用于卫星地面移动通信系统的相控阵天线

　　在硬件电路的基础上，还需配以相应的软件程序。其主要功能一方面是提取GPS的定位数据；另一方面就是对数据进行处理计算，求出移动用户坐标系中移动用户所处位置相对于通信卫星的方位角A、仰角E。结合搭载在车载用户上的GPS速度方位角，算出移动用户天线波束指向通信卫星信号的方位角φ、仰角θ。根据φ、 θ计算得到每个移相器的波束控制码。

　　2.4 相控阵天线系统

　　完整的相控阵天线系统由辐射单元阵列、移相器、功分网络、波束控制器以及电源等辅助设备组成。

　　天线阵列 天线阵面由19个单元组成，单元基本尺寸为：D=63 mm，△S／S=2.5％。阵元间距100 mm，按照圆形阵分三圈分布，由内到外单元数依次为1-6-12，半径240 mm，介质层厚度h=6 mm，相对介电常数为2.65，单元馈电点通过过孔与背板上的SMA相连。天线阵形式如图5所示。

　　移相器与功分网络 选用微带二极管型式的3 b可控数字移相器。其特性参数插损约为1 dB，驻波比小于1.25，质量40 g，功耗0.6 W，满足在相控阵天线中对数字移相器体积小、功率低、转换时间短、稳定性好的要求。功分网络采用威金森功分器，以1：19进行设计，实测带内插损约1 dB，端口隔离度>20 dB。结构如图6所示。

　　波束控制器 GPS模块选用GARMIN的15LOEM板，它并行12通道，可同时跟踪12颗卫星，定位精度高，功耗低。DGPS可实时WAAS差分或伪距差分，差分精度3～5 m。电子罗盘采用Honeywell的3300磁感应芯片的OEM电子罗盘模块。它可提供数字航向，直接输出数字信号，通过RS 232可与单片机通信。它的倾斜角可达±10°，在此范围内，可以提供较精确的三维角度，航向精度为1°。它的数据更新率可以达到10 Hz，用户可以自由配置和存储参数。

　　单片机选用SILION公司C8051F020，能够满足以上系统的要求。C8051F020单片机采用SILICON公司的专利CIP-51微处理器内核。该芯片在程序运行时可实现内、外部时钟的切换，这在低功耗应用系统中非常实用，同时C8051F020还在内部增加了复位源，从而大大提高了系统的可靠性。

　　辅助设备 系统辅助设备包括给系统供电的直流电源，连接电缆以及射频接口等。

　　3 设计与实验结果

　　按照设计方案研制了样机，扫描范围：仰角30°～90°，方位角0°～360°。系统功分网络输出口处电压驻波比如图7所示。

　　表1～表3列出了相控阵天线的部分扫描特性。

　　4 结语

　　本文给出了一种应用于卫星地面移动通信终端的相控阵天线的设计，采用GPS结合电子罗盘的方案采集运动载体的相差信息，通过波控机控制天线波束自动跟踪通信卫星，对天线单元和波束控制系统进行了分析和设计。实测结果与理论设计吻合较好，从而为卫星移动通信系统实现“动中通”提供了一种新的方案。