专利名称：动中通平板天线电子变极化系统及电子变极化方法
技术领域：
本发明属于移动卫星通信中的平板天线变极化技术领域，尤其是涉及一种动中通 平板天线电子变极化系统及电子变极化方法。
背景技术：
动中通是“移动中的卫星通信系统”的简称，通过动中通系统，车辆、轮船、飞机等 移动载体在运动过程中可实时跟踪卫星等平台，不间断地传递语音、数据、图像等多媒体信 息，可满足各种军民用应急通信和移动条件下的多媒体通信的需要动中通系统很好地实现 了各种车辆、轮船、飞机等移动载体在运动中通过地球同步卫星，实时不断地传递语音、数 据、图像、高清晰的动态视频图像等多媒体信息，是通信领域的一次重大的突破，在军民两 个领域都有极为广阔的发展前景。综上，动中通卫星通信系统是指移动载体(例如汽车、火 车、飞机、轮船等)在快速运行过程中实现与目标卫星(静止或定点卫星，即同步轨道卫星) 实时通信的系统。实际工作中，因为目标卫星距地面的距离很远(约4万公里)，要实现卫 星与地面载体间高码速率的多媒体通信，就必须采用高增益天线。由于这种天线的波束宽 度很窄，要保证载体在快速移动过程中能够正常且不间断地与卫星通信，则必须使其天线 波束始终准确地对准卫星。Ku频段卫星系统采用线极化方式，因而载体行进过程中，姿态和地理位置的持续 变化会导致波束的滚动问题，如果只在指向上对准卫星，接收卫星信号时会存在极化失配 问题，造成增益损失，严重极化失配时发射信号会给卫星的其它用户带来较强的极化干扰， 影响卫星正常工作。动中通卫星通信系统的天线一般分为反射面天线和平板天线两种。通 过一个反射面天线和一个电动变极化馈源就可以实现异频双极化和变极化功能，这一技术 已经成熟，但其在高度、机械特性等方面还不能满足大部分应用场合的要求。对于平板天线 构成的低轮廓动中通卫星通信系统，由于极化轴固定连接在天线孔径上，因而通过旋转天 线来调整极化显然起不到降低高度的作用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种结构简 单、体积小、接线方便且使用操作简便、极化匹配效果好的动中通平板天线电子变极化系 统。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是一种动中通平板天线电子变极 化系统，其特征在于包括对承载Ku频段双极化平板天线的移动载体的姿态与位置信息进 行实时检测的状态信息检测单元、根据状态信息检测单元所检测信息计算得出所述移动载 体在静态及动态条件下的极化角的主控制器、对Ku频段双极化平板天线所收发信号的相 位与幅度进行调整以实现实时对Ku频段双极化平板天线进行极化匹配的电子变极化单元 和根据主控制器的计算结果相应推算出需对Ku频段双极化平板天线所收发信号的相位或 者相位与幅度进行调整的调整量并根据所计算出来的调整量相应对电子变极化单元进行控制的辅控制器，所述状态信息检测单元与主控制器相接，主控制器与辅控制器相接，辅控 制器与电子变极化单元相接，且电子变极化单元分别与Ku频段双极化平板天线的水平极 化端口和垂直极化端口相接；所述电子变极化单元为双通道变极化系统或单通道变极化系 统，所述状态信息检测单元包括位置检测单元和姿态检测单元且所述位置检测单元和姿态 检测单元均与主控制器相接，所述电子变极化单元通过上变频器或下变频器与通讯设备相 接。上述动中通平板天线电子变极化系统，其特征是所述Ku频段双极化平板天线包 括双极化接收天线和双极化发射天线，所述电子变极化单元包括与双极化接收天线的垂直 极化与水平极化端口相接的电子变极化单元一和与双极化发射天线的垂直极化与水平极 化端口相接的电子变极化单元二，所述电子变极化单元一和电子变极化单元二均与辅控制 器相接；所述电子变极化单元一和电子变极化单元二分别通过下变频器和上变频器与通讯 设备相接。上述动中通平板天线电子变极化系统，其特征是所述辅控制器为单片机 MSP430。上述动中通平板天线电子变极化系统，其特征是所述位置检测单元为GPS定位 系统，所述姿态检测单元为惯性姿态测量系统。上述动中通平板天线电子变极化系统，其特征是所述单片机MSP430与主控制器 之间通过SPI接口进行连接。同时，本发明还提供了一种步骤简单、控制简便、可实现快速极化调整且适用面广 的动中通平板天线电子变极化方法，其特征在于该方法包括以下步骤步骤一、移动载体状态信息实时检测与同步传送所述位置检测单元对所述移动 载体当前所处位置的经纬度进行实时检测并将检测结果同步传送至主控制器；同时，所述 姿态检测单元对所述移动载体的相关姿态参数进行实时检测并将检测结果同步传送至主 控制器；步骤二、静态及动态条件下的极化角计算首先，主控制器根据公式
代计算得出所述移动载体在静态条件下的极化角θ S即静态极化角，式中 tany
Δ识为地面接收站所在地经度与星下点经度之差即步骤一所测得所述移动载体当前所处位 置的经度与Ku频段双极化平板天线所跟踪目标卫星的星下点经度之差，γ为地面接收站 所在地的纬度即步骤一所测得所述移动载体当前所处位置的纬度；其次，主控制器根据公式
丄,sinacosj3cosAy +sinyffsinA,、 …Od = arctan(--η ■ ^ ■ ^ ο \ ^ ^ -^―计算得出 Ku 频
smacospsinAzsinEz-sinpcosAzsiriEz+cosacospcosEz
段双极化平板天线的天线极化面相对于地面接收站当地水平面的波束滚动角θ d，式中，
,,sin a sin β cos E cos(^4 -φ) + cos a cos E sin(J -φ)- sin a cos β sin E.A, = arctgi----———---^---)，
‘cos β cos E cos(^4 -φ) + sin β sin EEz = arcsin(sin α cosEsin(Α-Φ)-cos α cosEsinβ cos(Α-Φ)+cos α cos β sin E)，α、β和Φ分别为步骤一中所述姿态检测单元所测得所述移动载体的横滚角、纵摇角 和航向角；
之后，主控制器根据公式θ = θ s+θ d计算得出所述移动载体在动态条件下的极 化角θ即动态极化角，且主控制器同步将计算出来的动态极化角θ传送至辅控制器；步骤三、电子变极化单元工作参数的实时调整量确定及同步调整辅控制器根据 动态极化角θ且经内部处理运算实时确定当前状态下为实现Ku频段双极化平板天线的极 化匹配，需对Ku频段双极化平板天线所收发信号的相位与幅度进行调整的调整量；再根据 计算得出的相位与幅度调整量，且经内部处理运算换算得出电子变极化单元工作参数的实 时调整量并相应对电子变极化单元的工作参数进行同步调整；所述电子变极化单元为双通 道变极化系统或单通道变极化系统；步骤四、对天线收发信号对应进行同步调整并实现极化匹配通过步骤三中工作 参数调整后的电子变极化单元对Ku频段双极化平板天线所收发信号的相位或者相位与幅 度进行相应调整，使得Ku频段双极化平板天线所收发信号的调整情况与所述移动载体的 当前位置和姿态改变情况相抵消，从而实现所述移动载体移动过程中Ku频段双极化平板 天线的准确及快速极化匹配。