电子调谐自动极化跟踪系统的制作方法
【专利摘要】一种电子调谐自动极化跟踪系统，包括微波电路板和数字控制电路板，该微波电路板包括依次信道连接的低噪声放大电路单元、极化控制单元、功率合成单元和微带滤波器，将微波电路板中所包括的所有单元以及数字控制电路板集成在两块印刷电路板上，并通过插针依次连接，数字控制电路板通过串行外设接口接收天线控制器的动态极化角，并控制微波电路板。该电子调谐自动极化跟踪系统以及运作方式能够显著提高系统G/T值，抑制正交极化干扰信号，降低对天线板的交叉极化隔离度要求，抑制发射通道信号对接收通道通道信号的干扰。
【专利说明】电子调谐自动极化跟踪系统 【【技术领域】】
[0001] 本实用新型设及卫星通信【技术领域】，尤其设及移动载体天线与卫星之间的通信技 术。 【【背景技术】】
[0002] 卫星通信系统分为两大类，一是静态通信系统，主要应用于卫星数字电视的接收。 二是移动卫星通信系统，应用于车辆、船舶、飞机等不断运动的天线载体与卫星之间的通 信。前者主要应用于有线数字电视信号无法覆盖地区，或作为卫星电视信号发射主站。在该 些应用当中，由于天线一直处于静止状态，只需要在天线安装时调整一次天线姿态W及极 化角。而后者由于天线载体一直处于不断的运动中，天线姿态不断的进行改变，在该些情况 之下，为了保证接收站与卫星之间的不间断的稳定通信，自动极化跟踪技术显得尤为关键。
[0003] 自动极化跟踪技术是一种根据卫星和天线载体的经绅度W及天线载体运动姿态 变化，由天线伺服系统计算出实时的天线动态极化角，用W调整天线所接收到的主极化信 号W及正交干扰信号幅度大小W及相位，来实现天线接收通道信号的极化方向与卫星转发 器的下行信号的极化方向匹配，无衰减的恢复原始卫星信号，并抑制正交极化干扰信号。
[0004] 在目前的移动卫星通信系统中，比较常见的自动极化跟踪技术的一种方案是无源 极化控制技术，参考附图1，通过姿态传感装置获得天线载体实时的姿态信息并发送到天线 控制器，天线控制器根据该信息W及当前卫星、天线的经绅度，计算出天线的动态极化角， 并换算出天线的极化角补偿值，W此来驱动极化电极使馈源转动一定角度，从而保持天线 的极化角对准卫星转发器下行信号的极化角。但是无源极化控制技术通过极化电极转动馈 源波导腔内的极化探针进行极化角匹配，要求极化电机与极化探针安装位置必须同屯、，该 对工艺要求比较高。同时无源极化控制必将带来一定的信号损耗，在接收系统的前端，将会 极大地损害G/T值，（G/T;增益与噪声温度比值）。除此之外，对正交极化干扰信号的抑制 度不高，该会进一步降低接收系统的整体性能。
[0005] 目前较常采用的第二种技术方案是收发一体式变极化控制方案，请参考附图2,该 技术方案将接收W及发射整合在一起，根据计算得出的极化角，相应调整变极化单元相关 参数，进而调整接收与发射信号波束W对准卫星。但该方案也存在缺陷，缺陷就是该方案 对正交极化信号的抑制度不够，将会导致接收站与卫星之间的通信受到正交极化信号的干 扰。由于收发一体化，导致一部分发射信号串扰进入信号接收系统，将会恶化接收信号的载 噪比。 【
【发明内容】
】
[0006] 本实用新型针对W上情况提出了一种简单易用、集成度高，并具有补偿天线板的 正交极化隔离度的电子自动极化跟踪技术，出了能够有效实时地跟踪卫星下行信号的极化 轴外，同时还能够抑制正交极化干扰信号，抑制发射通道信号，增加通信的可靠性。
[0007] 本实用新型所设及的电子调谐自动极化跟踪系统，包括微波电路板和数字控制电 路板，该微波电路板包括依次信道连接的低噪声放大电路单元、极化控制单元、功率合成单 元和微带滤波器，将微波电路板中所包括的所有单元W及数字控制电路板集成在两块印刷 电路板上，并通过插针依次连接，数字控制电路板通过串行外设接口接收天线控制器的动 态极化角，并控制微波电路板。
[000引该微波电路板上的低噪声放大电路单元包括水平极化通道放大电路W及垂直极 化通道放大电路，水平极化通道和垂直极化通道每个通道都设计了四级场效应管低噪声放 大器、波导转微带电路W及两级微带滤波电路。
