德国卫星通信论文

从“周幽王烽火戏诸候”到“竹信”，从“漂流瓶”到人类历史上第一份电报—“上帝创造了何等的奇迹！”，百年间，通信技术借助现代科技飞速发展。现在，让我们回过头，看一看这一路上的风景。中外电信史漫谈据考，中国古代的商周时期人们就知道用烽火来远距离传递消息，大家最熟悉的就是“为博美人一笑，周幽王烽火戏诸候”的故事。在国际电信联盟出版的《电话一百年》一书中提到，公元968年，中国人发明了一种叫“竹信”的东西，它被认为是今天电话的雏形。虽然这些故事都反映了我们祖先的聪明才智，但是，要想了解近代电信科技的发展历史，我们还是得从欧洲说起。起源于欧洲1793年，法国查佩兄弟俩在巴黎和里尔之间架设了一条230千米长的接力方式传送信息的托架式线路。这是一种由16个信号塔组成的通信系统。信号机由信号员在下边通过绳子和滑轮，操纵支架的不同角度，表示相关的信息。当时，法国和奥地利正在作战，信号系统只用一个小时就把从奥军手中夺取埃斯河畔孔代的胜利消息传到巴黎。以后，比利时、荷兰、意大利、德国及俄国等也先后建立了这样的通信系统。据说查佩两兄弟之一是第一个使用“电报”这个词的人。欧洲对于远距离传送声音的研究始于17世纪。英国著名的物理学家和化学家罗伯特•胡克首先提出了远距离传送话音的建议。而在1796年，休斯提出了用话筒接力传送语音信息的办法，并且把这种通信方式称为—Telephone，一直延用至今。1832年，美国医生杰克逊在大西洋中航行的一艘邮船上，给旅客们讲电磁铁原理，旅客中41岁的美国画家莫尔斯被深深地吸引住了。当时法国的信号机体系只能凭视力所及传讯数英里，莫尔斯梦想着用电流传输电磁信号，瞬息之间把消息传送到数千英里之外。从此以后，莫尔斯的生活发生了根本的转变。莫尔斯从在电线中流动的电流在电线突然截止时会迸出火花这一事实得到启发：如果将电流截止片刻发出火花作为一种信号，电流接通而没有火花作为另一种信号，电流接通时间加长又作为一种信号，这三种信号组合起来，就可以代表全部的字母和数字，文字就可以通过电流在电线中传到远处了。1837年，莫尔斯终于设计出了著名的莫尔斯电码，它是利用“点”、“划”和“间隔”的不同组合来表示字母、数字、标点和符号。1844年5月24日，在华盛顿国会大厦联邦最高法院会议厅里，莫尔斯亲手操纵着电报机，随着一连串的“点”、“划”信号的发出，远在64公里外的巴尔的摩城收到由“嘀”、“嗒”声组成的世界上第一份电报。谁发明了电话？目前，大家公认的电话发明人是贝尔，他是在1876年2月14日在美国专利局申请电话专利权的。其实，就在他提出申请两小时之后，一个名叫E•格雷的人也申请了电话专利权。在他们两个之前，欧洲已经有很多人在进行这方面的设想和研究。早在1854年，电话原理就已由法国人鲍萨尔设想出来了，6年之后德国人赖伊斯又重复了这个设想。原理是：将两块薄金属片用电线相连，一方发出声音时，金属片振动，变成电，传给对方。但这仅仅是一种设想，问题是送话器和受话器的构造，怎样才能把声音这种机械能转换成电能，并进行传送。最初，贝尔用电磁开关来形成一开一闭的脉冲信号，但是这对于声波这样高的频率，这个方法显然是行不通的。最后的成功源于一个偶然的发现，1875年6月2 日，在一次试验中，他把金属片连接在电磁开关上，没想到在这种状态下，声音奇妙地变成了电流。分析原理，原来是由于金属片因声音而振动，在其相连的电磁开关线圈中感生了电流。现在看来，这原理就是一个学过初中物理的学生也知道，但是那个时候这对于贝尔来说无疑是非常重要的发现。格雷的设计原理与贝尔有所不同，是利用送话器内部液体的电阻变化，而受话器则与贝尔的完全相同。1877年，爱迪生又取得了发明碳粒送话器的专利。同时，还有很多人对电话的工作方式进行了各种各样的改进。专利之争错综复杂，直到1892年才算告一段落。造成这种局面的一个原因是，当时美国最大的西部联合电报公司买下了格雷和爱迪生的专利权，与贝尔的电话公司对抗。长时期专利之争的结果是双方达成一项协议，西部联合电报公司完全承认贝尔的专利权，从此不再染指电话业，交换条件是17年之内分享贝尔电话公司收入的20%。技术发展电话发明后的几十年里，围绕着电话的经营、技术等问题，大量的专利被申请，Strowger的“自动拨号系统”减少了人工接线带来的种种问题，干电池的应用缩小了电话的体积，装载线圈的应用减少了长距离传输的信号损失。1906年，Lee De发明了电子试管，它的扩音功能领导了电话服务的方向。