卫星通信与导航论文

近年来,随着美国新经济的疲软,学术界对高技术产业也颇多微辞。有学者认为高技术产业并没有从根本上改变我们的生产方式和经济活动方式,个别学者甚至提出“不管是土豆片还是芯片,能赚钱就是好片”的极端见解,并主张中国应该根据比较优势理论大力发展劳动密集型产业。那么,事实究竟如何?未来的高技术产业究竟将向何处发展?这里不妨从技术—经济范式变迁的角度出发,就这个问题提出几个基本判断。 判断之一,从大的背景来看,以信息技术为代表的高技术产业正在成为一个新的主导产业群,这样一个基本趋势并没有改变。自上世纪80年代以来,世界经济一直处在向新的技术—经济范式转变的过程之中,信息通讯技术在这个过程中扮演了关键的角色,个人计算机和网络是两大核心技术突破。迄今为止,高技术产业所涵盖的信息、生物、新材料、能源、海洋、宇航等六大技术产业部门都已经出现了重大的技术突破,并且正处于大规模商业化应用的过程之中或者正在孕育着大规模的商业化应用。可以预期,在未来的30—50年里,这样一些高技术产业将日益成熟,并成为各国经济发展的新一代主导产业群。 由于高技术产业均为知识密集型产业,而且具有强大的向下兼容能力即改造传统产业的能力,因此,高技术产业的发展导致发达国家的产业结构出现了明显的软化趋势,制造业所占比重越来越低,而服务业特别是知识密集型的金融服务业与高技术服务业所占比重越来越高。在发达国家,服务业所占比重一般都在60%以上,美国和瑞士甚至超过70%。1987—2000年间,美国制造业占GDP的比重下降了个百分点,而金融保险与房地产等服务业部门所占比重却从将近73%提高到77%以上。可以肯定地说,发达国家产业结构的软化趋势将会越来越明显,而且会越来越普遍。 高技术产业发展所带来的另一巨大变化就是国际竞争空前激烈,竞争的战线进一步前移。这主要表现在两个方面:其一,市场竞争的焦点已经不仅仅是最终产品的竞争,而是研究开发方向选择与速度的竞争。谁能够抓住正确的研发方向,并以最快的速度开发出新产品,谁就能够在市场上立于不败之地。正因为此,美国工业界的研发支出在1992—2002年间翻了一番,从950亿美元增加到1900亿美元。其二,研发国际化趋势日益明显。根据美国《工程与技术指标》(2002)的数据,1998年有375家外国公司在美国经营着715家研发机构,其中日本251家,德国107家,英国103家;美国公司1997年在国外建立了186家研发机构,其研发支出在1997—1998年从170亿美元增加到220亿美元;如果再加上美国母公司在国外的150亿美元研发支出的话,这个数字就更为可观了。 判断之二,信息技术产业的未来发展方向是:在近期(半年到一年),信息技术产业仍然需要一段调整期,以消化上世纪90年代在信息技术领域大量投资所形成的生产能力;在中长期,信息技术产业将在既有的大规模信息处理技术的基础上,进一步向网络化、服务化的方向发展,以进一步改善人们的生活质量,使人们的生活更加方便。 据国际半导体工业产能统计协会(SICAS)统计,目前集成电路晶圆的全球生产能力利用率为:1999年第四季度为年四季度平均为年四季度平均为年前三个季度平均为。由此可见,晶圆工业的生产已经走出低谷,超过了2001年上半年的水平。但是,按美国全国电子制造商协会(NEMA)统计,美国电子制造工业设备生产能力利用率在2002年8月、9月、10月分别只有、、,基本维持在接近75%左右的水平上。据此判断,目前的信息技术产业还处于调整过程之中,复苏乏力,但这一过程应该不会持续很长时间。 从中长期的发展趋势来看�由于目前利用硅晶体制造芯片的最新技术已经达到微米,估计在2015年前后硅基芯片技术将达到技术上的极限�而新的芯片材料技术——砷化镓,在技术上还不成熟,因此�未来信息技术产业的发展方向不在信息技术产品的制造方面,而在于如何利用现有的技术进行集成创新。美林公司分析师认为�信息技术产业的赢利点将由目前越来越趋于饱和的硬件部门转向软件、服务以及咨询部门。