[0009] 该水平极化通道和垂直极化通道中的四级场效应管低噪声放大器分别是第一低 噪声放大器、第二低噪声放大器、第=低噪声放大器、第四低噪声放大器、第五低噪声放大 器、第六低噪声放大器、第走低噪声放大器和第八低噪声放大器；而水平极化通道和垂直极 化通道中的两级微带滤波电路分别是第一滤波器、第二滤波器、第=滤波器和第四滤波器； 水平极化通道上依次连接有波导转微带电路、第一低噪声放大器、第一滤波器、第二低噪声 放大器、第二滤波器、第=低噪声放大器和第四低噪声放大器；而垂直极化通道上则是依次 连接波导转微带电路、第五低噪声放大器、第=滤波器、第六低噪声放大器、第四滤波器、第 走低噪声放大器和第八低噪声放大器；微波电路板上的波导转微带结构主要是由波导腔体 W及一段微带电路构成。
[0010] 极化控制单元包括模拟移相器W及数字衰减器，二者均采用了单片微波集成电路 方案。
[0011] 水平极化通道连接第一极化控制单元，垂直通道连接第二极化控制单元，而第一 和第二极化控制单元连接到功率合成单元。
[0012] 该功率合成单元经过一个微带滤波器再次滤波后，连接到一个射频同轴连接器接 P。
[0013] 数字控制电路板主要包括；微处理器MCU、温度补偿电路、反向电压变换电路、移 相控制电路、衰减控制电路，其中微处理器MCU的第一输入端通过SPI串行数据通讯协议接 口接收天线伺服控制器的实时极化角，第二输入端接收通过计算机写入的天线板的交叉极 化隔离度，第=输入端同时连接温度补偿电路的温度补偿值；其输出端分别连接到移项控 制电路和衰减控制电路，其中与衰减控制电路之间连接反向电压变换电路，最终输出到微 波电路板。
[0014] 该微处理器MCU能够通过SPI串行数据通讯协议接口接收来自天线伺服控制器的 实时极化角，W及根据天线板的交叉极化隔离度来进行计算产生一个新的极化角。
[0015] 该数字控制板上的微处理器MCU能够根据新的极化角，分别输出脉宽调制信号控 制微波电路板上模拟移相器，W及通过通用输入输出端口控制反向电压变换电路产生不同 电压，W此控制微波电路板上的数字衰减器。
[0016] 该数字板控制板上的微处理器MCU通过第=输入端连接温度补偿电路，根据温度 传感器获得的实时电路板上的温度输出相应的温度补偿值至微处理器MCU。
[0017] 该数字控制板上的反向电压变换电路主要是产生用于数字衰减器使用的负电压。
[0018] 该数字控制板上的移相控制电路主要是产生脉宽调制信号控制微波电路板的模 拟移相器。
[0019] 电子调谐自动极化跟踪系统的运作方式。
[0020] 第一步，天线伺服控制器将根据天线姿态计算出的极化角聲发送到数字控制板单 yn 〇
[0021] 第二步，数字控制电路板根据测试所得天线板的交叉极化隔离度为XPD，通过公式 (f^arctan(H)xi'u 2")，计算出为了补偿天线板交叉极化隔离度应该偏移的极化角偏移量。
[0022] 第S步，根据上面两个变量计算出实际极化角为⑥9渾冒谭。
[0023] 第四步，根据计算所得⑨，查询事先已经写入数字控制板中的存储器中的相位W 及衰减控制表，获得水平极化W及垂直极化的相位偏移量W及衰减量，并控制微波电路板 上的模拟移相器W及数字衰减器进行相应的动作。
[0024] 第五步，水平和垂直通道的模拟移相器W及数字衰减器分别对两路信号进行处理 过后，再由功率合成单元进行功率合成。 【【专利附图】
【附图说明】】
[0025] 图1是现有技术之一无源极化控制示意图；
[0026] 图2是现有技术之二收发一体式变极化系统示意图；
[0027] 图3是本实用新型电子调谐自动极化跟踪系统的微波电路板原理图；
[002引图4是本实用新型电子调谐自动极化跟踪系统的数字控制电路板的原理图；
[0029] 图5是天线板正交极化隔离度与极化角关系图；
[0030] 图6是卫星信号极化失配示意图。 【【具体实施方式】】
[0031] 下面将结合本实用新型附图和【具体实施方式】对本实用新型电子调谐自动极化跟 踪系统进行进一步的详细说明。
[0032] 本实用新型的目的在于克服前述无源极化控制W及收发一体式极化控制技术的 不足，提供一种适用于移动卫星信号系统，具有实时跟踪卫星极化轴，抑制天线发射通道 信号干扰，并具有补偿天线板本身交叉极化隔离度低带来影响的电子调谐自动极化跟踪系 统。该系统能够保障移动载体与卫星之间的通信效果，增强通信系统抗干扰能力，保证通信 的连续性。
