一種海事衛(wèi)星有源天線模塊的制作方法
【專利摘要】過去的幾十年里，由于技術(shù)簡單，人們設(shè)計(jì)出機(jī)械控制海事衛(wèi)星天線，這種天線系統(tǒng)采用單波束天線，沒有辦法得到更寬的低仰角覆蓋范圍，為此本實(shí)用新型提出了一種海事衛(wèi)星有源天線模塊，主要由接收系統(tǒng)（GPS接收系統(tǒng)、衛(wèi)星接收系統(tǒng)）、發(fā)射系統(tǒng)、電壓系統(tǒng)、濾波器系統(tǒng)（輸入和輸出雙工器、衛(wèi)星發(fā)射濾波器、衛(wèi)星接收濾波器、GPS接收濾波器）、信號完整性查驗(yàn)系統(tǒng)和接插件系統(tǒng)組成，能夠基本滿足第四代海事衛(wèi)星天線帶寬設(shè)計(jì)要求。
【專利說明】一種海事衛(wèi)星有源天線模塊
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域，尤其涉及衛(wèi)星通信領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]從早期從事海上遇險(xiǎn)安全通信體系保障到后來向航空和陸地通信的發(fā)展，海事衛(wèi)星通信更多的應(yīng)用主要是在應(yīng)急通信領(lǐng)域。而隨著INMARSAT第四代海事衛(wèi)星的應(yīng)用，衛(wèi)星容量大幅增漲，是第三代衛(wèi)星的16倍，更高的衛(wèi)星功率意味著更小的終端，其星座設(shè)計(jì)為三顆衛(wèi)星覆蓋全球，2005年底，海事衛(wèi)星通信實(shí)現(xiàn)了全球的無縫隙覆蓋，當(dāng)今，海事衛(wèi)星通信發(fā)展迅速，它通過電話、傳真和數(shù)據(jù)通信等形式使我們可以和任何地點(diǎn)的人通信，且價(jià)格合理，在過去的30年里，人們已經(jīng)發(fā)射了許多應(yīng)用于全球和區(qū)域海事衛(wèi)星通信系統(tǒng)的海事衛(wèi)星。
[0003]海事衛(wèi)星通信系統(tǒng)可以根據(jù)它們所處地球上方的緯度定義為地球同步軌道(GEO)衛(wèi)星系統(tǒng)，中緯地球軌道(MEO)衛(wèi)星系統(tǒng)和低緯地球軌道(LEO)衛(wèi)星系統(tǒng)。針對用戶特殊用途，每個(gè)系統(tǒng)都有其優(yōu)缺點(diǎn)。GEO由于處于高緯度，全球覆蓋可以僅用3顆GEO衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)，而對于LEO系統(tǒng)，為達(dá)到相同的覆蓋率則需要幾十到幾百顆衛(wèi)星，由于GEO系統(tǒng)的衛(wèi)星對于地球相對靜止，地面工作站天線和衛(wèi)星之間不需要具備入口連接的跟蹤能力，雖然GEO衛(wèi)星位于赤道上方35700公里，發(fā)射費(fèi)用昂貴，同時(shí)又0.37秒的傳輸延遲，但是預(yù)計(jì)未來GEO系統(tǒng)將繼續(xù)在海事衛(wèi)星通信市場中占主宰地位。
[0004]由于人們不但規(guī)劃新的全球和區(qū)域GEO系統(tǒng)，GEO系統(tǒng)的商業(yè)用途已經(jīng)應(yīng)用于移動(dòng)通信的幾個(gè)系統(tǒng)中，比如INMARSAT、MSAT (北美衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng))和OPTUS (澳都斯)。前兩個(gè)系統(tǒng)使用中心頻率為1.593GHz,相對帶寬為8.5%的衛(wèi)星鏈路(衛(wèi)星到用戶終端的下行鏈路為1.5250 GHz-1.5590 GHz，用戶終端到衛(wèi)星的上行鏈路為1.6565 GHz — 1.6605GHz)。OPTUS系統(tǒng)使用中心頻率為1.603 GHz相對帶寬為7.2%的衛(wèi)星鏈路(下行鏈路為1.5450 GHz-1.5590 GHz，上行鏈路為1.6465 GHz-1.6605 GHz)。由于對帶寬和仰角覆蓋范圍的要求不同，應(yīng)用于前兩個(gè)系統(tǒng)的海事衛(wèi)星天線陣比應(yīng)用于第三個(gè)系統(tǒng)的海事衛(wèi)星天線陣更具技術(shù)挑戰(zhàn)性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]對于海事衛(wèi)星天線，我們要求，在水平面上，任何移動(dòng)終端必須有衛(wèi)星跟蹤能力并且0° — 360° 的水平角，對仰角覆蓋范圍的要求取決于終端使用的特定區(qū)域。