后来贝尔电话实验室据此制成了电子三极管，这项研究具有重大意义。1915年1月25日，第一条跨区电话线在纽约和旧金山之间开通。它使用了2500吨铜丝，13万根电线杆和无数的装载线圈，沿途使用了3部真空管扩音机来加强信号。1948年7月1 日，贝尔实验室的科学家发明了晶体管。这不仅仅对于电话发展有重大意义，对于人类生活的各个方面都有巨大的影响。其后几十年里，又有大量新技术出现，例如集成电路的生产和光纤的应用，这些都对通信系统的发展起了非常重要的作用。电话在中国鸦片战争后，西方列强在中国掠夺土地和财富的同时，也为中国带来了近代的邮政和电信。1900年，我国第一部市内电话在南京问世；1904年至1905年，俄国在烟台至牛庄架设了无线电台。中国古老的邮驿制度和民间通信机构被先进的邮政和电信逐步替代。中华民国时期，中国的邮电通信仍然在西方列强的控制中。加上连年战乱，通信设施经常遭到破坏。抗战时期，日本帝国主义出于战争需要和企图长期统治中国的目的，改造和扩建了电信网络体系，他们利用当时中国经济、技术的落后和政治制度的腐败，通过在技术、设备、维修、管理等方面对中国的通信事业进行控制。1949年以前，中国电信系统发展缓慢，到1949年，中国电话的普及率仅为0.05%，电话用户只有26万。1949以后，中央人民政府迅速恢复和发展通信。1958年建起来的北京电报大楼成为新中国通讯发展史的一个重要里程碑。十年“文革”，邮电再次遭受打击，一直亏损，业务发展停滞。到1978年，全国电话普及率仅为0.38%，不及世界水平的1/10，占世界1/5人口的中国拥有的话机总数还不到世界话机总数的1%，每200人中拥有话机还不到一部，比美国落后75年！交换机自动化比重低，大部分县城、农村仍在使用“摇把子”，长途传输主要靠明线和模拟微波，即使北京每天也有20%的长途电话打不通，15%的要在1小时后才能接通。在电报大楼打电话的人还要带着午饭去排队。1978年，全国电话容量359万门，用户214万，普及率0.43%。改革开放后，落后的通信网络成为经济发展的瓶颈，自上世纪80年代中期以来，中国政府加快了基础电信设施的建设，到2003年3月，固定电话用户数达22562.6亿，移 动电话用户22149.1亿户。古今中外，多少人曾经为了更快更好地传递信息而努力，在电信发展的一百多年时间里，人们尝试了各种通信方式：最初的电报采用了类似“数字”的表达方式传送信息；其后以模拟信号传输信息的电话出现了；随着技术的进步，数字方式以其明显的优越性再次得到重视，数字程控交换机、数字移动电话、光纤数字传输……历史的车轮还在前进。百年老电话电话发明至今，从工作原理到外形设计都有不小的变化，下面就请大家跟随我们一起去走走这条电话百年发展的道路。这些电话都是世界各地的古董电话收藏爱好者们的藏品。1878年，手持电话这部电话是由Werner Siemens于1878年在德国制造的。它的听筒和话筒是一个，听话和说话时交替使用。1879年，盒式电话这部电话配备了Viaduct制造公司生产的磁力发电机由红木制成，还配有一个柱状听筒。1880年，贝尔电话这是第一种在欧洲使用的电话。它取代了电报，比装有手柄的磁力发动机电话先进。1881、1882年，磁力发电机壁式电话左面的电话称为美国贝尔型，1881年制造，由位于哥本哈根的国际贝尔电话公司使用。L.M.Ericsson制造。这款电话在上世纪末盛行。1885年，“埃菲尔铁塔”磁力发电机电话这款电话由L. M. Ericsson于1885年制造。在当时这是第一款放在桌面上的电话。麦克风设在旋转臂上，曲柄用来接通交换机。1885、1902年，磁力发电机壁式电话由Ferdinand E. Stensen于1885年在哥本哈根制造，是最早的一部由丹麦人制造的电话。这款是在霍森的Emil Mdlers电话公司制造的。1885年，木支架桌式电话生产厂商及产地不详。1892年，电动折叠橱式桌面电话这种电话多数用于家庭、宾馆和电话亭。1892年，带听筒的“埃菲尔铁塔式”电话这是一部真正的经典电话，1892年，由L. M. Ericsson制造。这款电话流传全世界，生产近百万台。1893年，“咖啡壶式”电话这款电话在丹麦只有几个样品，对收藏者来说它最富吸引力和收藏价值。 1899年，数字机械墙式电话这种数字机械电话有墙式和桌式两种。1900年，直立桌式电话这种圆肚形桌式电话是青铜镀镍的。在挂杆下面有一块结实的电木。它还有一个可以炫耀的外设听筒。