对于企业来说,现在的问题不是是否应用信息技术,而是如何探索利用信息技术的新的盈利模式;对于普通消费者来说,目前的普遍感觉是信息技术产业中的技术供应已经足够多、足够好了,未来的关键是扩大应用,进一步大众化,摆脱购买—升级的恶性循环。 判断之三,生物技术产业在未来的10—15年左右将有可能替代信息技术成为新的主导产业。2000年提前完成的人类基因组测序工作,使人们对生物技术的发展前景有了新的认识和判断,目前国内外学术界已经在对其他一些复杂物种的基因排序进行测定。因此,生物技术的产业发展前景无疑是非常可观的。从目前情况来看,生物技术产业已经达到了相当的规模。在美国,2001年共有1457家生物技术公司,其中342家是上市公司;这些上市公司按市场价格计算的市场资本总额在2002年5月为2240亿美元;生物技术工业的规模自1992年以来扩大了三倍多,收入从1992年的80亿美元增加到2001年的276亿美元;生物技术工业目前雇佣着万人。根据生物技术工业组织(BIO)的数字,1999年,生物技术产业的直接活动、间接活动和诱致活动就为美国经济贡献了437400个工作岗位和470亿美元的商业收入,联邦、州和地方政府来自生物技术产业的税收估计在100亿美元左右。 但是,另一方面,生物技术又是世界上研究密集程度最高的产业之一,技术创新周期较长。美国生物技术工业在2001年用于研发的支出达到156亿美元;2000年五家最大生物技术公司平均每个雇员的研发支出是89400美元。不仅如此,美国政府也大力支持生物技术研究。在2002财政年度的美国政府亿美元研发支出中,非国防支出为亿美元,其中一半以上投入卫生保健研究,特别是生物技术研究,约占美国政府研发支出总额的。据测算,一种生物技术药品的研发周期为2—10年,此后要经过实验室和动物测试、三期临床试验、美国食品和药品管理局(FDA)评审和进入市场后的检测等,而这又需要6年左右的时间。因此,一种生物技术药品的平均上市时间为8—16年左右。据此判断,即使是目前正在进行临床试验的生物技术药品,进入市场至少还需要5年以上的时间。因此,至少从中短期来看,生物技术还不可能完全替代信息技术产业的主导地位。 判断之四,以纳米技术为代表的新材料技术在未来的20年内还不可能成为新的主导产业。虽然早在1998年美国总统科技顾问尼尔·雷恩曾这样说,“如果有人问我哪一个科学与工程领域最有可能在明天发生技术突破的话,我会告诉他,那就是纳米层次上的科学与工程”,而且美国政府2000年2月发表的“全国纳米技术倡议”即以“导向下一次产业革命”作为它的副标题,但是,在未来的20年内,真正意义上的纳米技术还不可能成为新的主导产业。事实上,各国对于纳米科学技术的研发投资状况也充分说明了纳米科技的研究成果距离实际应用还存在着相当大的差距。1997年,世界各国政府对于纳米技术研究开发的资助总额不足5亿美元。其中,西欧为亿美元,日本为亿美元,美国为亿美元,其他国家或地区共计投资7000万美元左右。2000年美国政府预算中用于纳米技术研究的政府投资只有亿美元,2001年也仅为亿美元。这样的增长幅度虽然惊人,但与美国每年投放在信息技术研发方面的448亿美元、生物技术领域的300多亿美元相比,这点经费投入简直是微不足道的。很显然,如此之小的研发规模不可能支撑起一个主导产业技术的形成与发展。 判断之五,相比之下,航空航天技术产业化的前景可能更为乐观一些。特别是20世纪90年代卫星通信转向数据传输、移动通信和电视直播方向发展以来,通信卫星技术有了突飞猛进的发展。联合国和平利用外层空间委员会统计,到1996年底已经形成了一个年产值770亿美元、年增长率20%以上的新型空间技术开发与应用产业。目前,新型空间技术开发与应用产业规模近1200亿美元,到2005年其规模将超过2000亿美元。如果再加上关联产业如航天保险、全球卫星导航系统应用、地理信息系统应用等,航空航天技术产业的规模还要大一些。美国国家安全空间管理与机构评估委员会2001年发表的一份研究报告声称,国际空间工业2000年的利润已经超过了800亿美元,预计今后10年利润还将增加两倍多;有的学者甚至预计到2010年全球商业性航天活动的收入将达到5000亿—6000亿美元的规模。

