天線、伺服系統

天線、伺服系統是用來控制天線，使之準確地自動跟蹤空中目標的方向，也就是要使目標總是處於天線軸線的方向上的，用來精確地跟隨或復現某個過程的反饋控制系統，又稱隨動系統，主要解決位置跟隨系統的控制問題。在很多情況下，伺服系統專指被控制量（系統的輸出量）是機械位移或位移速度，加速度的反饋控制系統，並要求具有足夠的控制精度。其作用是使輸出的機械位移（或轉角）準確地跟蹤輸入地位移（或轉角）。伺服系統的結構組成和其他形式反饋控制系統沒有原則上的區別，它是由若干元件和部件組成的並具有功率放大作用的一種自動控制系統。 由於通信衛星位於對地靜止同步軌道上，距赤道上空約40000km，空間的傳輸路徑損耗非常大，。為了接收衛星下行微弱的信號，。對地球站的天線提出了一系列要求。天線是地球站的主要設備，其性能的好壞直接決定地球站的工作性能。

1．天線類型

在地球站中，目前使用最普遍的天線是二次反射的拋物面天線(卡塞格倫天線)，這類天線是一種面式天線，具有方向性強、增益高、噪聲溫度低等優點，所以被廣泛使用。

2．對地球站天線主要特徵要求

對天線特徵要求為高增益、寬頻帶、低噪聲、高效率。此外，對天線方向圖特性也有嚴格要求。

早期CCIR對地球站天線方向圖形規定的指標為：

在以發射主瓣為中心參考點的1°以外處，同極化或交叉極化分量的峰值(旁瓣)超過下式描述的包絡線的數目不能多於總旁瓣數的10%

G==32－25Lg25lgθdBi 1°≤θ≤48°

G≤－10 dBi θ>>48°

式中：G為旁瓣增益，θ是主波束最大值(中心軸)與該旁瓣間的夾角，以度為單位。

但這一規定只能滿足軌道上的鄰星距離大於3°時的性能要求，為了能在同步軌道上安排更多顆衛星，並將鄰星間距縮小至2.5°或更小，INTELSAT對1989年以後新建的地球站提出了更嚴格的指標(採用ITU-－–R580-－–3要求)，即：

G==29－25Lg25lgθdBi 1°≤θ≤20°

G== －7dBi 20°<<θ≤26.3°

G==32－25lLgθ dBi 26.3°≤θ≤48°

G== –10 dBi 48°<<θ

且第一旁瓣電平應比主瓣至少低14 dB。

還建議以前建的地球站，在大修後也應滿足這一指標。對接收旁瓣不做強制性要求，但建議採用CCIR指標。

3．對地球站天線的其他要求

從跟蹤衛星的需要出發，天線應具有良好的旋轉性，天線口徑大於6m(C頻段)和4m(Ku頻段)以上，務必設定天線自動跟蹤系統。

天線跟蹤目前主要採用兩種方式，一是極值(最大值)步進跟蹤，二是相位跟蹤，另外有在特定條件下也有採用程式跟蹤。

天線應該具有良好的機械結構強度，能經受12級大風。

天線應該具有良好的交叉極化隔離度。

4．天線跟蹤系統

為了確保地球站天線始終對準遠離地球大約4萬公里的衛星，因此地球站必須有一套可靠的自動跟蹤系統，用它識別來自衛星的跟蹤信號。現以最常用的極值步進跟蹤為例，對地球站天線跟蹤系統加以說明。，跟蹤設備不斷檢測這一信號大小，用這一信號的大小作為驅動天線旋轉方向的依據，並在天線控制單元發出轉動天線的命令後，在天線驅動系統的作用下使天線轉動。由於天線的指向有方位和俯仰兩個方向，所以天線自動跟蹤系統由方位和俯仰二套設備組成。

5．天線跟蹤系統的組成

天線跟蹤系統組成如圖1所示。

其中，ACU(天線控制單元)是以微處理器為基礎，加上其他功能模組，完成各種控制方式。它根據天線的位置數據、接收的星標信號電平以及它前面板各開關的狀態，產生對天線控制所需的各種狀態命令和速度命令。ACU將這些狀態命令和速度命令送入驅動系統。同時，ACU可以通過前面板上的各種操作鍵對天線的各種參數和特性參數重新設定和存儲，並顯示天線的各種參數。

AZ、EL(方位、俯仰)驅動系統是將ACU送來的速度命令經過邏輯控制電路及相關輸出電路驅動交流馬達，通過齒輪變速箱減速驅動天線轉動，從而使天線精確地指向衛星。

角度感測器：它與天線轉動軸相連，所以在天線的方位軸和俯仰軸各配置一個，由於角度感測器的中心軸與天線方位、俯仰軸相連，當天線轉動時它就能感應出不同的電壓，這個電壓的變化就反映了天線轉動角度的變化。

PDU位置顯示單元：它接收角度感測器輸出的電壓，完成天線位置的檢測和天線角度的顯示，同時把檢測到的天線位置數據送入ACU。作為天線閉環反饋，構成天線跟蹤系統。

跟蹤下變頻器：它專用於接收衛星上的信標信號，經過二次變頻輸出中頻信號供給在ACU內的跟蹤接收機用。

跟蹤接收機：作為ACU內部的一個功能模組採用自動增益控制和鎖相環技術，接收由下變頻器輸出的中頻信號，經信號處理產生控制邏輯信號驅動馬達，跟蹤系統根據此電壓的大小來決定天線轉動方向，保證天線精確地指向衛星。

驅動電機：共有兩個，AZ、EL各一個。並設定減速齒輪箱，以提高精度。

跟蹤接口計算機(PTIC)：PTIC與ACU接口，實現天線控制的高級程式跟蹤和對天線狀態的監視與監控，為遙控操作提供接口。