如，對于澳大利亞使用的OPTUS系統(tǒng)仰角覆蓋30° — 70°就足夠了，北美使用的是INMARSAT和MSAT系統(tǒng)，仰角需要覆蓋20° — 70°，對仰角覆蓋范圍要求最高的是大陸之間的航海系統(tǒng)，它經(jīng)常需要覆蓋整個(gè)赤道，這需要覆蓋范圍達(dá)到20° — 90°的全球終端，雖然這里沒有對天線軸比的特定要求，但復(fù)合增益仍定義在終端天線的增益減去終端天線和衛(wèi)星入射波之間的極化失配因子，它的大小在工作帶寬內(nèi)不得低于7dB。天線的回波損耗通常要求低于-10 dB。為了適應(yīng)汽車由于惡劣的路況而震動(dòng)和輪船因海上強(qiáng)風(fēng)搖擺的情況，天線的結(jié)構(gòu)必須牢固，為了能安裝在交通工具上，天線需要重量輕，天線需要低剖面來降低由于交通工具快速行駛而引起風(fēng)的阻力，最后一個(gè)也是其中一個(gè)很重要的要求就是，作為商業(yè)產(chǎn)品天線必須成本低廉,這樣才能夠開拓足夠大的市場。
[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種針對現(xiàn)有技術(shù)缺陷的一種海事衛(wèi)星有源天線模塊，本發(fā)明經(jīng)過分析及測試，可以達(dá)到工作頻段:海事衛(wèi)星接收1518-1559MHZ，海事衛(wèi)星發(fā)射 1626.5-1675 MHz, GPS 頻率:1565.19-1585.65 MHz ;增益:GPS ≥ 26dB,海事衛(wèi)星接收≥26Db,海事衛(wèi)星發(fā)射≥IldB ;駐波比≤1.5 ;端口阻抗:50Q ;適用溫度:-40 — 70°C，并且根據(jù)本發(fā)明的特殊要求各接頭都是定制的，是在基礎(chǔ)接頭的前提下進(jìn)行改良過的。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的采用的技術(shù)方案:
[0008]一種海事衛(wèi)星有源天線模塊，包含接收系統(tǒng)、發(fā)射系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、濾波器系統(tǒng)、信號完整性查驗(yàn)系統(tǒng)和接插件系統(tǒng)，具體實(shí)現(xiàn)包含濾波器(I )，濾波器(I)上連接頭(9)下連低噪聲放大器(2)，所述的低噪聲放大器(2)下連功分器(3)，所述的功分器(3)下連兩路支路，一路支路下連濾波器(4)另一路支路下連濾波器(5)，所述的濾波器(4)下連定制接頭
(10)，所述的濾波器(5)下連定制接頭(11)，所述的定制接頭(11)下連濾波器(6)，所述的濾波器(6 )下連放大器(7 )，所述的放大器(7 )下連濾波器(8 )，所述的濾波器(8 )下連定制接頭(9)。
[0009]所述的接收系統(tǒng)包含GPS接收系統(tǒng)、衛(wèi)星接收系統(tǒng)；所述的GPS接收系統(tǒng)采用一級放大直接實(shí)現(xiàn)26dB放大增益或者采用二級級聯(lián)的方式實(shí)現(xiàn)26dB放大增益；所述的衛(wèi)星接收系統(tǒng)同所述的GPS接收系統(tǒng)一樣可以采用一級直接放大或二級級聯(lián)的方式實(shí)現(xiàn)放大增益26dB ;所述的二級級聯(lián)方式是在兩個(gè)一級級聯(lián)電路中間加帶通濾波器的放大器。
[0010]所述的發(fā)射系統(tǒng)采用一級放大電路直接實(shí)現(xiàn)IldB ;所述的發(fā)射系統(tǒng)采用220120M芯片，該芯片在頻率為1595MHz時(shí)增益為18 dB。
[0011 ] 所述的電源系統(tǒng)采用降壓穩(wěn)壓芯片對同軸電纜芯來的電壓進(jìn)行穩(wěn)壓變換。優(yōu)選型號LM25574。所述的LM25574通過逐周期限流、短路保護(hù)、熱關(guān)斷和遠(yuǎn)程關(guān)斷等措施保證其可靠性，其提供TSSOP-16封裝。
[0012]所述的濾波器系統(tǒng)包含輸入和輸出雙工器、衛(wèi)星發(fā)射濾波器、衛(wèi)星接收濾波器和GPS接收濾波器；所述的輸入和輸出雙工器的輸入頻率為1518-1577MHZ，輸出頻率為1626-1676MHZ ;所述的衛(wèi)星發(fā)射濾波器的工作頻率為1626_1676MHz ;所述的衛(wèi)星接收濾波器的工作頻率為1518-1577MHZ ;所述的GPS接收濾波器的工作頻率為1570_1580MHz。
