Конструкция терминала подвижной связи KU-диапазона

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Конструкция терминала подвижной связи KU- диапазона

М. А. Донских

Аннотация

Решение задачи связи в Арктике, а также - в тундре, в тайге, в лесу, в море, на полях возможно только с использованием мобильных систем спутниковой связи. ФГУП «Космическая связь» (г. Москва) располагает группировкой спутников, которая постоянно расширяется. Для надежной связи в Арктике и в северных широтах, помимо геостационарных спутников, запущены спутники, движущиеся по высокоорбитальным траекториям. Для переключения со спутника на спутник, входящих в зону видимости абонента, необходимо использовать антенные решетки. Проблема заключается в том, что в настоящее время отсутствуют мобильные терминалы высокоскоростной спутниковой связи, а стоимость зарубежных аналогов препятствует широкому их использованию (достигает 50 тысяч долларов).

Ключевые слова: мобильный терминал спутниковой связи, ku- диапазон, связь в Арктике, в тундре, в тайге, в лесу, в море, высокоскоростная спутниковая связь.

THE DESIGN OF THE MOBILE COMMUNICATION TERMINAL

KU-BAND

M. A. Donskih1, Yu. G. Pasternak2, 3, V. A. Pendiurin1, I. V. Popov4, K. S. Safonov2

Abstract

The solution of the communication problem in the Arctic, as well as in the tundra, in the taiga, in the forest, in the sea, in the fields is possible only with the use of mobile satellite communication systems. FSUE "Space communications" (Moscow) has a group of satellites, which is constantly expanding. For reliable communication in the Arctic and Northern latitudes, in addition to geostationary satellites, satellites moving along high-orbit trajectories have been launched. To switch from satellite to satellite, included in the subscriber's visibility area, it is necessary to use antenna arrays. The problem is that currently there are no mobile terminals for high-speed satellite communication, and the cost of foreign analogues prevents their widespread use (up to 50 thousand dollars).

Keywords: mobile satellite communication terminal, ku - band, communication in the Arctic, in the tundra, in the taiga, in the forest, in the sea, high-speed satellite communication

Введение

Основной задачей данной работы является проработка различных вариантов антенной системы и выбор пригодной в дальнейшем для серийного производства терминалов подвижной связи Ku- диапазона.

Важным элементов работы является выбор таких технических решений, которые обеспечат приемлемую стоимость серийного изделия, обеспечивающую конкурентно способную цену на отечественном рынке терминалов. Антенная система для терминалов подвижной связи должна удовлетворять требованиям различных групп потребителей, например:

- для бытового сектора - должна иметь низкую стоимость и малый вес (для установки на легковой автомобиль);

- для железнодорожного и ведомственного транспорта - удовлетворять жестким условиям эксплуатации.

Для обеспечения работы с существующей спутниковой группировкой, расположенной на геостационарной орбите, требуются антенные системы имеющие коэффициент усиления не менее 32-35 дБ. Для обеспечения этих требований антенная система на основе фазированной антенной решетки (ФАР) должна содержать 800 - 1600 антенных элементов, а антенна на основе параболического отражателя должна иметь диаметр не менее 90 см.

Учитывая то, что антенные системы будут устанавливаться на подвижном транспорте, они должны обладать возможностью оперативного управления лучом (диаграммой направленности).

Антенная система терминала подвижной связи должна отрабатывать динамику движения транспортного средства, на котором она размещена:

- обеспечивать поддержание точности наведения антенной системы на спутник по азимуту не хуже 0,5 градуса (RMS),

- обеспечивать скорость вращения по азимуту - не менее 60 град/сек;

- крен - диапазон изменений ±30°, скорость изменения - не более 100°в секунду;

- обеспечивать отработку параметров крен, тангаж - диапазон изменений ±30°, скорость изменения - не более 100°в секунду;

- отрабатывать изменение угловой скорости в азимутальном направлении - не более 60°в секунду.

Актуальность проблемы моделирования и разработок плоских антенн СВЧ и КВЧ с электрически управляемыми характеристиками обусловлена интенсивным внедрением и использованием РТС общего и специального назначения, работающих в высокочастотной области СВЧ диапазона, а также в диапазоне КВЧ. К числу таких систем относятся, например, широко используемые системы приема программ спутникового теле- и радиовещания, широкополосные мультимедийные системы передачи (LMDS (Local Multipoint Distribution Service), MMDS/MVDS (Multipoint Video Distribution Systems) и др. [1]), радиорелейные линии связи [1], радиолокационные системы [1-3], охранные системы [4, 5], а также системы КВЧ военного назначения [2, 6].

Конструкция терминала

Предполагаемый вариант размещения приемной и передающей антенных систем в корпусе мобильного терминала приведен на рис. 1.

Рис. 1. Пример размещения приемной и передающей антенной системы в корпусе терминала

Угол наклона подрешеток в угломестной плоскости, может быть выставлен с помощью механических устройств равным 30 градусов или другой, в зависимости от места расположения. Электронное сканирование лучом по углу места будет выполняться в диапазоне ±30 °, как показано на рис. 2.