卫星通信双线极化天线馈源阵列分析的论文

摘要 ：本文介绍了一种用于Ku频段卫星通信的双线极化天线馈源阵列，该馈源阵列可应用于单反射面或双反射面的卫星通信天线中，实现对通信卫星的小角度、高速、高精度电子波束扫描和跟踪，降低卫星天线对机械伺服结构精度和动态跟踪的要求，从而大幅降低伺服系统成本，拓展动中通卫星天线在民用领域的应用。

关键词 ：馈源阵列；动中通；微带天线

1引言

星地动中通天线系统满足了用户通过卫星在动态移动中传输宽带数据信息的需求，使车辆、轮船、飞机等移动载体在运动过程中可实时跟踪卫星，不间断传送语音、数据、图像等信息[1][2]。目前，动中通天线主要用Ku频段与固定轨道卫星进行通信[3]，需同时覆盖上行/下行频段，其中上行频段为，下行频段、，上行和下行频段为双正交的线极化。为保证卫星与地面移动设备间的流畅通信，动中通天线要实时指向通信卫星，同时为避免天线发射时对邻近卫星的干扰，移动设备在运动中天线的跟踪误差要小于°，并且馈源也要进行旋转跟踪，接收和发射间的极化隔离度要大于30dB[4][5]。国内外已有多家企业推出了动中通天线产品，如以色列RaySat公司的多组片天线、美国TracStar的IMVS450M产品等[6]。为满足天线对卫星的高精度实时跟踪对准的要求，上述动中通天线中均包含有自动跟踪系统，在初始静态情况下，由GPS、经纬仪、捷联惯导系统测量出航向角、载体所在位置的经度和纬度及相对水平面的初始角，然后根据其姿态及地理位置、卫星经度自动确定以水平面为基准的天线仰角，在保持仰角对水平面不变的前提下转动方位，并以信号极大值方式自动对准卫星。在载体运动过程中，测量出载体姿态的变化，通过数学运算变换为天线的误差角，通过伺服机构调整天线方位角、俯仰角、极化角，保证载体在变化过程中天线对星保持在规定范围内，使卫星发射天线在载体运动中实时跟踪地球同步卫星。高精度的伺服系统始终是传统动中通天线系统的关键部分。通常情况下，由于动中通天线具有较大的口径（一般约为）及重量，造成了高精度伺服系统具有较高的成本。目前，应用于动中通天线的高精度伺服系统成本动辄数万、甚至超过十万，占整个动中通天线系统成本的很大部分，限制了动中通卫星天线在民用领域的广泛应用[5]。

2双线极化天线馈源阵列

为了克服现有的动中通天线跟踪伺服系统所需精度高、成本高等缺点，我们开发了一种双线极化天线馈源阵列，可应用于单反射式或卡塞格伦式卫星通信天线中，结合后端的多通道数字波束形成（DigitalBeamForming，DBF）技术实现天线系统的机电融合跟踪，最终通过“大角度低精度机械跟踪”与“小角度多通道DBF精确跟踪”相结合，在实现天线系统对卫星的高精度跟踪对准的同时，降低对伺服系统的精度要求，从而降低伺服系统的成本。此馈源阵列为中心对称式结构，阵列的中心放置在单反射式或卡塞格伦式天线的焦点处，当对阵列中不同单元进行馈电时天线将辐射不同指向的高增益波束，此时再结合后端的高精度DBF技术可实现小角度范围内高精度的波束指向控制。馈源阵列采用基于微带印刷电路板的“法布里-帕罗”天线形式，阵列由三层结构组成，其中底层为带金属地板的微带反射板，中间层为微带形式的天线结构，顶层为一块起增强定向性作用的纯介质板。

底层结构

馈源阵列的底层为一侧附铜并开有8个馈电孔的介质板，SSMA以及空心铜柱通过馈电孔焊接在底层介质板上，发射天线馈口和接收天线馈口分别有4个馈电孔。图2为底层电路板结构示意图。