[0033] 本实用新型所设及的电子调谐自动极化跟踪系统，包括微波电路板和数字控制电 路板，该微波电路板包括依次信道连接的低噪声放大电路单元、极化控制单元、功率合成单 元和微带滤波器，将微波电路板中所包括的所有单元W及数字控制电路板集成在两块印刷 电路板上，并通过插针依次连接，数字控制电路板通过串行外设接口接收天线控制器的动 态极化角，并控制微波电路板。
[0034] 该微波电路板上的低噪声放大电路单元包括水平极化通道放大电路W及垂直极 化通道放大电路，水平极化通道和垂直极化通道每个通道都设计了四级场效应管低噪声放 大器W及两级微带滤波电路。
[0035] 该水平极化通道和垂直极化通道中的四级场效应管低噪声放大器分别是第一低 噪声放大器、第二低噪声放大器、第=低噪声放大器、第四低噪声放大器、第五低噪声放大 器、第六低噪声放大器、第走低噪声放大器和第八低噪声放大器；而水平极化通道和垂直极 化通道中的两级微带滤波电路分别是第一滤波器、第二滤波器、第=滤波器和第四滤波器； 水平极化通道上依次连接有第一低噪声放大器、第一滤波器、第二低噪声放大器、第二滤波 器、第=低噪声放大器和第四低噪声放大器；而垂直极化通道上则是依次连接第五低噪声 放大器、第=滤波器、第六低噪声放大器、第四滤波器、第走低噪声放大器和第八低噪声放 大器。
[0036] 极化控制单元包括模拟移相器W及数字衰减器，二者均采用了单片微波集成电路 方案。
[0037] 水平极化通道连接第一极化控制单元，垂直通道连接第二极化控制单元，而第一 和第二极化控制单元连接到功率合成单元。
[003引该功率合成单元经过一个微带滤波器再次滤波后，连接到一个射频同轴连接器接 P。
[0039] 数字控制电路板主要包括；微处理器MCU、温度补偿电路、反向电压变换电路、移 相控制电路、衰减控制电路，其中微处理器MCU的第一输入端通过SPI串行数据通信协议接 口接收天线伺服控制器的实时极化角，第二输入端接收通过计算机写入的天线板的交叉极 化隔离度，第=输入端同时连接温度补偿电路的温度补偿值；其输出端分别连接到移项控 制电路和衰减控制电路，其中与衰减控制电路之间连接反向电压变换电路，最终输出到微 波电路板。
[0040] 该微处理器MCU能够通过SPI串行数据通讯协议接口接收来自天线伺服控制器的 实时极化角，W及根据天线板的交叉极化隔离度来进行计算产生一个新的极化角。
[0041] 该数字控制板上的微处理器MCU能够根据新的极化角，分别输出脉宽调制信号控 制微波电路板上模拟移相器，W及通过通用输入输出端口控制反向电压变换电路产生不同 电压，W此控制微波电路板上的数字衰减器。
[0042] 该数字板控制板上的微处理器MCU通过第=输入端连接温度补偿电路，根据温度 传感器获得的实时电路板上的温度输出相应的温度补偿值至微处理器MCU。
[0043] 该数字控制板上的反向电压变换电路主要是产生用于数字衰减器使用的负电压。
[0044] 该数字控制板上的移相控制电路主要是产生脉宽调制信号控制微波电路板的模 拟移相器。
[0045] 移动载体上的天线板接收到的水平极化信号W及垂直极化信号经过天线双工器 后，分别进入水平极化通道W及垂直极化通道，首先经过第一低噪声放大器进行低噪放大， 然后经过第一滤波器滤除发射通道信号，再经过第二低噪放大器，再经过第二滤波器滤除 发射通道信号，再经过两级低噪声放大器放大后，进入由模拟移相器W及数字衰减器组成 的极化控制单元。八个放大器电路W及四个滤波器构成了低噪声放大电路单元，放大器的 直流偏置电压由数字控制板提供。
[0046] 数字控制电路板根据计算得出的极化角分别对水平通道W及垂直通道的模拟移 相器W及数字衰减器进行控制，然后经过一个功率合成器的功率合成单元后，主极化信号 相加，而正交极化信号得到抵消，达到天线能够对准卫星下行信号极化角W及抑制正交极 化信号的目的，最后经过一个微带滤波器再次滤除发射通道信号，最后输出已经完成极化 匹配后的信号。
[0047] 首先，将天线板的实测所得的正交极化隔离度转换成一个极化偏角。
[0048] 正交极化隔离度的定义，即水平通道接收水平极化信号的幅度与接收垂直极化信 号的幅度比值。