[0013]所述的信號完整性查驗(yàn)系統(tǒng)采用示波器家一個(gè)l_2ghz的檢波器，從發(fā)射耦合出信號，通過對數(shù)放大，來檢查信號。
[0014]有益效果:
[0015]本發(fā)明下的海事衛(wèi)星天線模炔基本滿足各項(xiàng)天線單元所需指標(biāo)及工程要求，并且體積小，頻帶寬，成本低廉。
[0016]本發(fā)明采用特別定制接頭，解決了由于天線所用饋線基板比較厚導(dǎo)致其與傳統(tǒng)的微帶同軸轉(zhuǎn)換接頭連接不方便的問題。
[0017]本發(fā)明采用功分器基本滿足第四代海事衛(wèi)星天線帶寬設(shè)計(jì)要求。
[0018]【專利附圖】

【附圖說明】:
[0019]圖1:本發(fā)明的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)圖；[0020]其中圖1中:1、4、5、6、8——濾波器；2——低噪聲放大器；3——功分器；；7——放大器；；9 —11:接頭；
[0021]圖2:本發(fā)明所述一級LNA級聯(lián)實(shí)現(xiàn)圖；
[0022]圖3:本發(fā)明所述的二級LNA級聯(lián)實(shí)現(xiàn)圖；
[0023]圖4:本發(fā)明的發(fā)射系統(tǒng)芯片輸入端電路圖；
[0024]圖5:本發(fā)明的發(fā)射系統(tǒng)放大后的輸出匹配電路圖；
[0025]圖6:本發(fā)明所述的降壓穩(wěn)壓器工作電路圖；
[0026]圖7:本發(fā)明所述的雙工器的實(shí)現(xiàn)效果及測試數(shù)據(jù)圖；
[0027]圖8:本發(fā)明所述的衛(wèi)星發(fā)射濾波器效果及測試數(shù)據(jù)圖；
[0028]圖9:本發(fā)明所述的接收濾波器的仿真效果圖；
[0029]圖10:本發(fā)明GPS接收濾波器的仿真效果圖。
[0030]具體實(shí)施方案:
[0031]一種海事衛(wèi)星有源天線模塊，包含接收系統(tǒng)(內(nèi)含GPS接收系統(tǒng)、衛(wèi)星接收系統(tǒng)、)、發(fā)射系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、濾波器系統(tǒng)、信號完整性查驗(yàn)系統(tǒng)、接插件系統(tǒng)。
[0032]如圖1所示，本發(fā)明包括濾波器(1)，所述的濾波器(I)與所述的低噪聲放大器(2)相連，所述的此時(shí)的濾波器(I)的作用是把GPS信號和海事衛(wèi)星接收信號分離出來；所述的低噪聲放大器(2)上連所述的濾波器(I)同時(shí)下連所述的功分器(3)，此時(shí)所述的低噪聲放大器的作用是對下行信號進(jìn)行放大；所述的功分器(3)上連低噪聲放大器(2)同時(shí)下連兩個(gè)支路，一個(gè)支路連接濾波器(4)，另一支路連接濾波器(5)，此時(shí)的功分器(3)的作用把下行信號分為2個(gè)部分，一部分為GPS信號輸出給濾波器(4)，一部分為海事衛(wèi)星接收信號輸出給濾波器(5);所述的濾波器(4)上連功分器(3)下連接頭(10)，此時(shí)的濾波器(4)的作用是把GPS信號分離出來；所述的濾波器(5)上連分工器(3)下連接頭(11)。所述的接頭
(11)上連濾波器(5)下連濾波器(6)，此時(shí)的濾波器(6)的作用是控制海事衛(wèi)星發(fā)射信號；所述的放大器(7 )上連濾波器(6 )下連濾波器(8 )，此時(shí)的放大器(7 )作用是把海事衛(wèi)星發(fā)射信號放大；所述的濾波器(8)上連放大器(7)下連接頭(9)，此時(shí)的濾波器(8)的作用是把發(fā)射信號放大后濾波。
[0033]第一步，在接收系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，首先考慮GPS接收系統(tǒng)設(shè)計(jì)，考慮到其基本設(shè)計(jì)指標(biāo):增益3 26dB，噪聲系數(shù)=1.5dB,駐波=2，增益平坦度=±1.0 dB，采用一級放大直接實(shí)現(xiàn)26dB放大增益(如圖2)或者采用二級級聯(lián)的方式實(shí)現(xiàn)26dB放大(如圖3)的硬件實(shí)現(xiàn)方式，其中GPS信號在所述的低噪聲放大器的電路中，和海事衛(wèi)星接收為同一部分電路(如圖2)。