上述动中通平板天线电子变极化方法，其特征是步骤三中所述单通道变极化系 统包括单通道变极化接收系统和单通道变极化发射系统；其中，所述单通道变极化接收系统包括分别与Ku频段双极化平板天线的水平极 化端口和垂直极化端口相接的可变移相器一和可变移相器二、分别与可变移相器一和可变 移相器二相接的衰减器一和衰减器二以及对衰减器一和衰减器二所输出信号进行合并的 信号合并器，所述衰减器一和衰减器二分别与信号合并器的两个输入端相接，所述信号合 并器的信号输出端与下变频器的信号输入端相接，所述衰减器一、衰减器二、可变移相器一 和可变移相器二均与辅控制器相接且均由辅控制器进行控制；所述单通道变极化发射系统包括与通讯设备的信号输出端相接的功分器一、分别 与功分器一的两个输出端相接的可变移相器三和可变移相器四以及分别与可变移相器三 和可变移相器四的输出端相接的衰减器三和衰减器四，所述衰减器三和衰减器四的输出端 分别与Ku频段双极化平板天线的水平极化端口和垂直极化端口相接，所述可变移相器三、 可变移相器四、衰减器三和衰减器四均与辅控制器相接且均由辅控制器进行控制；相应地，步骤四中所述的对天线收发信号进行同步调整并实现极化匹配过程中， 分别通过所述单通道变极化接收系统和所述单通道变极化发射系统对Ku频段双极化平板 天线所接收与发射的信号进行控制调整；且通过所述单通道变极化接收系统对Ku频段双 极化平板天线所接收的信号进行控制调整时，其控制调整过程如下40111、幅相调整Ku频段双极化平板天线的水平极化端口和垂直极化端口所接 收的两路信号，分别经可变移相器一和衰减器一与可变移相器二和衰减器二进行幅相调整 后，均送至信号合并器；40112、信号合并及单路输出通过信号合并器对衰减器一和衰减器二所输出的两 路信号进行合并，且通过辅控制器对衰减器一、衰减器二、可变移相器一和可变移相器二的 工作参数控制调整，使得信号合并器单独输出一路垂直极化信号或一路水平极化信号；信 号合并器所输出的一路极化信号经下变频器转变为中频信号后传送至通讯设备；相应地，通过所述单通道变极化发射系统对Ku频段双极化平板天线所发射的信 号进行控制调整时，其控制调整过程如下
40121、信号分离通讯设备所输出的一路信号经上变频器转变为一路射频信号后 送至功分器一，再通过功分器一将转变后的一路射频信号分成两路信号；40122、幅相调整及双路输出通过功分器一分离出的两路信号分别经可变移相器 三和衰减器三与可变移相器四和衰减器四进行幅相调整后，相应分别馈入Ku频段双极化 平板天线的水平极化端口和垂直极化端口 ；且本步骤中进行幅相调整过程中，通过辅控制 器对可变移相器三、可变移相器四、衰减器三和衰减器四的工作参数进行控制调整。上述动中通平板天线电子变极化方法，其特征是所述单通道变极化接收系统还 包括放大器一和放大器二，所述Ku频段双极化平板天线的水平极化端口和垂直极化端口 与可变移相器一和可变移相器二之间分别接有低噪声放大器一和低噪声放大器二，所述放 大器一和放大器二分别接在衰减器一和衰减器二与信号合并器之间；且放大器一和放大器 二分别用来补偿信号在所述单通道变极化接收系统上传输过程中的损耗；所述衰减器三和衰减器四与Ku频段双极化平板天线的水平极化端口和垂直极化 端口之间分别接有功率放大器一和功率放大器二。上述动中通平板天线电子变极化方法，其特征是步骤三中所述的双通道变极化 系统包括双通道变极化接收系统和双通道变极化发射系统；所述双通道变极化接收系统包括3dB电桥一、分别与3dB电桥一的两个输出端相 接的可变移相器五和可变移相器六以及两个输入端分别与可变移相器五和可变移相器六 相接的3dB电桥二，所述3dB电桥一的两个输入端分别与Ku频段双极化平板天线的水平极 化端口和垂直极化端口相接，3dB电桥二的两个输出端均与下变频器的信号输入端相接，所 述可变移相器五和可变移相器六均与辅控制器相接且均由辅控制器进行控制；所述双通道变极化发射系统包括分别与通讯设备的信号输出端相接的功分器二 或3dB电桥三、分别与功分器二或3dB电桥三的两个输出端相接的可变移相器七和可变移 相器八以及分别与可变移相器七和可变移相器八的输出端相接的3dB电桥四，所述3dB电 桥四的两个输出端分别与Ku频段双极化平板天线的水平极化端口和垂直极化端口相接， 所述可变移相器七和可变移相器八均与辅控制器相接且均由辅控制器进行控制；相应地，步骤四中所述的对天线收发信号对应进行同步调整并实现极化匹配过程 中，分别通过所述双通道变极化接收系统和所述双通道变极化发射系统对Ku频段双极化 平板天线所接收与发射的信号进行控制调整；且通过所述双通道变极化接收系统对Ku频 段双极化平板天线所接收的信号进行控制调整时，其控制调整过程如下40211、信号正交混合及相位调整Ku频段双极化平板天线的水平极化端口和垂 直极化端口所接收的两路信号，先通过3dB电桥一进行正交混合；所述3dB电桥一输出的两 路正交信号再分别经可变移相器五和可变移相器六进行相位调整后，均送至3dB电桥二 ；40212、信号正交混合及双路输出通过3dB电桥二对经可变移相器五和可变移相 器六所输出的两路信号进行正交混合并形成两路线极化信号，且3dB电桥二所输出的两路 线极化信号经下变频器转变为中频信号后传送至通讯设备；步骤40211中进行相位调整 时，通过辅控制器对可变移相器五和可变移相器六进行控制，此时3dB电桥二的两个输出 端相应分别单独输出一路水平极化信号与一路垂直极化信号；相应地，通过所述双通道变极化发射系统对Ku频段双极化平板天线所发射的信 号进行控制调整时，其控制调整过程如下
40221、信号分离通讯设备所输出的一路信号经上变频器转变为一路射频信号后 送至功分器二或3dB电桥三，再通过功分器二或3dB电桥三将转变后的一路射频信号分成 两路信号；40222、相位调整及双路输出通过功分器二或3dB电桥三分成的两路信号分别经 可变移相器七和可变移相器八进行相位调整后，相应分别送入3dB电桥四的两个输入端， 再通过3dB电桥四对可变移相器七和可变移相器八所输出的两路信号进行正交混合并形 成两路线极化信号，并将3dB电桥四所输出的两路线极化信号分别馈入Ku频段双极化平板 天线的水平极化端口和垂直极化端口 ；且本步骤中进行相位调整时，通过辅控制器对可变 移相器七和可变移相器八进行控制，此时3dB电桥二的两个输出端相应分别单独输出一路 水平极化信号与一路垂直极化信号。上述动中通平板天线电子变极化方法，其特征是所述双通道变极化接收系统还 包括放大器三、放大器四、低噪声放大器三和低噪声放大器四，所述放大器三和放大器四分 别接在3dB电桥一的两个输出端与可变移相器五和可变移相器六之间，所述低噪声放大器 三和低噪声放大器四分别接在Ku频段双极化平板天线的水平极化端口和垂直极化端口与 3dB电桥一的两个输入端之间；且步骤40211中，通过放大器三和放大器四对信号传输过程 中的损耗进行相应补偿；所述双通道变极化发射系统还包括放大器五和放大器六，所述放大器五和放大器 六分别接在可变移相器七和可变移相器八与3dB电桥四的两个输入端之间，且3dB电桥四 与Ku频段双极化平板天线的水平极化端口和垂直极化端口之间分别接有功率放大器三和 功率放大器四；且步骤40222中，通过放大器五和放大器六对信号传输过程中的损耗进行 相应补偿。本发明与现有技术相比具有以下优点1、整个电子变极化系统设计合理、结构简单、体积小且接线方便。2、变极化方法步骤简单，首先在确定移动载体运动过程中的动态极化角的基础 上，根据所确定的动态极化角确定电子变极化单元需要的调整量，再将所确定电子变极化 单元需要的调整量加到双极化天线所收发信号上，也就是说通过由微波元件组成的电子变 极化单元实现移动载体运动过程中的极化匹配，该电子变极化单元可以接收或发射垂直和 水平极化的信号。