顶层结构

顶层介质板是将覆铜板全部刻蚀掉的介质板，构成了“法布里-帕罗”的上层结构。图3为顶层电路板结构示意图。

中间层结构

中间层电路板两侧分别刻蚀了发射天线、接收天线及其附属馈电线路，其中，为焊接方便，焊盘均在一侧。为隔绝表面波对天线方向图的影响，天线阵列由格状金属条带分割，电路板两侧均有金属条带，并由金属化通孔相互导通。图4为中间层电路板结构示意图。中间层电路板上的微带阵列单元采用一对交叉的金属偶极子结构分别实现收/发的功能，两金属偶极子分别印刷于中间层微带介质板的正面与背面，分别工作于收/发（下行/上行）频段，并且交叉偶极子结构可对应实现收/发所要求的两正交线极化。阵列单元通过同轴底馈的方式实现馈电，其中偶极子的两臂分别与同轴接口的内芯以及外壁通过一段印刷细导线相连，这里采用细导线以减小馈电结构对收/发间隔离的影响。为进一步减小馈电结构对收/发间隔离所带来的影响，在设计中将同一位置处的两偶极子结构通过一段印刷细导线相连，通过其长度、粗细等参数可利用合适的对消手段来实现收/发之间的高隔离。通过在阵列单元周围引入一圈密集的金属化通孔结构，并且在电路板上设计金属附加结构以隔离介质中的表面波，从而降低阵列单元间的互耦。

馈源阵列的装配

馈源阵列的三层电路板由数个尼龙螺柱进行固定，图5是馈源阵列的立体分解及整体装配示意图。在馈源阵列结构中，通过调节金属偶极子的'臂长，可调节天线的工作频率。通过调节顶层介质基板与中间层电路板间的距离，可方便地调节辐射增益以适应不同反射面尺寸及焦距的需求。

3仿真及实测效果

馈源阵列的端口1、端口3、端口5、端口7为接收端口，端口2、端口4、端口6、端口8为发射端口。图6是馈源阵列的仿真和测试回波损耗结果图。由图6可见，接收端口和发射端口回波分别在和范围内小于-10dB，达到了良好匹配。图7是馈源阵列在工作频点的仿真及实测接收方向图。由图7可见，工作于时，天线在天顶方向的增益为15dB，副瓣比主瓣低10dB（仿真）/18dB（实测）。图8是馈源阵列在工作频点的仿真及实测发射方向图。由图8可见，工作于时，天线在天顶方向的增益为15dB，副瓣比主瓣低11dB（仿真）/10dB（实测）。

4结束语

本馈源阵列采用微带印刷电路板结构，简单紧凑、工艺成熟、加工简单、成本较低且适用于大规模生产。相比于传统的波导口、波导喇叭等馈源结构，可在较小的面积内实现多个单元以及收/发通道，从而利于实现更高精度的波束指向控制。同时，馈源阵列采用的对消技术可在天线结构端实现同一位置处接收/发射通道之间30dB的隔离度，减轻了后端器件的压力。从实际应用来看，天线馈源阵列与主反射面配合，实现了动中通卫星天线对Ku频段通信卫星的小角度、高速、高精度电子波束扫描和跟踪。采用这种技术，大幅降低了天线对伺服系统精度和动态反应速度的要求，把伺服系统的成本降低了一个数量级，有助于推动卫星天线在天地一体化通信中的规模应用。

参考文献

[1]徐烨烽.创新引领、精进发展、规模应用-谈动中通天线发展新趋势[J].卫星与网络，2013，09：39-40.

[2]LouisJ.，IppolitoJr著.孙宝升译.卫星通信系统工程[M].北京：国防工业出版社，2012，3.

[3]MiuraA.，Yamamotos，Huan-bangLi，[J].，2002，51（5）：1153-1164.

[4]刘昌华.移动载体卫星通信系统天线跟踪技术的研究[硕士学位论文].西安电子科技大学，2009，3-4.

[5]汤铭.动中通伺服系统的设计[J].现代雷达，2003，25（4）：51-54.

[6]阮晓刚，汪宏武.动中通卫星天线技术及产品的应用[J].卫星与网络，2006，3：34-37.

精英服务论文网，他家写手很牛，不知道有你这方向的没，去问问吧

论文的研究对象预期中（期望）能带来的理论意义（比如开创性的理论研究方法，对某个理论或者计算方法的优化等）、经济效益等。总之就是你这篇论文的意义何在。（反正你做这个论文不是为了堆砌一堆文字吧。）

一是自己写,二是花钱找人写!

中国航天技术的发展趋势是：在未来的100年里，中国会成为世界航天技术的顶尖。