其次考慮衛(wèi)星接收系統(tǒng)設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)指標(biāo)同上GPS接收系統(tǒng)設(shè)計(jì)指標(biāo)，同樣采用同上GPS接收系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)方式。其中圖1為一級LNA級聯(lián)實(shí)現(xiàn)圖，能夠?qū)崿F(xiàn)增益16-18dB，噪聲小于ldB，其中Ql為HEMT低噪聲放大器，具有優(yōu)良的噪聲，適合小信號的接收。而圖2為二級LNA級聯(lián)實(shí)現(xiàn)圖，是在兩個(gè)一級級聯(lián)LNA的基礎(chǔ)上中間加帶通濾波器的放大器，使得增益可以達(dá)到“26 dB+濾波器插損”，此時(shí)由于海事衛(wèi)星接收系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)為26 dB的增益，由于濾波器的插損，我們采用的無損失增益為“26 dB+濾波器插損”。
[0034]第二步，在發(fā)射系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到其設(shè)計(jì)指標(biāo):增益會(huì)lldB，噪聲系數(shù)=1.5dB,駐波=2，增益平坦度=±1.0 dB，連續(xù)波最大功率12W，本發(fā)明采用一級放大(如圖2)直接實(shí)現(xiàn)11 dB放大增益，尤其在功能模塊選擇時(shí)，考慮到LDMOS具有優(yōu)良的增益、高效率和線性，本發(fā)明選擇220121M芯片，可以達(dá)到10多瓦的功率，在額定工作電壓28V的情況下其增益為“IldB+濾波器插損”，芯片增益在發(fā)射頻率在1595MHz的時(shí)為18dB左右，如圖4:發(fā)射系統(tǒng)芯片輸入端電路圖，通過此電路測試，本發(fā)明能達(dá)到最好的駐波比及最小的反射，如圖5:發(fā)射系統(tǒng)放大后的輸出匹配電路圖,放大后的功率輸出能夠達(dá)到最優(yōu)化。
[0035]第三步，在電源部分設(shè)計(jì)時(shí)，本發(fā)明采用一降壓穩(wěn)壓芯片，對同軸電纜芯來的電壓進(jìn)行穩(wěn)壓變換，確保系統(tǒng)可以可靠穩(wěn)定的運(yùn)行，如圖6，本發(fā)明采用的降壓穩(wěn)壓器可利用最少的兀器件來優(yōu)化一款穩(wěn)健的電源，本發(fā)明米用的降壓穩(wěn)壓器的輸入電壓范圍為6-42V，通過內(nèi)部集成的750mQ N溝道輸出0.5A的連續(xù)電流，穩(wěn)壓器利用了仿真電流模式設(shè)計(jì)，可以提供內(nèi)部線性調(diào)節(jié)和精確的負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)，易于回路補(bǔ)償，且不存在電流模式穩(wěn)壓器低占空比的限制。工作頻率在50kHz — IMHz內(nèi)可調(diào)，以實(shí)現(xiàn)尺寸和效率最優(yōu)化，同時(shí)為減少電磁干擾(EMI)，降壓穩(wěn)壓器的頻率同步引腳允許多個(gè)集成電路(IC)自同步或與外部時(shí)鐘同步，降壓穩(wěn)壓器通過逐周期限流、短路保護(hù)、熱關(guān)斷和遠(yuǎn)程關(guān)斷等措施保證其可靠性。
[0036]第四步，在濾波器系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，包含輸入和輸出雙工器、衛(wèi)星發(fā)射濾波器、衛(wèi)星接收濾波器和GPS接收濾波器。如圖7雙工器的實(shí)現(xiàn)效果及測試數(shù)據(jù)圖，雙工器是雙工電臺(tái)收發(fā)信號同時(shí)出入的必經(jīng)途徑，它既能將微弱的接收信號耦合起來，又能將較大的發(fā)射功率饋送到天線上去，且兩者各自完成其功能而不相互影響，在雙工電臺(tái)中起到收發(fā)共同天線的作用。本發(fā)明在基礎(chǔ)雙工器的前提上改良設(shè)計(jì)開發(fā)的雙工器(如圖7)其信號輸入頻率為1518-1577MHZ，信號輸出頻率為1626-1676 MHz0本發(fā)明在基礎(chǔ)濾波器的前提下改良設(shè)計(jì)采用的衛(wèi)星接收濾波器(如圖9)的工作頻率為1518-1577MHZ，衛(wèi)星發(fā)射濾波器(如圖8)的工作頻率為1626-1676 MHz，GPS接收濾波器(如圖10)的工作頻率為1570_1580MHz。