1900年，直立锥形桌面电话这部电话有个绰号叫“油壶”，都是因为它的外形。1900年，20线分离电话本款是所谓的20线分离电话。只能用于内部通话，由L. M. Ericsson瑞典制造。1901年，磁力发电机台式电话本款是1901年由Ferdinand E. Stensens Telefonfabrik在哥本哈根制造的。注意看它的听筒，单独挂在挂钩上。可能是因为当时电话接入质量不高，有时必需用两只耳朵听。1902年，Kellogg角落台式电话这种角落台式电话多数用于家庭、办公室和电话亭。它是由美国哈得伍得电话公司制造的。是从加利弗尼亚一个小镇的农夫手中买到的。1902年，公用电池墙式电话这种电话不需转动手柄，拿起话筒直接与接线员通话。它是从旧金山一个古玩店中买来的。1904年，磁力发电机共线电话本款电话在1904由L.M.Ericssom制造。此款电话可由四个用户共享一根电话线。 1753年2月17日，用电流进行通信的设想首次在一本名为《苏格兰人》的杂志上提出，文章署名为C.M.。1784年8月15日，一种叫“遥望通信”的视觉通信方式首次在法国里尔和巴黎之间使用。1796年，英国人休斯提出了用话筒接力传送语音的办法，并将之命名为Telephone，这个名字一直沿用至今。1832年，俄国外交家希林制作出用电流计指针偏转来接收信息的电报机。1835年，美国人莫尔斯发明了用电磁学原理用于电报传输的电报机。1837年6月，英国人库克获得第一个电报发明专利权，他制作的电报机首先在铁路上获得使用。1837～1838年，莫尔斯又发明了将电流“通”和“断”来编制代表数字和字母的码—莫尔斯码。1843年，莫尔斯修建成了从华盛顿到巴尔的摩的电报线路，全长64.4公里。1844年5月24日，莫尔斯在国会大厦向巴尔的摩发出了人类历史上第一份电报：“上帝创造了何等的奇迹！”。1850年8月28日，第一条海缆由约翰和雅各布•布雷特兄弟俩在法国的格里斯-奈兹海角和英国的李塞兰海角之间的公海里铺设，但是，只拍发了几份电报就中断了。原来，有个打渔人用拖网钩起了一段电缆，并截下一节高兴地向别人夸耀这种稀少的“海草”标本，惊奇地说那里装满了金子。1876年3月10日，英国苏格兰人贝尔发明电话，“沃森先生，快来帮我”成了人类第一句通过电话传送的语音。当时贝尔将话筒中的酸液溅到了腿上。1879年，天津与大沽北塘炮台之间架设了电报线。1882年2月21日，丹高大北电报公司在上海外滩设立了电话交换所。1895年，俄国人波波夫和意大利人马可尼分别发明了无线电报机。1897年5月18日，马可尼进行横跨布里斯托尔海峡的无线电通信取得成功。1900年，上海南京电报局开办市内电话，当时只有16部电话。1901年，马可尼实现了隔着大西洋的无线电通信。1903年，无线电话试验成功。1907年11月8日，法国发明家爱德华•贝兰在法国摄影协会大楼里表演了他的研制成果—相片传真。1919年，帕尔姆和贝兰德发明了“纵横制接线器”。十年后，瑞典松兹瓦尔市建成了世界上第一个大型纵横制电话局。1920年7月，中华邮政开办邮传电报业务。1937年，英国人里夫斯提出用脉冲所有组合来传送语音信息的方法(脉冲编码调制)。1945年10月，英国人A•C•克拉克提出静止卫星通信的设想。1946年，埃克特和莫奇利建成了世界上第一台电子计算机。1947年，美国贝尔实验室提出了蜂窝通信的概念，将移 动电话的服务区划分成若干个小区，每个小区设立一个基站，构成蜂窝移 动通信系统。1950年12月，中国东北长途明线国际干线工程建成，北京到莫斯科有线载波电路开放。1954年7月，美国海军利用月球表面对无线电波的反射进行了地球上两地电话的传输试验。并于1956年在华盛顿和夏威夷之间建立了通信业务。1956年，在英国和加拿大之间的大西洋海底铺设完成了电话电缆，使远距离的大陆之间电话通信成为现实。1957年10月4日，前苏联于成功地发射了第一颗人造卫星“卫星1号”。1958年8月，首部国产12载波电话设备在上海邮电器材厂研制成功。1960年1月，中国首套1,000门纵横制自动电话交换机在上海吴淞电话局开通使用。1960年，美国物理学家梅曼用强大的普通光照到人造宝石上，制造出了比太阳光强1000万倍的激光。1962年，美国研究成功了脉码调制设备，用于电话的多路化通信。1965年，第一部由计算机控制的程控电话交换机在美国问世，标志着一个电话新时代的开始。1966年，英籍华人高锟提出以玻璃纤维进行远距激光通信的设想。