒定的，地面站動中通天線姿態的任何變化必然造成與轉發器間電磁波的極化失配，即轉發器與動中通天線工作極化存在一個極化角度，降低電磁波能量傳輸效率，結果是導致衛通信號電平劇烈波動、天線不能鎖定衛星或出現嚴重的鄰星干擾效應。因此，動中通天線在通信過程中必須保持與轉發器的極化匹配，自動極化跟蹤技術也成為移動衛星通信系統的關鍵技術之一。
[0003]自動極化跟蹤裝置即用于實現與轉發器極化的自動匹配。基于通信衛星星位參數、載體經瑋度及天線內置陀螺儀輸出的姿態信息，動中通天線主控計算機計算出天線當前極化角度，并發出指令驅動自動極化跟蹤裝置將電磁波分解為幅度不同的水平和垂直兩種正交極化信號分量，經過獨立饋電網絡傳輸后，幅度受控的正交極化信號最終在向自由空間輻射前合成為一個線極化波，且極化角與轉發器固有的極化角度相同；此時，主極化信號強度最大、而相對正交的極化分量(通常是干擾信號)得到有效抑制。實際應用中，有電調式和機械式兩大類自動極化跟蹤裝置；電調式自動極化跟蹤裝置采用LNA、可調衰減器、可調移相器及合路器等電子器件控制正交信號電平的高低;機械式自動極化跟蹤裝置由正交模耦合器、極化調節器、波導同軸轉換器和電機等主要功能部件構成，由電機轉動極化調節器來控制兩路極化垂直正交的電磁波信號幅度。自動極化跟蹤裝置的主要性能指標是:工作頻段寬度，對兩路正交極化信號幅度的控制精度，交叉極化隔離度，傳輸損耗等。
[0004]圖1給出了一種機械式饋源旋轉極化控制裝置工作原理示意圖。該技術利用了反射面天線及其饋源的圓對稱性輻射機理和衛星轉發器上/下行電磁波信號極化相互垂直正交的特點，通過主控計算機直接控制極化電機的轉動達到自動極化跟蹤目的。跟蹤工作模式時，主控計算機根據姿態傳感器輸出和星位、經瑋度地理信息參數計算出天線的當前極化角，與轉發器固有極化角度比較得出動態條件下的極化角誤差值，以此驅動極化電機帶動饋源反向旋轉一定角度，補償該極化誤差。衛星通信中的上/下行信號相互正交，若旋轉饋源至主極化與發射頻段信號匹配時、其正交極化自動與接收頻段信號的極化方向一致，且相互具有較高的隔離度。該裝置是通過極化電機直接轉動饋源進行極化角匹配，僅適用于體積較大的圓口徑反射面動中通天線，不能在諸如平板天線、環焦天線等低輪廓、非圓口徑的動中通天線上使用，應用范圍嚴重受限。
[0005]另一種機械式極化跟蹤器裝置如圖2所示。該裝置采用前、后兩端正交模耦合器布局方式，分別連接天線和接收設備，且正交模耦合器內置調相機構，圓波導關節旋轉調節電磁波極化角度。工作原理:動中通天線接收任意極化角電磁波信號，分解為幅度不同的垂直和水平兩種正交極化分量、同時進入極化跟蹤裝置，正交信號經前端正交模耦合器迭加成線極化波，圓波導關節帶動后端正交模耦合器旋轉、找出與空間電磁波極化角相對應位置，后端正交模耦合器則將已完成極化矢量合成的信號輸出至接收機。該裝置中，為保持極化跟蹤器兩個輸入端口到輸出端口間具有相同的電長度，需通過調相機構修正兩個輸入極化信號分量的相位差。該裝置采用了類似銷釘、介質片等調相機構來抵消交叉極化分量，對頻率變化較敏感。不能滿足衛星通信全頻段范圍內對正交極化信號更高的抑制要求，或者是符合衛通極化隔離度指標的工作頻段受限。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在于解決現有技術缺陷，提供了一種適用范圍廣的機械式自動極化調節裝置及動中通天線系統。
[0007]為實現上述目的，本發明采用以下技術方案:
[0008]一種機械式自動極化調節裝置包括:
[0009]轉換調節組件，用于將發射機傳來的電磁波信號由同軸線傳輸轉換為標準波導并調整其極化角度；
[0010]正交模耦合器，用于將轉換調節組件傳來的已調整極化角度的電磁波分解成水平和垂直分量并輸出；