[0037]第五步，在信號完整性查驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，從發(fā)射耦合出信號，通過對數(shù)放大，來檢查信號，將來米用不波器加一個(gè)l-2ghz的檢波器。
[0038]第六步，本發(fā)明采用的接插件系統(tǒng)，都是根據(jù)基礎(chǔ)信號接插件改良的適用于本發(fā)明的接插件。
[0039]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)有的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種海事衛(wèi)星有源天線模塊，包含接收系統(tǒng)、發(fā)射系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、濾波器系統(tǒng)、信號完整性查驗(yàn)系統(tǒng)和接插件系統(tǒng)，具體實(shí)現(xiàn)包含濾波器(I )，濾波器(I)上連接頭(9)下連低噪聲放大器(2)，所述的低噪聲放大器(2)下連功分器(3)，所述的功分器(3)下連兩路支路，一路支路下連濾波器(4)另一路支路下連濾波器(5)，所述的濾波器(4)下連定制接頭(10)，所述的濾波器(5)下連定制接頭(11)，所述的定制接頭(11)下連濾波器(6)，所述的濾波器(6 )下連放大器(7 )，所述的放大器(7 )下連濾波器(8 )，所述的濾波器(8 )下連定制接頭(9)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種海事衛(wèi)星有源天線模塊，其特征在于所述的接收系統(tǒng)包含GPS接收系統(tǒng)、衛(wèi)星接收系統(tǒng)；所述的GPS接收系統(tǒng)采用一級放大直接實(shí)現(xiàn)26dB放大增益或者采用二級級聯(lián)的方式實(shí)現(xiàn)26dB放大增益；所述的衛(wèi)星接收系統(tǒng)同所述的GPS接收系統(tǒng)一樣可以采用一級直接放大或二級級聯(lián)的方式實(shí)現(xiàn)放大增益26dB ;所述的二級級聯(lián)方式是在兩個(gè)一級級聯(lián)電路中間加帶通濾波器的放大器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種海事衛(wèi)星有源天線模塊，其特征在于所述的發(fā)射系統(tǒng)采用一級放大電路直接實(shí)現(xiàn)IldB ;所述的發(fā)射系統(tǒng)采用220120M芯片，該芯片在頻率為1595MHz時(shí)增益為18 dB。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種海事衛(wèi)星有源天線模塊，其特征在于所述的電源系統(tǒng)采用降壓穩(wěn)壓芯片對同軸電纜芯來的電壓進(jìn)行穩(wěn)壓變換，優(yōu)選型號LM25574，所述的LM25574通過逐周期限流、短路保護(hù)、熱關(guān)斷和遠(yuǎn)程關(guān)斷等措施保證其可靠性，其提供TSSOP-16封裝。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種海事衛(wèi)星有源天線模塊，其特征在于所述的濾波器系統(tǒng)包含輸入和輸出雙工器、衛(wèi)星發(fā)射濾波器、衛(wèi)星接收濾波器和GPS接收濾波器；所述的輸入和輸出雙工器的輸入頻率為1518-1577MHZ，輸出頻率為1626_1676MHz ;所述的衛(wèi)星發(fā)射濾波器的工作頻率為1626-1676MHZ ;所述的衛(wèi)星接收濾波器的工作頻率為1518_1577MHz ;所述的GPS接收濾波器的工作頻率為1570-1580MHZV。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種海事衛(wèi)星有源天線模塊，其特征在于所述的信號完整性查驗(yàn)系統(tǒng)采用示波器家一個(gè)l_2ghz的檢波器，從發(fā)射耦合出信號，通過對數(shù)放大，來檢查信號。
【文檔編號】H04B7/185GK203466817SQ201320612458
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月30日
【發(fā)明者】李江華, 史焱, 續(xù)欣 申請人:南京凱瑞得信息科技有限公司