1969年，北京长途电信局安装成功中国第一套全自动长途电话设备。1969年，美国国防部高级研究计划署(ARPA)提出了研制ARPA网的计划，1969年建成并投入运行，标志著计算机通信的发展进入了一个崭新的纪元。1970年，世界上第一部程控数字交换机在法国巴黎开通，这标志著数字电话的全面实用和数字通信新时代的到来。1972年，国际电报电话咨询委员会(CCITT)首次提出综合业务数字网—ISDN的概念。1974年，中日海底电缆开始建设，这是中国参与建设的首条国际海底电缆。1975年，中国自行研制设计的纵横制自动电话交换设备通过国家鉴定，开始批量生产。1976年3月，中国自己研制的首条大容量传输系统—1800路中同轴电缆载波系统在北京、上海、杭州建成投产，全长1700公里。1982年，欧洲成立了GSM，任务是制订泛欧移 动通信漫游的标准。1982年，中国第一批投币式公用电话在北京市东、西长安街等繁华街道出现，共22个投币式公用电话亭。1982年12月，从日本引进的首个万门程控市话交换系统在福州市电信局投产使用，建成中国首个引进的程控电话局。1983年，AMPS蜂窝系统在美国芝加哥开通。1904年，“蜘蛛式”民用波段电话L. M. Ericsson’s第一部民用波段电话。 1905年，芝加哥的树式桌面电话这部桌面电话被称作“大腹便便”，因其手柄的中部隆起而得名。1905年，门廊对讲机这是一部康涅狄格州电信公司的32门门廊对讲机。1905年，11数字拨号桌式电话它采用了11个数字拨号的方式。1907年，“德国模式”的电台波段电话于1907年在德国由E.Zwuetysch&Co制造，此款电话的出现可以一定程度解决通话等待时间太长的问题。1907年，磁力发电机式电话这部电话1907年由L.M.Ericsson制造。值得注意的是：接听电话时，要将听筒悬挂在分离的挂钩上。这是当时电话生产商的统一标准。1908年，CH-08扩音器电话由KTAS推出。1910年，互联电话这是一部由S.H. Couch公司生产的直立桌面互联电话，用于办公室间的通信。1912年，办公用排列机这部电话通过主机可同时带有17个分机，每个分机都可以打出去，并且分机之间也可互相接通。1912年，CH-08壁式电话此款电话生产于1912年，由丹麦人在哥本哈根制造的，可自动收发电报。1912年，磁力发电机电话由在L.M.Ericsson制造的电报传真电话，经常偏远地区或小岛上使用。1914年，Magnavox抗噪音桌面电话这部电话的独特设计在于当对着话筒说话时，声音穿过话顶部的小孔使电话中的振动板振动。噪音进入话筒时就会被消掉。其双旋转听筒有助于阻止无用的噪音。1914年，Magnavox抗噪音桌式电话B1型同样具有消除噪音的功能。1914年，磁力发电机电话于1914年在HORWENS制造，可以用来电报传真。1915年，Veau桌式电话资料不详。1915年，家庭自制壁挂电话这部电话在东俄勒岗一个废弃的农场中发现。当地有近20个废弃的农场的墙上留有挂过电话的痕迹。1920年，磁力发电机壁式电话这部电话于1904制造，并于1920更新，配备了可接、听转换的旋转红色按钮。1927年，D-08半自动电话第一部拨号电话，它的出现将代替交换机的人工呼叫系统。拨号装置是在1927年安装的，它真正使用是在1978年。1927年，交流发电振铃电话由Kristian Kirks Telefonfabrikker在丹麦Horsens制造，70年代仍在使用。1929年，自动壁式电话资料不详。1930年，D-30半自动镀金电话此款电话是丹麦企业在1930完成制造的，其特别之处是表面镀金，而当时多数电话漆黑的，并且此电话有拨号装置。1930年，FL-30自动电话30年代由丹麦制造的，它用字母拨号。同类电话使用了大约48年。1935年，自动电话此款电话被用于与偏远地区的电信交换机的联络，它的设计受到30年代美国电话业的影响。1943年，CB-43型电话这部电话是由Kristian Kirks Telefonfabrikker在丹麦制造，它内部设计两种振铃声，用于区别市内外来电。1951年，F-51自动拨号电话这部电话是由Kristian Kirks Telefonfabrikker在二次世界大战之后制造的。1952年，F-52自动拨号电话机于1952制造，不同于往日黑色电木材料，它是用象牙和较晚一些出现的塑料材料制成。1956年，“Ericofon”自动拨号电话此款电话由瑞典L.M.Ericsson设计和制造，命名为Ericofon。