面向卫星通信系统的低成本超表面相控阵技术

低轨通信卫星系统因其传输延迟小、通信容量大、发射运营成本低等优势,受到了国内外的广泛关注。然而,低轨通信卫星技术的发展对星载天线系统提出了挑战。为提高卫星星座的通信容量以及实现对用户的跟踪覆盖,波束扫描、波束可重构及多波束覆盖不可或缺。在低成本建设运营的背景下,迫切地需要一种低成本的天线系统方案。作为一种低成本新型相控阵技术,综述了超表面相控阵天线技术及其在波束调控中的应用。首先对超表面天线波束形成的方法进行了简单的研究,之后介绍了超表面电磁调控的机理以及实现可重构的手段,最后介绍了超表面相控阵天线在波束形成、波束扫描、多波束产生中的应用。该技术相较于传统相控阵技术,大幅降低了成本,且在电磁波极化、频率调控中展现出巨大的灵活性。通过对该技术的综述,展望了超表面相控阵在低轨通信卫星中的应用。     

超宽带相控阵天线的发展现状及星载应用展望

面向卫星载荷小型化、集成化和多功能一体化的发展趋势，具有超宽带、高增益和波束灵活特性的天线是目前星载天线领域的研究热点，其可满足通信、干扰、侦察、探测等多种不同应用场景，具有十分迫切的需求。首先对不同形式的超宽带天线单元进行了归纳梳理，根据天线的机电特性和空间环境适应性情况，给出了星载应用选型建议；其次对不同的超宽带波束形成方式进行了阐述，重点分析了不同波束形成方式的优缺点及其在卫星平台上的适用性；总结了超宽带相控阵天线涉及到的关键技术，对主要的技术途径进行了介绍；最后对超宽带相控阵天线的星载应用技术发展提出了建议，可为我国后续开展星载超宽带相控阵天线的技术研究和工程应用提供参考。     

低轨通信卫星天线系统多波束形成关键技术

对低轨通信卫星星载天线阵的多波束形成中的阵列天线结构、射频通道一致性校正,以及数字波束成形等关键技术进行了研究。给出了天线的辐射单元和阵列结构设计,根据通道接收机结构用幅相一致性模块校正通道幅相失配,通过遗传算法确定数字多波束成形网络的加权系数。研究对多波束样机研制有较大的应用价值。     

星载可移动多馈源单口径多波束天线研究

针对我国通信业务容量提升以及热点区域动态变化的保障能力需求,设计了Ka频段多馈源单口径可移动多波束天线,研究了波束馈源簇形成方式、相邻波束馈源交叠方案、天线转动方式、波束形成网络,以实现覆盖区域的高增益通信和波束灵活调整。通过高增益低旁瓣多波束天线的频率复用设计和波束形成网络技术研究,提升卫星通信系统的容量及天线覆盖的灵活性。重点改善波束扫描后的形状畸变和性能恶化问题,仿真表明,对波束幅相权值的优化可以保证天线转动前后波束增益和C/I性能稳定。     

机载相控阵雷达的现状及其对抗

相控阵雷达自适应能力强 ,波束扫描无惯性 ,多波束 ,大功率 ,快速灵活控制波束的指向和形状 ;能自适应地对空间、时间、能量进行最佳管理 ,波束捷变 ,视场角大 ,隐蔽性好 ;相控阵雷达抗干扰能力强 ,在有源干扰情况下 ,相控阵天线的副瓣零点能迅速朝向敌方的干扰源 ,使敌方难于收到雷达信号而无法实施有效的干扰 ;相控阵雷达可靠性高而且具有故障软化能力。重点介绍国外机载相控阵雷达及其对抗技术。     

面向大规模星座的多波束测控天线及应用

大规模卫星星座的出现给传统测控模式带来了巨大挑战.利用机械扫描式的测控天线对卫星进行的一对一测控已不能很好满足大规模卫星星座的测控需求,具备快速指向能力的多波束测控天线是解决大规模星座测控的有效手段.通过对国内外多波束测控天线的调研,介绍了多波束测控天线的发展概况,对其技术特点进行了分析和研究,指出了多波束测控天线在星座测控中的优势,并提出基于多波束测控天线的星座测控建议.     