Рис. 2. Пример размещения приемной и передающей антенной системы в корпусе мобильного терминала

Предполагаемы габаритные размеры мобильного терминала следующие:

антенное полотно передающее 245х600х65 мм;

антенное полотно приемное 270х690х82 мм;

диаметр кожуха 950 мм, высота 160 мм;

диапазон сканирования по углу места 30°-90°;

КУ = 31…34 дБи.

Изготавливаемый макет мобильного терминала, с размещёнными приемной и передающей антеннами в корпусе мобильного терминала, приведен на рис. 3.

терминал антенна связь мобильный

Рис. 3. Изготавливаемый макет терминала с размещёнными приемной и передающей антеннами

Фрагмент изготавливаемого опорно-поворотного устройства терминала приведен на рис. 4.

Рис. 4. Фрагмент изготавливаемого опорно-поворотного устройства терминала

Структурная схема макета мобильного терминала спутниковой связи, с размещёнными приемной и передающей антеннами в корпусе мобильного терминала, приведена на рис. 5.

Рис. 5. Структурная схема макета мобильного терминала, с размещёнными приемной и передающей антеннами в корпусе мобильного терминала

На рис. 6 показана плата малошумящих усилителей - фазовращателей со снятой экранирующей крышкой.

Плата содержит следующие функциональные узлы:

-2-х каскадный усилитель на полевых транзисторах, коэффициент шума транзистора - 0,6 дБ, коэффициент усиления около 10 дБ;

- управляемый фазовращатель;

- сумматор (16 каналов);

- выходной усилитель.

Рис. 6. Плата малошумящих усилителей - фазовращателей со снятой экранирующей крышкой

На рис. 7 показана плата питания малошумящих усилителей -фазовращателей со снятой экранирующей крышкой

\

Рис. 7. Плата питания малошумящих усилителей - фазовращателей со снятой экранирующей крышкой

На рис. 8 показана плата питания и ВЧ сопряжения. Плата питания и ВЧ сопряжения обеспечивает формирование и передачу через вращающийся коаксиальный переход следующих сигналов:

- питание 48 В ток до 3 А;

- передачу и развязку сигналов ПЧ приема и передачи;

- передачу сигналов канала управления.

Рис. 8. Плата питания и ВЧ сопряжения

На рис. 9 показана ячейка управления и навигации.

Рис. 9. Ячейка управления и навигации

На рис. 10 показана ячейка управления ЦАП.

Рис. 10. Ячейка управления ЦАП

На рис. 11 показан шаговый двигатель с драйвером.

Рис. 11. Шаговый двигатель с драйвером

На рис. 12 показан спутниковый угломер.

Рис. 12. Спутниковый угломер

Заключение

В ходе работ Воронежским государственным техническим университетом и АО НПП «Автоматизированные системы связи» была разработана и изготовлена антенная решетка для мобильного терминала спутниковой связи [7-9]. В Перспективе развития планируется разработать полностью мобильный терминал высокоскоростной спутниковой связи, провести его сертификацию в РФ (при содействии ФГУП «Космическая связь»), организовать серийное производство и продажу, организовать сервисное обслуживание и поддержку.

Создание фазированной антенной решетки для мобильного терминала высокоскоростной спутниковой связи стоимостью не более 700 тысяч рублей (на порядок дешевле зарубежных аналогов) позволит решить проблемы надежной и высокоскоростной связи в местностях со слабо развитой или отсутствующей сетью сотовой связи. Позволит повысить качество жизни граждан за счет доступа к высокоскоростным каналам связи, в т.ч. во время движения транспортных средств.

Литература

Huang, Kao-Cheng. Millimetre Wave Antennas for Gigabit Wireless Communications: a Practical Guide to Design and Analysis in a System Context / Kao-Cheng Huang, David J. Edwards. - John Wiley & Sons Ltd , 2008 . - 271 P.

Вендик, О.Г. Антенны с электрическим сканированием / O.Г. Вендик, М.Д. Парнес; под ред. Л. Д. Бахраха. - С.-Пб.: ЛЭТИ, 2001. - 250 с.

Устройства СВЧ и антенны. Проектирование фазированных антенных решеток: Учеб пособие для вузов / Д.И. Воскресенский [и др.]; под ред. Д.И. Воскресенского. - М.: Радиотехника, 2003. - 632 с.

Masa-Campos, J.L. Design and measurement of a new Radial Line Patch Antenna for DBS reception [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://w3.iec.csic.es/URSI/articulos_modernos/articulos_gandia_2005/articulos/ACE2/660.pdf (дата обращения: 30.09.2009).

Masa-Campos, J.L. Parallel Plate Patch Antenna with TEN0 mode excitation and microstrip coupling lines [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://w3.iec.csic.es/URSI/articulos_modernos/articulos_gandia_2005/articulos/ACE1/662.pdf (дата обращения: 30.09.2009).

Размещено на Allbest.ru