12月5日,2020年中国 科技 传播论坛暨中国 科技 新闻学会第十五次学术年会在北京中国 科技 会堂召开。中国科协党组副书记、副主席徐延豪出席并致开幕词。中国工程院院士、环境工程专家侯立安,中国工程院院士、天津中医药大学校长、“人民英雄”国家荣誉称号获得者张伯礼,中国记协原党组书记、常务副主席翟惠生在大会上做了主旨报告。
中国 科技 新闻学会 科技 创新传播工作委员会主办的“5G时代的 科技 创新传播”分论坛同期举行。来自 科技 界、学术界、产业界以及 科技 传播领域的专家代表70余人出席了论坛。
中国 科技 新闻学会 科技 创新传播工作委员会会长杨曦沦在致辞中表示,中共中央办公厅、国务院办公厅印发的《关于加快推进媒体深度融合发展的意见》,不仅为 科技 创新传播能力建设提供了新的方向,对 科技 传播也是一个巨大的福音。《意见》有三方面内容应该高度重视,一是要推动主力军全面挺进主战场,以互联网思维优化资源配置,把更多优质内容、先进技术、专业人才、项目资金向互联网主阵地汇集、向移动端倾斜,让分散在网下的力量尽快进军网上、深入网上,做大做强网络平台,占领新兴传播阵地;二是,要以先进技术引领驱动融合发展,用好5G、大数据、云计算、物联网、区块链、人工智能等信息技术革命成果,加强新技术在新闻传播领域的前瞻性研究和应用,推动关键核心技术自主创新;三是要发挥市场机制作用,增强主流媒体的市场竞争意识和能力, 探索 建立“新闻+政务服务商务”的运营模式,创新媒体投融资政策,增强自我造血机能。
中国 科技 新闻学会 科技 创新传播工作委员会副会长、《中国名牌》杂志社总编辑周志懿发表了题为《 科技 创新传播一定要有品牌化思维》的主旨演讲。周志懿认为,传播就是提升影响力,传播 科技 思想与 科技 精神,其中一个重要路径就是品牌化。无论是对 科技 人物的报道,还是对 科技 项目、技术、企业的传播,均是希望通过传播推出相关的 科技 技术品牌、人物品牌、产品品牌或企业品牌,通过树立这种品牌的典型而达到以点带面的目的。因为 科技 是泛化的,而品牌是具体的,是有形象有 情感 的。因此,他建议,要想使 科技 领域的重要思想与技术创新传播好,就一定要有品牌化思维,这个思维必须是一开始就具备与介入的,必须是系统化并一以贯之、长期坚持的,是能够具体化甚至落实到生产生活层面的。
周志懿表示,媒体的深度融合与 科技 创新传播是相互成就的。之所以推进媒体的深度融合,是因为 科技 创新给媒体传播带来了革命性的变化,四全媒体成为现实。因此,媒体的深度融合是一种必然。而另一方面, 科技 领域的传播也必须通过媒体的深度融合来实现,否则就达不到理想的效能,因为这已经是一个新的时代。
杨曦沦在报告中表达了与周志懿相同的观点,他认为 科技 创新传播有两层意思,一是把“ 科技 创新”作为传播内容,二是把“ 科技 创新”作为传播的技术手段。 科技 创新工作委员会有三大工作任务:第一,做好 科技 企业自媒体人的培训,提升其 科技 创新传播的能力,并在培训的基础上,共建 科技 融媒体中心;第二,针对 科技 创新对经济高质量发展和人民生活品质的影响,定期推出一批有影响力、标志性的 科技 产品,让全 社会 分享 科技 创新的成果,并推动中国自主创新的 科技 成果走向世界;第三,通过推出一批贡献突出,标志性强的 科技 人物,传播 科技 思想和科学精神,提高全 社会 尊重 科技 人才、崇尚 科技 创新的良好氛围。
中国卫星应用产业第一刊《卫星与网络》杂志创始人刘语霏做了《摆脱滞后局面,推动航天传播,进入普罗大众视野》的主题报告。据刘语霏介绍,高技术行业由于知识门槛高、技术进展快,行业传播的从业人员知识水平参差不齐,导致在传播当中面临着相当大的困难。目前航天传播依然停留在传统的新闻宣传的状态或几百字左右的简单的消息性发布层面。刘语霏表示,要改变这种局面,必须摆脱传统的宣传思维方式,积极、持续地追求创新,才能在这个时代站稳自己的位置。她认为,当传播活动发展到能够承载产业文化的时候,本身也就成为了一种产业。
北京邮电大学人工智能学院岗位教授、 科技 委人机混合智能专家刘伟做了《关于人机关系的思考》的报告。报告深度阐述了人机融合的 历史 和未来方向, 科技 传播对政治、经济和 社会 发展的关键性的影响,并指出人工智能在 科技 传播中将要发会的重要作用。
国家信息化应用专家委员会主任委员,中国互联网应用创新委员会高级专家委员张文练做了题为《5G时代的行业应用和 科技 传播》的报告。报告呈现了5G技术将为中国 科技 传播带来的巨大机遇和改变。
《物理精神》的作者方礼勇做了名为《向 科技 创新要答案,物理精神与 科技 创新》的报告,将物理精神对人类 社会 发展,对人类创新的作用,充分展现。
本次论坛还组织了 科技 赋能“智慧”招商对话,让与会者对 科技 +传播赋能区域经济发展有了更直观的感受。
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
[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,etal.Ka-BandAeronauticalSatelliteCommunicationsExperimentsUsingCOMETS[J].IEEETrans.onVehicularTechnology,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.