星载反射器天线用相控阵馈源的电气设计与制作

采用偏焦相控阵馈电反射器天线能实现电子波束再形成与波束扫描,可搭载在静止轨道卫星上用于移动卫星通信。本文介绍了这种相控阵馈源的电气设计;其31单元辐射阵和波束形成网络的制作;通过实验和分析验证了相控阵馈源电气设计的适当性。把这种相控阵馈源与口径13m的反射器天线组合后,证明可实现42dBi以上的覆盖增益,波束隔离达20dB以上。     

基于FPGA的相控阵天线波束控制器设计

相控阵天线的电扫描特性使其具有扫描灵活、指向精确、可靠性高和抗干扰能力强等特点.波束控制技术作为相控阵天线的关键技术之一,直接影响系统效能的发挥.多波束相控阵天线支持跳波束通信模式,对波束的快速切换提出了更高的要求.针对波束扫描快速响应需求,对常规波束控制算法进行分解和优化,提出了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的移相码快速计算方法,采用cordic IP核计算公共因子三角函数值、乘法器IP核做有符号小数乘法运算、查表赋值法进行小数乘加运算、分区比较法对数据进行归一化处理和除法计算,每个单元移相码计算时间仅3个时钟周期.满阵256单元计算时间约26 us,通过仿真表明,该算法可以快速而准确的计算出天线单元所需的移相码,实现波束扫描快速响应性能.     

星载反射器无线用相控阵馈源的电气设计与制作

采用偏焦相控阵馈电反射器天线能实现电子波束再形成与波束扫描，可搭载在静止轨道卫星上用于移动卫星通信。本文介绍了这种相控阵馈源的电气设计；其31单元辐射阵和波束形成网络的制作；通过实验和分析验证了相控阵馈源电气设计的适当性。把这种相控阵馈源与口径13m的反射器天线组合后，证明可实现48dBi以上的覆盖增益，波束隔离达20dB以上。     

采用相控阵体制的舰载雷达和电子战系统

采用相控阵体制的雷达和电子战系统具有自适应能力强 ,波束扫描无惯性 ,多波束 ,大功率 ,快速灵活控制波束的指向和形状 ;能自适应地对空间、时间、能量进行最佳管理 ,波束捷变 ,视场角大 ,隐蔽性好 ,相控阵雷达抗干扰能力强 ,在有源干扰情况下 ,相控阵天线的副瓣零点能迅速朝向敌方的干扰源 ,使敌方难于收到雷达信号而无法实施有效的干扰 ;相控阵雷达可靠性高而且具有故障软化能力。相控阵电子战系统可干扰大多数已知的雷达威胁。重点介绍国外舰载相控阵雷达及舰载相控阵电子干扰设备     

基于移动式网络的LEO卫星星座通信网络研究

为飞机等交通工具内的用户提供基于卫星的不间断IP连接，并在卫星星座网络内实现IP路由选择功能，是未来LEO卫星星座通信网络需要解决的关键问题。提出了基于移动式网络技术的LEO卫星星座通信网络体系结构，实现了卫星星座通信网络中的IP路由选择功能，并降低了对地面网路的依赖，实现了对用户段网络随时随地的连接支持。在对卫星星座通信网络中的星地切换模式进行分析的基础上，提出了一种基于虚拟移动路由器的快速星地切换和认证方法。通过NS2仿真试验，给出了新型LEO卫星星座通信网络的传输延迟特性以及快速切换方法的仿真试验结果。仿真试验表明，提出的网络结构是满足未来卫星星座发展需求的，星地间的切换是低时延的。     