具体而言，在双极化平板天线的基础上，根据状态信息检测单元所实时 所检测到的信息确定移动载体动态下的极化角，并根据所计算出来的动态极化角计算电子 变极化单元中的权值(即确定出需对所收发信号的相位或者相位与幅度进行调整的调整 量)，随后再根据权值大小对各个极化通道进行移相和幅度加权，从而实现了动中通系统任 意变极化收发的目标。3、使用效果好，工作性能稳定且适用面宽，极化控制方法简单，且可实现快速极化 调整，满足低轮廓天线系统的设计要求，适用于车载、机载等移动载体卫星通信中极化对准 应用，有效解决了由平板天线构成的低轮廓动中通卫星通信系统因极化轴固定连接在天线 孔径上而造成的通过旋转天线来调整极化起不到降低高度作用的实际问题。4、移动载体动态下的极化角(即动态极化角θ )计算方便，移动载体的动态极化 角θ为其静态极化角θs和波束滚动角θd的线性叠加。5、变极化方式灵活且操作简便，按电子变极化单元输出极化信号的路数，可以分为单通道与双通道电子变极化方式，其中单通道比双通道电子变极化控制更为简单，使用 的微波器件更少，但单通道变极化只能有选择性地输出一路极化信号，而双通道变极化可 以同时输出正交的两路极化信号，并且双通道变极化方式主要利用移相器和3dB电桥来进 行极化调整，而单通道变极化方式主要利用移相器、衰减器和功分器来进行极化调整。具体 而言，单通道变极化过程包括下列步骤利用GPS定位系统确定移动载体当前的经纬度信 息，根据目标卫星与接收站(即移动载体)间的经度差及接收站纬度确定静态极化角；之 后，利用惯性姿态测量系统提供的移动载体姿态信息，由主控制器实时计算波束滚动角，并 相应推算出当前的动态极化角；随后，根据主控制器提供的动态极化角，由辅控制器相应对 电子变极化单元中可变移相器和衰减器实施相应幅相控制，双极化平板天线接收信号时， 信号经过双极化平板天线接收并经低噪放(LNA)放大后分成两个通道，分别经可变移相器 和衰减器进行控制来有选择地输出垂直或水平极化卫星信号，且所输出信号经下变频器变 成中频后传给接收机接收；双极化平板天线发射信号时，通信设备输出的中频信号经过上 变频器变成射频信号，经过功分器分成两路信号，再分别通过各自的移相器和衰减器进行 幅相调整后，传给双极化天线，使得在远场合成接收系统特定的极化波。而双通道变极化过 程包括下列步骤利用GPS定位系统确定移动载体当前的经纬度信息，根据目标卫星与接 收站(即移动载体)间的经度差及接收站纬度确定静态极化角；之后，利用惯性姿态测量系 统提供的移动载体姿态信息，由主控制器实时计算波束滚动角，并相应推算出当前的动态 极化角；随后，根据主控制器提供的动态极化角，由辅控制器相应计算出电子变极化单元中 两个可变移相器需要调整的相移，并传给译码电路相应对两个可变移相器实施相移双极 化平板天线接收信号时，信号经过双极化平板天线接收并经过低噪放(LNA)放大后，再依 次经过3dB电桥和移相器相移进行极化抵消，并相应输出两路正交的极化信号且所输出极 化信号经下变频器变成中频后传给接收机接收；双极化平板天线发射信号时，通信设备输 出的中频信号经过上变频器变成射频信号，再经3dB电桥分成两路信号后分别通过各自的 移相器进行移相，之后由3dB电桥将信号传给双极化发射天线，使得在远场合成接收系统 特定的极化波。综上所述，本发明系统结构简单、体积小且极化控制方法简单、可实现快速极化调 整，能满足低轮廓天线系统的设计要求，能有效适用于车载、机载、飞机等移动载体卫星通 信中的极化对准，能有效解决平板天线的变极化问题。下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
图1为本发明动中通平板天线电子变极化系统的工作原理示意图。图2为本发明动中通平板天线电子变极化系统的电路原理框图。图3为本发明动中通平板天线电子变极化方法的流程框图。图4为目标卫星下行信号在双极化天线上的极化分量分解示意图。图5为本发明单通道变极化接收系统的工作原理图。图6为本发明单通道变极化发射系统的工作原理图。图7为本发明双通道变极化接收系统的工作原理图。图8为本发明双通道变极化发射系统的工作原理图。
附图标记说明
1-状态信息检测单L-I-GPS定位系统；1-2-惯性姿态测量系统；
元；
2-主控制器；3-辅控制器；4-电子变极化单元；
4-1-电子变极化单元4-11-衰减器一；4-12-衰减器二 ；
4-13-可变移相器一；4-14-可变移相器二；4-15-信号合并器；
4-16-功分器一；4-17-可变移相器三；4-18-可变移相器四；
4-19-衰减器三；4-20-衰减器四；4-2-电子变极化单元二 ；
4-21-3dB 电桥一；4-22-可变移相器五；4-23-可变移相器六；
4-24-3dB 电桥二 ；4-25-放大器三；4-26-放大器四；
4-27-功分器二 ；4-29-可变移相器七；4-30-可变移相器八；
4-31-放大器五；4-32-放大器六；4-33-3dB电桥四；
4-5-单通道变极化接4-6-单通道变极化发4-7-双通道变极化接收
收系统；射系统；系统·’
4-8-双通道变极化发5-Ku频段双极化平板5-1-双极化接收天线；
射系统；天线；
5-2-双极化发射天6-上变频器；7-下变频器；
线. 一入 ，
8-通讯设备；9-低噪声放大器一；10-低噪声放大器二 ；
11-放大器一；12-放大器二 ；13-功率放大器一；
14-功率放大器二 ；15-低噪声放大器三；16-低噪声放大器四；
17-功率放大器三；18-功率放大器四。
具体实施例方式
如图1、图2所示的一种动中通平板天线电子变极化系统，包括对承载Ku频段双极 化平板天线5的移动载体的姿态与位置信息进行实时检测的状态信息检测单元1(即惯性 姿态测量系统)、根据状态信息检测单元1所检测信息相应分别计算得出所述移动载体在 静态及动态条件下的极化角的主控制器2、对Ku频段双极化平板天线5所收发信号的相位 与幅度进行调整以实现实时对Ku频段双极化平板天线5进行极化匹配的电子变极化单元4 和根据主控制器2的计算结果相应推算出需对Ku频段双极化平板天线5所收发信号的相 位或者相位与幅度进行调整的调整量并根据所计算出来的调整量相应对电子变极化单元4 进行控制的辅控制器3，所述状态信息检测单元1与主控制器2相接，主控制器2与辅控制 器3相接，辅控制器3与电子变极化单元4相接，且电子变极化单元4分别与Ku频段双极 化平板天线5的水平极化端口和垂直极化端口相接。所述电子变极化单元4为双通道变极 化系统或单通道变极化系统，所述状态信息检测单元1包括位置检测单元和姿态检测单元 且所述位置检测单元和姿态检测单元均与主控制器2相接，所述电子变极化单元4通过上 变频器6或下变频器7与通讯设备8相接。 本实施例中，所述Ku频段双极化平板天线包括双极化接收天线5-1和双极化发射天线5-2，所述电子变极化单元4包括与双极化接收天线5-1的垂直极化与水平极化端口 相接的电子变极化单元一 4-1和与双极化发射天线5-2的垂直极化与水平极化端口相接的 电子变极化单元二 4-2，所述电子变极化单元一 4-1和电子变极化单元二 4-2均与辅控制 器3相接。所述辅控制器3为单片机MSP430，实际应用时，也可以选用其它控制芯片作为辅 控制器3。所述位置检测单元为GPS定位系统1-1，所述姿态检测单元为惯性姿态测量系统 1-2(简称AHRS)。所述单片机MSP430与主控制器2之间通过SPI接口进行连接。因而，所 述电子变极化单元4由微波元器件组成。同时，通过所述GPS定位系统1-1对所述目标卫 星的经纬度信息进行实时检测。所述电子变极化单元一 4-1和电子变极化单元二 4-2分别 通过下变频器7和上变频器6与通讯设备8相接。所述双极化接收天线5-1和双极化发射天线5-2能同时形成一对极化正交且频率 相同的工作模式，双极化接收天线5-1和双极化发射天线5-2的每个端口分别对应水平极 化端口和垂直极化端口，各自通过独立的馈电网络进行馈电。如图3所示的一种动中通平板天线电子变极化方法，包括以下步骤步骤一、移动载体状态信息实时检测与同步传送所述位置检测单元对所述移动 载体当前所处位置的经纬度进行实时检测并将检测结果同步传送至主控制器2;同时，所 述姿态检测单元对所述移动载体的相关姿态参数进行实时检测并将检测结果同步传送至 主控制器2。步骤二、静态及动态条件下的极化角计算首先，主控制器2根据公式