它是用新型的材料制成的，比传统电话的听筒还轻得多。1968年，F-68自动拨号电话这部电话是七十年代最为常见的电话，它最初设计是在六十年代，在丹麦被广泛制造生产。1970年，F-68按钮拨号电话丹麦首次使用的按钮电话，这部电话是用数字按钮代替原来的拨号方式。1976年，76E/DK80型按钮拨号电话在1972由Jutland Telephone公司最初制造的。1979年，F-79按钮拨号式计费电话此款电话介于普通电话与公用电话之间，它主要用于服务场所、旅馆等类似地方，可以防盗打电话功能。 1980年，DA-80按钮拨号电话这部电话的设计标志着电子学理论真正进入电话行业。1982年，便携式电报电话此款电话由Ericsson无线系统所制造，当时它只能在丹麦、芬兰、挪威及瑞典等国家使用，它的出现为以后GSM移 动电话系统开辟了新的天地。1983年，DanMark 2按钮电话DanMark2于1983年制造，是八十年代最先进技术的体现。它具有许多功能，如电话号码记忆功能、重拨功能、监听功能、24种铃声

写字的铅笔是物理实验中最简易、最方便的器材，下面列举数例并略加分析。 1．探究声音的传播 将铅笔一端放在口中，轻轻敲笔杆几下，再用牙齿咬住笔杆轻敲笔杆几下。发现后者的声音比前者大得多。因为前者声音是经过空气传到耳膜的，后者声音是经过牙齿、骨骼传到耳膜的。 2．长度的特殊的测量 铅笔除作为被测物体用来做刻度尺测长度的实验外，还可用来进行一些特殊测量：如用纸带缠住圆形铅笔，在重叠处打孔，展开后测两孔间距可知铅笔横截面圆周长；把细铜丝单层密绕在铅笔上，测出线圈总长度，除以匝数，可得铜丝直径。 3．演示减小摩擦方法 首先用弹簧测力计匀速拉动放在水平桌面上的木块，然后在木块下面放几支圆形铅笔，再用测力计匀速拉动，比较两次摩擦力，发现后者比前者小得多，因为前者是滑动摩擦，后者是滚动摩擦。 4．演示压强的大小 用小刀把长度适中的铅笔芯削尖，另一端仍为平面，把它放在左右两手食指间用力按，比较感觉，可用来验证在压力一定的情况下，压强与受力面积成反比。 5．演示物体的沉浮条件 把铅笔的下端绕上几圈铁丝，按入水中，使其竖直地浸没在盛水的烧杯中，放手后，铅笔上浮，最后竖直地浮在水中；若取出再增加铁丝匝数后，可使其下沉，以此来验证物体的沉浮条件。 6．演示导体和绝缘体 把电池、小灯泡、开关、导线组成的一个简单电路，将铅笔木质部分或铅笔芯串联在电路中，看灯泡是否发光，从而可演示导体与绝缘体的区别。

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13.75-14.5GHz，下行频段10.95-11.75GHz、12.25-12.75GHz，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0.1°，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0.8~1.2m）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。

2.1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。

2.2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。

2.3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。

2.4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12.25-12.75GHz和13.75-14.5GHz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12.5GHz的仿真及实测接收方向图。由图7可见，工作于12.5GHz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14.1GHz的仿真及实测发射方向图。由图8可见，工作于14.1GHz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

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