Ka频段液晶相控阵天线设计与分析

随着5G通信、卫星通信、物联网的迅速发展，对于相控阵天线提出了更高的技术要求，要求其具有带宽更宽、成本更低、指标更优、尺寸更小等特点。为了满足移动卫星通信的需求，针对相控阵天线的技术指标要求，设计了一款工作于Ka频段的液晶相控阵天线。通过研究液晶相控阵天线系统的整体架构，对其各个主要功能模块进行了设计和选型，包括天线阵列规模大小评估，移相器、辐射器、馈电网络、偏置网络、波控电路等功能部件的选型，研究基于液晶移相技术的小型化相控阵天线及波束控制电路，最终完成天线设计与仿真，并完成原理样机的研制和测试。对关键技术指标进行论证，天线各项指标可满足Ka频段移动卫星通信的相关技术需求。相较于传统卫星终端，该液晶相控阵天线具备批量生产、体积小、通信位置灵活等特点，适用于各种安装平台，更符合现代化通信的需求，为军/民用移动卫星通信提供了一种有效可行的天线解决方案。     

卫星星体对多波束天线的散射影响分析

地球静止轨道(GEO)移动通信卫星,多采用大反射面天线及多馈源组成的空间可展开多波束天线系统,具有更高的天线增益,并提高了整体系统性能,但由于过于庞大的天线反射面和馈源阵列,在整星结构构型布局中难免由于卫星星体或其它机构部件的存在而造成散射.文章主要针对GEO移动通信卫星星体对多波束天线散射影响问题,利用仿真分析软件,...     

星地融合网络相控阵天线应用研究进展

卫星通信网络与地面移动通信网络融合，可提供低时延、广覆盖的泛在接入服务。相控阵天线作为星地传输端到端信息获取的射频前端，具有剖面低、波束成形灵活、多维参数捷变等优点，但也面临降低成本及功耗、增加宽带传输能力、提高宽角扫描性能等方面的挑战。与现有相关综述关注相控阵天线设计流程及制造工艺不同，对相控阵天线在星地融合网络中的应用研究进行综述。首先，阐述相控阵天线的不同架构和特点。其次，总结应对挑战的若干关键技术，包括波束凝视、高精度波束指向、低成本、多波束等。最后，展望在分布式星群组网、高频段演进和通信感知融合等场景中的发展趋势和研究方向。     

低轨巨型星座网络容量评估与分析

低轨卫星网络可以提供广覆盖、低时延、大容量的通信服务和随遇接入的网络服务，可有效弥补地面通信网络和高轨卫星网络的不足。近年来“星链”“一网”等星座项目推动了低轨巨型星座的飞速发展。卫星网络容量是网络性能评价的重要指标，传统方法计算复杂度高、耗时长，且计算开销随网络节点数迅速增加，在巨型星座网络评估中产生巨大计算开销。面向低轨巨型星座网络容量评估问题，提出了一种基于最大流的网络容量评估方法，与传统方法相比计算复杂度和计算耗时大大降低。以“星链”星座为例，分析了星座构型、星间链路拓扑连接方式、链路容量及用户需求量对巨型星座网络容量的影响。仿真分析结果对未来低轨巨型星座网络建设具有指导意义。     

双层卫星网络中MEO与LEO卫星连接度分析

分析了在星座结构参数确定的条件下，中轨道／低轨道(MEO／LEO)双层卫星网络弱连接模型中层间连接度参数的选取。给出了连接度的理论分析和仿真结果，证明了在MEO／LEO双层卫星网络中，MEO卫星不应与其视距范围内的所有LEO卫星建立星间链路连接，而须根据MEO和LEO卫星间仰角等参数作出合理选择。     

低轨Walker星座构型演化及维持策略分析

针对低轨(LEO)Walker星座构型维持问题，分析在地球非球形引力和大气阻力摄动下卫星的运动规律及星座构型演化特性。结果表明，低轨Walker星座构型发散主要体现在由初始轨道参数不一致引起的轨道高度衰减和相位漂移，国内首例低轨Walker星座实测轨道数据验证了理论分析的正确性。结合星座任务特性与构型发散特点，提出了基于基准卫星的相对相位维持策略，选取一颗卫星作为基准卫星，使星座中其它所有卫星相对于基准卫星的相位漂移量累加值最小，通过对目标卫星实施一次相对基准卫星的轨道高度抬升/降低，维持星间的相对位置关系。实际工程应用表明了此策略的有效性，不仅降低星座构型维持的复杂度及频次，节约燃料，且轨控时间短，为我国今后卫星星座的构型维持提供参考。