sinA
0 zarctan^·^计算得出所述移动载体在静态条件下的极化角θ s即静态极化角，式中Λ tan/Αφ
为地面接收站所在地经度与星下点经度之差即步骤一所测得所述移动载体当前所处位置 的经度与Ku频段双极化平板天线5所跟踪目标卫星的星下点经度之差，γ为地面接收站 所在地的纬度即步骤一所测得所述移动载体当前所处位置的纬度；其 次，主 控制器 2 根 据公式
计算得出Ku频段双极化 平板天线5的天线极化面相对于地面接收站当地水平面的波束滚动角θ d，式中， α、β和Φ分别为步骤一中所述姿态检测单元所测得所述移动载体的横滚角、纵 摇角和航向角；之后，主控制器2根据公式θ = θ s+θ d计算得出所述移动载体在动态条件下的 极化角θ即动态极化角，且主控制器2同步将计算出来的动态极化角θ传送至辅控制器 3。由于静态极化角θ s计算的是静止状态下的地理坐标系下的极化角，因而其只与 移动载体与目标卫星的地理位置有关，则利用GPS定位系统1-1GPS实时所测得的移动载体 的经纬度信息，主控制器2就可以计算出静态极化角es。另一方面，移动载体运动过程中拐弯、爬坡和倾斜等姿态的变化情况，也会造成天线波束的滚动角变化，从而使Ku频段双 极化平板天线5的极化面旋转，因而也需对移动载体的姿态参数进行检测，且将所述实时 测得的姿态参数(包括横滚角α、纵摇角β和航向角Φ)经坐标变换后，即可求出Ku频段 双极化平板天线5的极化面相对于当地水平面的波束滚动角ed。最后，将实时求得的静态 极化角θ s与波束滚动角θ d进行线性叠加后，便可同步计算得出动态极化角θ。结合图4，以Ku频段双极化平板天线5与通讯设备8之间所传输的下行线极化信 号为例，当动态极化角θ很大时，Ku频段双极化平板天线5的垂直极化端口(即V极化端 口)除接收到目标卫星所发送的垂直极化信号分量外，同时也收到了 Ku频段双极化平板天 线5的水平极化端口(即H极化端口)送来的干扰信号，因而会存在不同信道相互间严重的 极化干扰问题。若此时目标卫星的下行水平极化信号为Eh，垂直极化信号为Ev，且假定Ku频 段双极化平板天线5的水平分量为坐标轴X且垂直分量为坐标轴Y，则Eh在X与Y轴上的分 量分别为所述Ku频段双极化平板天线5的水平极化端口所接收到的分量Ehl和其垂直极化 端口所接收到的分量Eh2，Ev在X与Y轴上的分量分别为Ku频段双极化平板天线5的水平极 化端口所接收到的分量Evl和其垂直极化端口所接收到的分量Ev2，则Ku频段双极化平板天 线5的水平极化端口和垂直极化端口所接收的信号E1和E2分别为=E1 = EhCos θ -EvSin θ， E2 = Ehsin θ +EvCos θ 0步骤三、电子变极化单元4工作参数的实时调整量确定及同步调整辅控制器3根 据动态极化角θ且经内部处理运算实时确定当前状态下为实现Ku频段双极化平板天线5 的极化匹配，需对Ku频段双极化平板天线5所收发信号的相位与幅度进行调整的调整量； 再根据计算得出相位与幅度调整量，且经内部处理运算换算得出电子变极化单元4工作参 数的实时调整量并相应对电子变极化单元4的工作参数进行同步调整；所述电子变极化单 元4为双通道变极化系统或单通道变极化系统。步骤四、对天线收发信号对应进行同步调整并实现极化匹配通过步骤三中工作 参数调整后的电子变极化单元4对Ku频段双极化平板天线5所收发信号的相位或者相位 与幅度进行相应调整，使得Ku频段双极化平板天线5所收发信号的调整情况与所述移动载 体的当前位置和姿态改变情况相抵消，从而实现所述移动载体移动过程中Ku频段双极化 平板天线5的准确及快速极化匹配。实际操作过程中，所述Ku频段双极化平板天线5既可以为单通道变极化系统，也 可以为双通道变极化系统。所述单通道变极化系统包括单通道变极化接收系统4-5和单通道变极化发射系 统4-6。本实施例中，结合图5，所述单通道变极化接收系统4-5包括分别与Ku频段双极化 平板天线5 (具体是双极化接收天线5-1)的水平极化端口(即H端口)和垂直极化端口 (即V端口)相接的可变移相器一 4-13和可变移相器二 4-14、分别与可变移相器一 4-13 和可变移相器二 4-14相接的衰减器一 4-11和衰减器二 4-12以及对衰减器一 4_11和衰减 器二 4-12所输出信号进行合并的信号合并器4-15，所述衰减器一 4-11和衰减器二 4_12分 别与信号合并器4-15的两个输入端相接，所述信号合并器4-15的信号输出端与下变频器7 的信号输入端相接，所述衰减器一 4-11、衰减器二 4-12、可变移相器一 4-13和可变移相器 二 4-14均与辅控制器3相接且均由辅控制器3进行控制。相应地，步骤四中所述的对天线收发信号进行同步调整并实现极化匹配的过程中，分别通过所述单通道变极化接收系统4-5和所述单通道变极化发射系统4-6对Ku频段 双极化平板天线5所接收与发射的信号进行控制调整；且通过所述单通道变极化接收系统 4-5对Ku频段双极化平板天线5所接收的信号进行控制调整时，其控制调整过程如下40111、幅相调整Ku频段双极化平板天线5的水平极化端口和垂直极化端口所接 收的两路信号，分别经可变移相器一 4-13和衰减器一 4-11与可变移相器二 4-14和衰减器 二 4-12进行幅相调整后，均送至信号合并器4-15 ；40112、信号合并及单路输出通过信号合并器4-15对衰减器一 4_11和衰减器二 4-12所输出的两路信号进行合并，且通过辅控制器3对衰减器一 4-11、衰减器二 4-12、可变 移相器一 4-13和可变移相器二 4-14的工作参数控制调整，使得信号合并器4-15单独输出 一路垂直极化信号或一路水平极化信号；信号合并器4-15所输出的一路极化信号经下变 频器7转变为中频信号后传送至通讯设备8。本实施例中，所述单通道变极化接收系统4-5还包括放大器一 11和放大器二 12， 所述Ku频段双极化平板天线5的水平极化端口和垂直极化端口与可变移相器一 4-13和可 变移相器二 4-14之间分别接有低噪声放大器一 9和低噪声放大器二 10，所述放大器一 11 和放大器二 12分别接在衰减器一 4-11和衰减器二 4-12与信号合并器4-15之间；且放大 器一 11和放大器二 12分别用来补偿信号在所述单通道变极化接收系统4-5上传输过程中 的损耗。总之，Ku频段双极化平板天线5的水平极化端口所接收信号E1和其垂直极化端 口所接收信号E2，先分别经低噪声放大器一 9和低噪声放大器二 10放大后，再分别经由可 变移相器一 4-13、衰减器一 4-11和放大器一 11组成的幅相调整单元与由可变移相器二 4-14、衰减器二 4-12和放大器二 12组成的幅相调整单元进行幅相调整后，再通过信号合并 器4-15混合成一路线极化信号，且信号合并器4-15所输出的一路线极化信号经下变频器7 转变为中频信号后传送至通讯设备8。现假设低噪声放大器一 9和低噪声放大器二 10的增 益分别为、和α 2，可变移相器一 4-13和可变移相器二 4-14的相移量分别为(^1和Φ2， 衰减器一 4-11和衰减器二 4-12的衰减系数分别为Ic1和k2，则信号合并器4-15所输出的 线极化信号E = Re (a,kie-MEh +a2k21e'J(i2Ev),式中Eh和Ev分别表示Ku频段双极化平板