[0011]轉換調節組件包括殼體、用于調整極化角度的極化探針以及與主控計算機電連接并用于控制極化探針轉動的電機;殼體上設有與正交模耦合器連通的圓波導及用于接收發射機傳來的電磁波信號的矩形波導，極化探針固定在電機的輸出軸上，極化探針設在殼體內的圓波導中，極化探針貫穿矩形波導。
[0012]進一步地，極化探針包括金屬棒和匹配塊，金屬棒一端固定在電機的輸出軸上，匹配塊固定在金屬棒的另一端，匹配塊設在圓波導內。
[0013]進一步地，匹配塊的前端設有起到阻抗匹配作用的三級臺階。
[0014]進一步地，電機輸出軸通過一聯軸器固定連接金屬棒。
[0015]進一步地，矩形波導入口內設有用于拓寬頻帶的第一平臺和第二平臺，第二平臺高于第一平臺，極化探針貫穿第二平臺。
[0016]進一步地，正交模耦合器包括與殼體的圓波導連通的公共端、導出水平極化電磁波的第一出口段及導出垂直極化電磁波的第二出口段，第一出口段的橫截面逐漸變小，第一出口段與公共端連通，第二出口段與公共端通過側壁耦合縫連通，側壁耦合縫平行于公共端電磁波輸入方向。
[0017]進一步地，第二出口段包括平行于第一出口段的輸出段和用于對垂直極化電磁波進行寬帶匹配的側壁階梯匹配段，側壁階梯匹配段與輸出段相互連通，側壁階梯匹配段垂直于輸出段，側壁耦合縫設在側壁階梯匹配段與公共端連接處。
[0018]進一步地，側壁耦合縫設在側壁階梯匹配段的底端，側壁階梯匹配段內設有一側壁匹配塊。
[0019]本實用信息還公開了一種動中通天線系統，其包括極化饋電網絡、電連接傳感器和定位儀的主控計算機以及連接衛星放大器的旋轉關節，其還包括以上公開的極化調節裝置，旋轉關節與殼體的矩形波導連接，主控計算機與電機電連接，正交模耦合器的輸出端連接極化饋電網絡。
[0020]本發明與現有技術相比的有益效果是:
[0021]I)本發明采用正交模耦合器以及具有極化調節器和同軸-波導轉換器功能的轉換調節組件，同時采用電機控制極化探針轉動，使得調節裝置適用范圍得到擴大；
[0022]2)本發明能夠實時調節動中通天線發射通道傳輸信號的極化方向，使之與衛星轉發器的上行信號極化角匹配，實時性好，性能佳；
[0023]3)由于采用波導正交模耦合器，使得垂直和水平兩路信號之間的隔離度顯著提高，從而抑制了正交極化干擾信號，提高了天線的交叉極化隔離度，抑制正交極化干擾信號；
[0024]4)通過電機控制探針轉動極化的方式，使得極化控制精度得到保證，同時由于實現方式較為方便，提高了系統的穩定性；
[0025]6)轉換調節組件具有同軸-波導轉換功能，該設計便于探針穿過與電機相連，同時能保證射頻信號的正常傳輸；
[0026]7)由于全部采用波導器件，駐波比較小，同時功率容量顯著提升。
【附圖說明】
[0027]圖1為現有技術的機械式饋源旋轉極化控制方案示意圖；
[0028]圖2為現有技術的機械式極化跟蹤器方案示意圖；
[0029]圖3為機械式自動極化調節裝置方案示意圖；
[0030]圖4為機械式自動極化調節裝置裝配立體圖；
[0031 ]圖5為機械式自動極化調節裝置內部結構立體圖；
[0032]圖6為轉換調節組件的殼體立體圖；
[0033]圖7為轉換調節組件的殼體沿矩形波導剖開的立體圖，其中極化探針置于殼體內；
[0034]圖8為轉換調節組件的殼體沿中軸剖開的立體圖，其中極化探針置于殼體內；
[0035]圖9為正交模耦合器的立體圖；
[0036]圖10為正交模耦合器的內部結構圖；
[0037]圖11為動中通天線系統框架示意圖。
【具體實施方式】
[0038]為了更充分理解本發明的技術內容，下面結合具體實施例對本發明的技術方案進一步介紹和說明。
[0039]本發明第一實施例的具體結構如圖3至圖10所示。
[0040]如圖3和圖4所示，機械式自動極化調節裝置包括轉換調節組件10和正交模耦合器20。轉換調節組件10用于將發射機傳來的電磁波信號由同軸線傳輸