国家已出台多项政策措施鼓励推动卫星在各行业的规模化应用、商业化服务及国际化拓展,行业面临重大的发展机遇,初步估计2020年,全国卫星通信行业市场规模将超700亿。
技术方面,关键技术发展推动卫星通信发展,卫星通信关键技术有设计和制造技术、发射与回收技术、星座与编队技术、和宽带化与软件化技术等。
政策方面,十三五期间航天领域国家政策密集出台,卫星通信产业发展迎来重大契机;企业方面,卫星国家队、民营企业纷纷布局卫星通信产业。
卫星通信市场规模超700亿
卫星通信是指利用人造地球卫星作为中继站来转发无线电波,从而实现多个地球站、航天器、空间站之间的单向或双向通信。典型的通信形式为音视频广播、数据广播(导航、定位等)、音视频通话、数据传输(遥感、遥测等)、互联网连接等。
2020年4月20日,国家发改委将卫星互联网作为通信网络基础设施的代表之一,纳入新型基础设施—信息基础设施的范畴,这是卫星互联网首次被官方认定为新型基础建设的一部分。
国家已出台多项政策措施鼓励推动卫星在各行业的规模化应用、商业化服务及国际化拓展,行业面临重大的发展机遇。调研数据显示,2019年,我国卫星通信市场规模约为682亿元,预计2020年,全国卫星通信行业市场规模将达到723亿元。
关键技术发展推动卫星通信发展
卫星通信关键技术有设计和制造技术、发射与回收技术、星座与编队技术、和宽带化与软件化技术等。当前,卫星通信的新技术加速发展,卫星系统实际部署效率进一步提高。我国卫星通信关键技术不断发展,通信卫星在卫星制造、火箭发射、单星容量、频谱效率、成本控制等方面均取得一系列进步。
设计和制造技术方面,卫星部件的模块化接口设计为规模化制造提供可能,并使得不同供应商提供的卫星部件之间能够互操作。另外,成熟的3D打印技术也已应用于卫星制造领域,模块化设计、轻小型化、规模标准化、3D打印生产使得卫星研制成本和迭代周期不断降低。
轻型复合材料技术、微电子技术、微光电技术、微型计算机、微型机械及高精尖加工等高新技术的发展和集成化应用为卫星的轻小型化提供了技术基础。2021年1月,我国首条卫星智能生产线试运行,实现从制造到“智造”的蜕变,关键工艺环节全部由机器来替代,生产效率提高40%以上。
发射与回收技术方面,我国一箭多星技术、异轨多星技术不断发展,例如,长征十一号商用火箭以一箭多星的方式完成多次发射,大幅提高了卫星商业发射的效率;远征三号上面级通过与长征二号丁火箭配合使用,实现了21次自主快速轨道机动部署。
2020年12月,中国版猎鹰9号,我国首个可回收版本火箭长征八号发射成功。随着一箭多星、重型火箭和火箭回收技术的革新,卫星发射成本不断下降。
星座与编队技术方面,由于小卫星体积小、功能单一、能力有限,但可使用一箭多星技术一次性发射大量卫星,所以在星座组网方面具有极大的优势。国内在规划和实施中的小卫星数量超过1000颗的规模。我国高通量卫星、星上通信计算载荷的软件化发展迅速
卫星发射方面,我国卫星发射运载实力位于世界前列,我国航天基础设施建设能力逐步提升。以航天发射场为例,当前全球主要航天国家已建成或在建发射场共计25个,中国有4个,数量与俄罗斯并列第二位,仅次于美国。
国家政策推动卫星通信发展
中国高通量卫星的发展离不开政策的大力支持和企业的积极参与。政策方面,十三五期间航天领域国家政策密集出台,卫星通信产业发展迎来重大契机。
《“十三五”国家信息化规划》指出十三五是我国由网络大国向网络强国过渡的关键时期,主要从科学规划和利用卫星频率/轨道资源、统筹推进航天领域军民融合、建设陆海空天一体化信息基础设施等方面着力,同时集中突破低轨卫星通信、空间互联网等前沿关键技术;
2021年3月发布的《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标纲要》,明确“要把科技自立自强作为国家发展的战略支撑”。
卫星作为重要的空间基础设施是服务于国防建设和经济建设的战略资源,加快加强卫星产业发展是全面加强网络安全保障体系和能力建设的重要依托。
2015年出台的《国家民用空间基础设施中长期发展规划(2015-2025年)》提出的“卫星通信以商业化模式为主,保障公益性发展需求”带动了高通量卫星快速发展,促进了卫星制造发射向商业化模式转变。
卫星国家队、民营企业纷纷布局
随着我国商业航天市场的逐步开放,卫星国家队和许多民营企业纷纷布局卫星互联网星座产业,将带动通信小卫星研制、火箭发射、卫星通信系统终端设备与软件应用市场爆发式发展。
企业方面不仅有中国航天科技集团与北京中交通信科技公司进行强强联合组建运营公司,而且在2016年7月亚太卫星、中交通信、国新(深圳)等联合发起成立亚太卫星宽带通信(深圳)有限公司(亚太星通),打造集卫星通信系统的建设和运营、网络系统连接和服务于一体的卫星通信巨头。
此外,新研股份、华讯方舟、星空年代等民营企业也都提出了自己的高通量卫星计划,瞄准我国及一带一路沿线国家庞大市场,积极参与高通量卫星系统建设,为高通量卫星产业注入新活力。
—— 更多数据请参考前瞻产业研究院发布的《中国卫星通信行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》