天线5的水平极化端口和垂直极化端口所接收的信号，Re代表求实部。由于进行幅相调整 过程中，衰减器一 4-11、衰减器二 4-12、可变移相器一 4-13和可变移相器二 4_14均由辅控 制器3进行控制，且衰减器一 4-11和衰减器二 4-12的衰减系数Ic1和k2以及可变移相器一 4-13和可变移相器二 4-14的相移量Φ,Π Φ2均由辅控制器3根据主控制器2实时计算得 出的动态极化角θ进行实时调整，且通过辅控制器3对ki、k2、(^1和Φ2进行实时调整，使 得信号合并器4-15仅单独输出一路水平极化或垂直极化信号。例如，当动态极化角θ > 0时，衰减器一 4-11、衰减器二 4-12、可变移相器一 4-13和可变移相器二 4_14的工作参数 满足K = sin θ /a k2 = cos θ / α2, (^1 = π且φ2 = 0时，信号合并器4-15输出一路 水平极化信号；以此类推，根据公式E = Re ( ik,eiEh+a2k2|eiEv)和实时计算得出的动 态极化角θ，便可以推算出信号合并器4-15输出一路垂直极化信号时衰减器一 4-11、衰减 器二 4-12、可变移相器一 4-13和可变移相器二 4-14的工作参数需满足的条件，且相应通过 辅控制器3对衰减器一 4-11、衰减器二 4-12、可变移相器一 4-13和可变移相器二 4_14的 工作参数进行控制调整即可实现。所述可变移相器一 4-13和可变移相器二 4-14均接有译
16码电路，且可变移相器一 4-13和可变移相器二 4-14的译码电路与辅控制器3之间接有译 码驱动电路。结合图6，所述单通道变极化发射系统4-6包括与通讯设备8的信号输出端相接的 功分器一 4-16、分别与功分器一 4-16的两个输出端相接的可变移相器三4-17和可变移相 器四4-18以及分别与可变移相器三4-17和可变移相器四4-18的输出端相接的衰减器三 4-19和衰减器四4-20，所述衰减器三4-19和衰减器四4_20的输出端分别与Ku频段双极 化平板天线5 (具体是双极化发射天线5-2)的水平极化端口和垂直极化端口相接，所述可 变移相器三4-17、可变移相器四4-18、衰减器三4-19和衰减器四4_20均与辅控制器3相 接且均由辅控制器3进行控制。相应地，通过所述单通道变极化发射系统4-6对Ku频段双极化平板天线5所发射 的信号进行控制调整时，其控制调整过程如下40121、信号分离通讯设备8所输出的一路信号经上变频器6转变为一路射频信 号后送至功分器一 4-16，再通过功分器一 4-16将转变后的一路射频信号分成两路信号；40122、幅相调整及双路输出通过功分器一 4-16分离出的两路信号分别经可变 移相器三4-17和衰减器三4-19与可变移相器四4-18和衰减器四4_20进行幅相调整后， 相应分别馈入Ku频段双极化平板天线5的水平极化端口和垂直极化端口 ；且本步骤中进行 幅相调整过程中，通过辅控制器3对可变移相器三4-17、可变移相器四4-18、衰减器三4-19 和衰减器四4-20的工作参数进行控制调整。本实施例中，所述衰减器三4-19和衰减器四4-20与Ku频段双极化平板天线5 (具 体是双极化发射天线5-2)的水平极化端口和垂直极化端口之间分别接有功率放大器一 13 和功率放大器二 14。实际使用过程中，通讯设备8所输出信号经上变频器6转变为一路低电平的射频 信号后，再通过功分器一 4-16将该路射频信号分为两路信号，然后再通过由可变移相器三 4-17和衰减器三4-19组成的幅相调整单元与由可变移相器四4-18和衰减器四4_20组成 的幅相调整单元进行幅相调整后，再分别通过功率放大器一 13和功率放大器二 14馈入Ku 频段双极化平板天线5的水平极化端口和垂直极化端口。此时，假设可变移相器三4-17和 可变移相器四4-18的相移量分别为Φ3和Φ4，衰减器三4-19和衰减器四4-20的衰减系 数分别，同时结合主控制器2实时计算出来的动态极化角θ以及功率放大器一 13和功率放大器二 14各自的放大倍数，则可推算出分别馈入Ku频段双极化平板天线5的 水平极化端口和垂直极化端口的信号数值计算公式。相应地，在幅相调整过程中，根据上述 推算出来的信号数值计算公式，并且结合馈入Ku频段双极化平板天线5的水平极化端口和 垂直极化端口的理想极化信号数值(即Ku频段双极化平板天线5的接收系统所接收的特 定信号)，即可推算得出需对可变移相器三4-17、衰减器三4-19、可变移相器四4-18和衰 减器四4-20的工作参数进行调整的调整量，则根据计算结果由辅控制器3对可变移相器三 4-17、衰减器三4-19、可变移相器四4-18和衰减器四4_20的工作参数进行相应调整，则可 在远场形成理想的极化波。同理，所述双通道变极化系统包括双通道变极化接收系统4-7和双通道变极化发 射系统4-8。所述可变移相器三4-17和可变移相器四4-18均接有译码电路，且可变移相器 三4-17和可变移相器四4-18的译码电路与单片机MSP430之间接有译码驱动电路。
结合图7，所述双通道变极化接收系统4-7包括3dB电桥一 4_21、分别与3dB电 桥一 4-21的两个输出端相接的可变移相器五4-22和可变移相器六4-23以及两个输入端 分别与可变移相器五4-22和可变移相器六4-23相接的3dB电桥二 4_24，所述3dB电桥一 4-21的两个输入端分别与Ku频段双极化平板天线5的水平极化端口和垂直极化端口相接， 3dB电桥二 4-24的两个输出端均与下变频器7的信号输入端相接，所述可变移相器五4-22 和可变移相器六4-23均与辅控制器3相接且均由辅控制器3进行控制。相应地，步骤四中所述的对天线收发信号对应进行同步调整并实现极化匹配过程 中，分别通过所述双通道变极化接收系统4-7和所述双通道变极化发射系统4-8对Ku频段 双极化平板天线5所接收与发射的信号进行控制调整；且通过所述双通道变极化接收系统 4-7对Ku频段双极化平板天线5所接收的信号进行控制调整时，其控制调整过程如下40211、信号正交混合及相位调整Ku频段双极化平板天线5的水平极化端口和 垂直极化端口所接收的两路信号，先通过3dB电桥一 4-21进行正交混合；所述3dB电桥一 4-21输出的两路正交信号再分别经可变移相器五4-22和可变移相器六4-23进行相位调整 后，均送至3dB电桥二 4-24;40212、信号正交混合及双路输出通过3dB电桥二 4_24对经可变移相器五4_22 和可变移相器六4-23所输出的两路信号进行正交混合并形成两路线极化信号，且3dB电桥 二 4-24所输出的两路线极化信号经下变频器7转变为中频信号后传送至通讯设备8 ；步骤 40211中进行相位调整时，通过辅控制器3对可变移相器五4-22和可变移相器六4_23进行 控制，此时3dB电桥二 4-24的两个输出端相应分别单独输出一路水平极化信号与一路垂直 极化信号。