[0049] 结合此定义，可W将此正交极化隔离度为xro换算成天线板接收信号的一个极化 偏角驾。
[0050] 如图5所示，信号源发射水平极化信号时，由于天线正交极化隔离度的影响，水平 通道并不能全部将此信号接收，只能接收到一部分的信号，为写 <在水平轴上的投影分量 巧。而后信号源发射垂直极化信号，即将荀逆时针旋转90度得到云；\此时' 玄7'同样会有 一部分信号分量石;:进入水平通道。那么根据上述正交极化隔离度的定义有：
[0化1]
【权利要求】
1. 一种电子调谐自动极化跟踪系统，其特征在于，包括微波电路板和数字控制电路板， 该微波电路板包括依次信道连接的低噪声放大电路单元、极化控制单元、功率合成单元和 微带滤波器，将微波电路板中所包括的所有单元以及数字控制电路板集成在两块印刷电路 板上，并通过插针依次连接，数字控制电路板通过串行外设接口接收天线控制器的动态极 化角，并控制微波电路板。
2. 根据权利要求1所述电子调谐自动极化跟踪系统，其特征在于，该微波电路板上的 低噪声放大电路单元包括水平极化通道放大电路以及垂直极化通道放大电路，水平极化通 道和垂直极化通道每个通道都设计了四级场效应管低噪声放大器、波导转微带电路以及两 级微带滤波电路。
3. 根据权利要求2所述电子调谐自动极化跟踪系统，其特征在于，该水平极化通道和 垂直极化通道中的四级场效应管低噪声放大器分别是第一低噪声放大器、第二低噪声放大 器、第三低噪声放大器、第四低噪声放大器、第五低噪声放大器、第六低噪声放大器、第七低 噪声放大器和第八低噪声放大器；而水平极化通道和垂直极化通道中的两级微带滤波电路 分别是第一滤波器、第二滤波器、第三滤波器和第四滤波器；水平极化通道上依次连接有波 导转微带电路、第一低噪声放大器、第一滤波器、第二低噪声放大器、第二滤波器、第三低噪 声放大器和第四低噪声放大器；而垂直极化通道上则是依次连接波导转微带电路、第五低 噪声放大器、第三滤波器、第六低噪声放大器、第四滤波器、第七低噪声放大器和第八低噪 声放大器；微波电路板上的波导转微带结构主要是由波导腔体以及一段微带电路构成。
4. 根据权利要求3所述电子调谐自动极化跟踪系统，其特征在于，极化控制单元包括 模拟移相器以及数字衰减器，二者均采用了单片微波集成电路方案。
5. 根据权利要求4所述电子调谐自动极化跟踪系统，其特征在于，水平极化通道连接 第一极化控制单元，垂直通道连接第二极化控制单元，而第一和第二极化控制单元连接到 功率合成单元。
6. 根据权利要求1所述电子调谐自动极化跟踪系统，其特征在于，该功率合成单元经 过一个微带滤波器再次滤波后，连接到一个射频同轴连接器接口。
7. 根据权利要求1所述电子调谐自动极化跟踪系统，其特征在于，数字控制电路板主 要包括：微处理器MCU、温度补偿电路、反向电压变换电路、移相控制电路、衰减控制电路， 其中微处理器MCU的第一输入端通过SPI串行数据通讯协议接口接收天线伺服控制器的实 时极化角，第二输入端接收天线板的交叉极化隔离度，第三输入端同时连接温度补偿电路 的温度补偿值；其输出端分别连接到移项控制电路和衰减控制电路，其中与衰减控制电路 之间连接反向电压变换电路，最终输出到微波电路板。
8. 根据权利要求7所述电子调谐自动极化跟踪系统，其特征在于，该微处理器MCU能够 通过SPI串行数据通信协议接口接收来自天线伺服控制器的实时极化角，以及根据天线板 的交叉极化隔离度来进行计算产生一个新的极化角；该数字控制板上的微处理器MCU能够 根据新的极化角，分别输出脉宽调制信号控制微波电路板上模拟移相器，以及通过通用输 入输出端口控制反向电压变换电路产生不同电压，以此控制微波电路板上的数字衰减器； 该数字板控制板上的微处理器MCU通过第三输入端连接温度补偿电路，根据温度传感器获 得的实时电路板上的温度输出相应的温度补偿值至微处理器MCU。
【文档编号】H01Q3/08GK204205065SQ201420670736
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年11月11日 优先权日:2014年11月11日
【发明者】王浙安, 袁海斌 申请人:协同通信技术有限公司