本实施例中，所述双通道变极化接收系统4-7还包括放大器三4-25、放大器四 4-26、低噪声放大器三15和低噪声放大器四16，所述放大器三4-25和放大器四4_26分别 接在3dB电桥一 4-21的两个输出端与可变移相器五4-22和可变移相器六4_23之间，所述 低噪声放大器三15和低噪声放大器四16分别接在Ku频段双极化平板天线5 (具体是双极 化接收天线5-1)的水平极化端口和垂直极化端口与3dB电桥一 4-21的两个输入端之间； 且步骤40211中，通过放大器三4-25和放大器四4-26对信号传输过程中的损耗进行相应 补偿，具体对信号传输过程中微波元器件(即电子变极化单元4)的损耗进行补偿。总之，Ku频段双极化平板天线5的水平极化端口所接收的信号E1和其垂直极化端 口所接收的信号E2,分别经低噪声放大器三15和低噪声放大器四16放大后，再传给3dB电 桥一 4-21进行正交混合，随后再通过可变移相器五4-22和可变移相器六4-23进行移相调 整后输入至3dB电桥二 4-24正交混合成两路线极化信号，并使得3dB电桥二 4_24的两个 输出端口相应分别只输出目标卫星的下行水平极化信号和下行垂直极化信号，且3dB电桥 二 4-24所输出的两路线极化信号经下变频器7转变为中频信号后传送至通讯设备8。所述 3dB电桥二 4-24所输出的两路极化信号与目标卫星的下行信号Eh和Ev相比只是在相位上 延迟了，并没有改变原始极化信号。所述可变移相器五4-22和可变移相器六4-23均接有 译码电路，且可变移相器五4-22和可变移相器六4-23的译码电路与单片机MSP430之间接 有译码驱动电路。结合图8，所述双通道变极化发射系统4-8包括分别与通讯设备8的信号输出端相 接的功分器二 4-27或3dB电桥三、分别与功分器二 4-27或3dB电桥三的两个输出端相接的
18可变移相器七4-29和可变移相器八4-30以及分别与可变移相器七4-29和可变移相器八 4-30的输出端相接的3dB电桥四4-33，所述3dB电桥四4_33的两个输出端分别与Ku频段 双极化平板天线5 (具体是双极化发射天线5-2)的水平极化端口和垂直极化端口相接，所 述可变移相器七4-29和可变移相器八4-30均与辅控制器3相接且均由辅控制器3进行控 制。所述可变移相器七4-29和可变移相器八4-30均接有译码电路，且可变移相器七4-29 和可变移相器八4-30的译码电路与单片机MSP430之间接有译码驱动电路。相应地，通过所述双通道变极化发射系统4-8对Ku频段双极化平板天线5所发射 的信号进行控制调整时，其控制调整过程如下40221、信号分离通讯设备8所输出的一路信号经上变频器6转变为一路射频信 号后送至功分器二 4-27或3dB电桥三，再通过功分器二 4-27或3dB电桥三将转变后的一 路射频信号分成两路信号；40222、相位调整及双路输出通过功分器二 4_27或3dB电桥三分成的两路信号分 别经可变移相器七4-29和可变移相器八4-30进行相位调整后，相应分别送入3dB电桥四 4-33的两个输入端，再通过3dB电桥四4-33对可变移相器七4_29和可变移相器八4_30所 输出的两路信号进行正交混合并形成两路线极化信号，并将3dB电桥四4-33所输出的两路 线极化信号分别馈入Ku频段双极化平板天线5的水平极化端口和垂直极化端口 ；且本步骤 中进行相位调整时，通过辅控制器3对可变移相器七4-29和可变移相器八4-30进行控制， 此时3dB电桥二 4-24的两个输出端相应分别单独输出一路水平极化信号与一路垂直极化 信号。本实施例中，所述双通道变极化发射系统4-8还包括放大器五4-31和放大器六 4-32，所述放大器五4-31和放大器六4-32分别接在可变移相器七4_29和可变移相器八 4-30与3dB电桥四4-33的两个输入端之间，且3dB电桥四4_33与Ku频段双极化平板天线 5的水平极化端口和垂直极化端口之间分别接有功率放大器三17和功率放大器四18 ；且步 骤40222中，通过放大器五4-31和放大器六4_32对信号传输过程中的损耗进行相应补偿。总之，通讯设备8所输出的一路信号经上变频器6转变为一路射频信号后送至功 分器二 4-27或3dB电桥三，再通过功分器二 4-27或3dB电桥三将转变后的一路射频信号 分成两路信号；且功分器二 4-27或3dB电桥三输出的两路信号分别经可变移相器七4-29 和可变移相器八4-30进行相位调整后，再通过3dB电桥四4-33正交混合成两路线极化信 号，最后再将3dB电桥四4-33所输出的两路线极化信号分别馈入Ku频段双极化平板天线 5的水平极化端口和垂直极化端口。所述放大器五4-31和放大器六4-32对信号传输过程 中的损耗进行相应补偿，具体对信号传输过程中微波元器件(即电子变极化单元4)的损耗 进行补偿。实际使用过程中，对可变移相器一 4-13、可变移相器二 4-14、可变移相器三4-17、 可变移相器四4-18、可变移相器五4-22、可变移相器六4-23、可变移相器七4_29和可变移 相器八4-30进行相位调整时，具体是由分别与上述各可变移相器(具体是可变移相器一 4-13、可变移相器二 4-14、可变移相器三4-17、可变移相器四4_18、可变移相器五4_22、可 变移相器六4-23、可变移相器七4-29和可变移相器八4-30)相接的译码电路对各可变移相 器实施相移。以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技 术方案的保护范围内。
权利要求
一种动中通平板天线电子变极化系统，其特征在于包括对承载Ku频段双极化平板天线(5)的移动载体的姿态与位置信息进行实时检测的状态信息检测单元(1)、根据状态信息检测单元(1)所检测信息计算得出所述移动载体在静态及动态条件下的极化角的主控制器(2)、对Ku频段双极化平板天线(5)所收发信号的相位与幅度进行调整以实现实时对Ku频段双极化平板天线(5)进行极化匹配的电子变极化单元(4)和根据主控制器(2)的计算结果相应推算出需对Ku频段双极化平板天线(5)所收发信号的相位或者相位与幅度进行调整的调整量并根据所计算出来的调整量相应对电子变极化单元(4)进行控制的辅控制器(3)，所述状态信息检测单元(1)与主控制器(2)相接，主控制器(2)与辅控制器(3)相接，辅控制器(3)与电子变极化单元(4)相接，且电子变极化单元(4)分别与Ku频段双极化平板天线(5)的水平极化端口和垂直极化端口相接；所述电子变极化单元(4)为双通道变极化系统或单通道变极化系统，所述状态信息检测单元(1)包括位置检测单元和姿态检测单元且所述位置检测单元和姿态检测单元均与主控制器(2)相接，所述电子变极化单元(4)通过上变频器(6)或下变频器(7)与通讯设备(8)相接。
2.按照权利要求1所述的动中通平板天线电子变极化系统，其特征在于所述Ku频段 双极化平板天线包括双极化接收天线(5-1)和双极化发射天线(5-2)，所述电子变极化单 元(4)包括与双极化接收天线(5-1)的垂直极化与水平极化端口相接的电子变极化单元 一 (4-1)和与双极化发射天线(5-2)的垂直极化与水平极化端口相接的电子变极化单元二 (4-2)，所述电子变极化单元一(4-1)和电子变极化单元二(4-2)均与辅控制器(3)相接； 所述电子变极化单元一(4-1)和电子变极化单元二(4-2)分别通过下变频器(7)和上变频 器(6)与通讯设备⑶相接。
3.按照权利要求1或2所述的动中通平板天线电子变极化系统，其特征在于所述辅 控制器(3)为单片机MSP430。
4.按照权利要求1或2所述的动中通平板天线电子变极化系统，其特征在于所述位 置检测单元为GPS定位系统(1-1)，所述姿态检测单元为惯性姿态测量系统(1-2)。
5.按照权利要求3所述的动中通平板天线电子变极化系统，其特征在于所述单片机 MSP430与主控制器(2)之间通过SPI接口进行连接。
6. 一种利用如权利要求1所述的动中通平板天线电子变极化系统对Ku频段双极化平 板天线进行电子变极化的方法，其特征在于该方法包括以下步骤步骤一、移动载体状态信息实时检测与同步传送所述位置检测单元对所述移动载体 当前所处位置的经纬度进行实时检测并将检测结果同步传送至主控制器(2)；同时，所述 姿态检测单元对所述移动载体的相关姿态参数进行实时检测并将检测结果同步传送至主 控制器⑵；步骤二、静态及动态条件下的极化角计算首先，主控制器(2)根据公式代=arctan^^计算得出所述移动载体在静态条件下的极化角θ s即静态极化角，式中Λ tan/Αφ为地面接收站所在地经度与星下点经度之差即步骤一所测得所述移动载体当前所处位置 的经度与Ku频段双极化平板天线(5)所跟踪目标卫星的星下点经度之差，Y为地面接收 站所在地的纬度即步骤一所测得所述移动载体当前所处位置的纬度；其次，主控制器(2)根据公式θ, = arctan(--“ . Λ · π “ ^ ΖΛ .二 z-计算得出 Ku 频段双smacos/ sinAzsinEz-sm/ cosAzsinEz+cosacos/icosEz极化平板天线(5)的天线极化面相对于地面接收站当地水平面的波束滚动角ed，式中，,sin a sin β cos E cos(d -φ) + cos a cos E sin(乂 一 φ) — sin a cos β sin EA = arcig(—-；-)，。cos β cos E cos(3 -φ)-\- sm β sin EEz = arcsin (sin α cosEsin (Α- Φ) -cos α cosEsin β cos (Α- Φ) +cos α cos β sinE)，α、β和Φ分别为步骤一中所述姿态检测单元所测得所述移动载体的横滚角、纵摇角和航向角；之后，主控制器(2)根据公式θ = θ s+θ d计算得出所述移动载体在动态条件下的极化角θ即动态极化角，且主控制器(2)同步将计算出来的动态极化角θ传送至辅控制器 ⑶；步骤三、电子变极化单元(4)工作参数的实时调整量确定及同步调整辅控制器(3)根 据动态极化角θ且经内部处理运算实时确定当前状态下为实现Ku频段双极化平板天线 (5)的极化匹配，需对Ku频段双极化平板天线(5)所收发信号的相位与幅度进行调整的调 整量；再根据计算得出的相位与幅度调整量，且经内部处理运算换算得出电子变极化单元 (4)工作参数的实时调整量并相应对电子变极化单元(4)的工作参数进行同步调整；所述 电子变极化单元(4)为双通道变极化系统或单通道变极化系统；步骤四、对天线收发信号对应进行同步调整并实现极化匹配通过步骤三中工作参数 调整后的电子变极化单元(4)对Ku频段双极化平板天线(5)所收发信号的相位或者相位 与幅度进行相应调整，使得Ku频段双极化平板天线(5)所收发信号的调整情况与所述移动 载体的当前位置和姿态改变情况相抵消，从而实现所述移动载体移动过程中Ku频段双极 化平板天线(5)的准确及快速极化匹配。
7.按照权利要求6所述的动中通平板天线电子变极化方法，其特征在于步骤三中所 述单通道变极化系统包括单通道变极化接收系统(4-5)和单通道变极化发射系统(4-6)； 其中，所述单通道变极化接收系统(4-5)包括分别与Ku频段双极化平板天线(5)的水 平极化端口和垂直极化端口相接的可变移相器一(4-13)和可变移相器二(4-14)、分别与 可变移相器一(4-13)和可变移相器二(4-14)相接的衰减器一(4-11)和衰减器二(4_12) 以及对衰减器一(4-11)和衰减器二(4-12)所输出信号进行合并的信号合并器(4-15)， 所述衰减器一(4-11)和衰减器二(4-12)分别与信号合并器(4-15)的两个输入端相接， 所述信号合并器(4-15)的信号输出端与下变频器(7)的信号输入端相接，所述衰减器一 (4-11)、衰减器二(4-12)、可变移相器一(4-13)和可变移相器二(4_14)均与辅控制器(3) 相接且均由辅控制器(3)进行控制；所述单通道变极化发射系统(4-6)包括与通讯设备(8)的信号输出端相接的功分器 一(4-16)、分别与功分器一(4-16)的两个输出端相接的可变移相器三(4-17)和可变移相 器四(4-18)以及分别与可变移相器三(4-17)和可变移相器四(4-18)的输出端相接的衰 减器三(4-19)和衰减器四(4-20)，所述衰减器三(4-19)和衰减器四(4_20)的输出端分 别与Ku频段双极化平板天线(5)的水平极化端口和垂直极化端口相接，所述可变移相器三 (4-17)、可变移相器四(4-18)、衰减器三(4-19)和衰减器四(4_20)均与辅控制器(3)相接 且均由辅控制器(3)进行控制；相应地，步骤四中所述的对天线收发信号进行同步调整并实现极化匹配过程中，分别 通过所述单通道变极化接收系统(4-5)和所述单通道变极化发射系统(4-6)对Ku频段双 极化平板天线(5)所接收与发射的信号进行控制调整；且通过所述单通道变极化接收系统 (4-5)对Ku频段双极化平板天线(5)所接收的信号进行控制调整时，其控制调整过程如 下.40111、幅相调整Ku频段双极化平板天线(5)的水平极化端口和垂直极化端口所接收 的两路信号，分别经可变移相器一(4-13)和衰减器一(4-11)与可变移相器二(4-14)和衰 减器二(4-12)进行幅相调整后，均送至信号合并器(4-15)；.40112、信号合并及单路输出通过信号合并器(4-15)对衰减器一(4-11)和衰减器 二(4-12)所输出的两路信号进行合并，且通过辅控制器(3)对衰减器一(4-11)、衰减器二 (4-12)、可变移相器一(4-13)和可变移相器二(4-14)的工作参数控制调整，使得信号合并 器(4-15)单独输出一路垂直极化信号或一路水平极化信号；信号合并器(4-15)所输出的 一路极化信号经下变频器(7)转变为中频信号后传送至通讯设备(8)；相应地，通过所述单通道变极化发射系统(4-6)对Ku频段双极化平板天线(5)所发射 的信号进行控制调整时，其控制调整过程如下.40121、信号分离通讯设备(8)所输出的一路信号经上变频器(6)转变为一路射频信 号后送至功分器一(4-16)，再通过功分器一(4-16)将转变后的一路射频信号分成两路信 号；.40122、幅相调整及双路输出通过功分器一(4-16)分离出的两路信号分别经可变移 相器三(4-17)和衰减器三(4-19)与可变移相器四(4-18)和衰减器四(4_20)进行幅相 调整后，相应分别馈入Ku频段双极化平板天线(5)的水平极化端口和垂直极化端口 ；且 本步骤中进行幅相调整过程中，通过辅控制器(3)对可变移相器三(4-17)、可变移相器四 (4-18)、衰减器三(4-19)和衰减器四(4-20)的工作参数进行控制调整。
8.按照权利要求7所述的动中通平板天线电子变极化方法，其特征在于所述单通道 变极化接收系统(4-5)还包括放大器一(11)和放大器二(12)，所述Ku频段双极化平板天 线(5)的水平极化端口和垂直极化端口与可变移相器一(4-13)和可变移相器二(4-14)之 间分别接有低噪声放大器一(9)和低噪声放大器二(10)，所述放大器一(11)和放大器二 (12)分别接在衰减器一(4-11)和衰减器二(4-12)与信号合并器(4-15)之间；且放大器 一 (11)和放大器二(12)分别用来补偿信号在所述单通道变极化接收系统(4-5)上传输过 程中的损耗；所述衰减器三(4-19)和衰减器四(4-20)与Ku频段双极化平板天线(5)的水平极化 端口和垂直极化端口之间分别接有功率放大器一(13)和功率放大器二(14)。
9.按照权利要求6所述的动中通平板天线电子变极化方法，其特征在于步骤三中 所述的双通道变极化系统包括双通道变极化接收系统(4-7)和双通道变极化发射系统 (4-8)；所述双通道变极化接收系统(4-7)包括3dB电桥一(4-21)、分别与3dB电桥一(4_21) 的两个输出端相接的可变移相器五(4-22)和可变移相器六(4-23)以及两个输入端分别与 可变移相器五(4-22)和可变移相器六(4-23)相接的3dB电桥二(4_24)，所述3dB电桥一 (4-21)的两个输入端分别与Ku频段双极化平板天线(5)的水平极化端口和垂直极化端口相接，3dB电桥二(4-24)的两个输出端均与下变频器(7)的信号输入端相接，所述可变移 相器五(4-22)和可变移相器六(4-23)均与辅控制器(3)相接且均由辅控制器(3)进行控 制；所述双通道变极化发射系统(4-8)包括分别与通讯设备(8)的信号输出端相接的功分 器二(4-27)或3dB电桥三、分别与功分器二(4-27)或3dB电桥三的两个输出端相接的可 变移相器七(4-29)和可变移相器八(4-30)以及分别与可变移相器七(4-29)和可变移相 器八(4-30)的输出端相接的3dB电桥四(4-33)，所述3dB电桥四(4_33)的两个输出端分 别与Ku频段双极化平板天线(5)的水平极化端口和垂直极化端口相接，所述可变移相器七 (4-29)和可变移相器八(4-30)均与辅控制器(3)相接且均由辅控制器(3)进行控制；相应地，步骤四中所述的对天线收发信号对应进行同步调整并实现极化匹配过程中， 分别通过所述双通道变极化接收系统(4-7)和所述双通道变极化发射系统(4-8)对Ku频 段双极化平板天线(5)所接收与发射的信号进行控制调整；且通过所述双通道变极化接收 系统(4-7)对Ku频段双极化平板天线(5)所接收的信号进行控制调整时，其控制调整过程 如下`40211、信号正交混合及相位调整Ku频段双极化平板天线(5)的水平极化端口和垂 直极化端口所接收的两路信号，先通过3dB电桥一(4-21)进行正交混合；所述3dB电桥一 (4-21)输出的两路正交信号再分别经可变移相器五(4-22)和可变移相器六(4-23)进行相 位调整后，均送至3dB电桥二(4-24)；`40212、信号正交混合及双路输出通过3dB电桥二(4-24)对经可变移相器五(4_22) 和可变移相器六(4-23)所输出的两路信号进行正交混合并形成两路线极化信号，且3dB电 桥二(4-24)所输出的两路线极化信号经下变频器(7)转变为中频信号后传送至通讯设备 (8)；步骤40211中进行相位调整时，通过辅控制器(3)对可变移相器五(4-22)和可变移相 器六(4-23)进行控制，此时3dB电桥二(4-24)的两个输出端相应分别单独输出一路水平 极化信号与一路垂直极化信号；相应地，通过所述双通道变极化发射系统(4-8)对Ku频段双极化平板天线(5)所发射 的信号进行控制调整时，其控制调整过程如下`40221、信号分离通讯设备(8)所输出的一路信号经上变频器(6)转变为一路射频信 号后送至功分器二(4-27)或3dB电桥三，再通过功分器二(4-27)或3dB电桥三将转变后 的一路射频信号分成两路信号；`40222、相位调整及双路输出通过功分器二(4-27)或3dB电桥三分成的两路信号分别 经可变移相器七(4-29)和可变移相器八(4-30)进行相位调整后，相应分别送入3dB电桥 四(4-33)的两个输入端，再通过3dB电桥四(4-33)对可变移相器七(4_29)和可变移相器 八(4-30)所输出的两路信号进行正交混合并形成两路线极化信号，并将3dB电桥四(4-33) 所输出的两路线极化信号分别馈入Ku频段双极化平板天线(5)的水平极化端口和垂直极 化端口 ；且本步骤中进行相位调整时，通过辅控制器(3)对可变移相器七(4-29)和可变移 相器八(4-30)进行控制，此时3dB电桥二(4-24)的两个输出端相应分别单独输出一路水 平极化信号与一路垂直极化信号。
10.按照权利要求9所述的动中通平板天线电子变极化方法，其特征在于所述双通 道变极化接收系统(4-7)还包括放大器三(4-25)、放大器四(4-26)、低噪声放大器三(15)和低噪声放大器四(16)，所述放大器三(4-25)和放大器四(4-26)分别接在3dB电桥一 (4-21)的两个输出端与可变移相器五(4-22)和可变移相器六(4-23)之间，所述低噪声放 大器三(15)和低噪声放大器四(16)分别接在Ku频段双极化平板天线(5)的水平极化端 口和垂直极化端口与3dB电桥一(4-21)的两个输入端之间；且步骤40211中，通过放大器 三(4-25)和放大器四(4-26)对信号传输过程中的损耗进行相应补偿；所述双通道变极化发射系统(4-8)还包括放大器五(4-31)和放大器六(4-32)，所述放 大器五(4-31)和放大器六(4-32)分别接在可变移相器七(4-29)和可变移相器八(4_30) 与3dB电桥四(4-33)的两个输入端之间，且3dB电桥四(4_33)与Ku频段双极化平板天 线(5)的水平极化端口和垂直极化端口之间分别接有功率放大器三(17)和功率放大器四 (18)；且步骤40222中，通过放大器五(4-31)和放大器六(4_32)对信号传输过程中的损耗 进行相应补偿。
全文摘要
本发明公开了一种动中通平板天线电子变极化系统及电子变极化方法，其系统包括对移动载体姿态与位置进行实时测量的状态信息检测单元、据所测量信息计算出移动载体静态及动态极化角的主控制器、对双极化平板天线收发信号进行极化调整的电子变极化单元和对电子变极化单元进行控制的辅控制器；其变极化方法如下移动载体状态信息实时检测与同步传送，静态及动态极化角计算，确定电子变极化单元工作参数的实时调整量，对天线收发信号进行同步调整并实现极化匹配。本发明系统结构简单、体积小且极化控制方法简单、可实现快速极化调整，能满足低轮廓天线系统的设计要求，能有效适用于移动载体卫星通信中的极化对准，有效解决平板天线的变极化问题。
文档编号H01Q21/24GK101916908SQ20101024579
公开日2010年12月15日 申请日期2010年8月4日 优先权日2010年8月4日
发明者姚敏立, 沈晓卫, 田海南, 蔡国新, 许华春, 贾维敏 申请人:中国人民解放军第二炮兵工程学院