卫星通信终端天线的5种对星模式之一：信标跟踪

卫星通信终端天线的5种对星模式之一：信标跟踪

要实现稳定可靠的卫星通信，地面终端天线必须精准地对准远方的卫星。对星的过程是一个不断搜索、不断逼近的过程，其目标是让天线波束中心精确指向卫星，从而获得最大信号接收与发射效率。

卫星通信终端天线的对星技术是保障卫星通信链路稳定的关键。目前常用的对星模式主要包括以下五种：

• • 信标跟踪

• • 载波跟踪

• • 参考星跟踪

• • 程序跟踪

• • 手动跟踪

本文将重点介绍其中一种常见且高效的自动对星方式——信标跟踪。

---

信标跟踪简介

信标跟踪是当前卫星通信终端最常用、最可靠的一种自动对星方式。卫星会在下行链路中持续发射一个专用信标信号，该信号通常是窄带、高功率的连续波信号，具有固定的频率和极化方式。

每个卫星的信标参数由卫星运营商提供，并可在相关网站查询到。以下是中国卫通旗下部分高轨卫星的信标参数示例：

卫星的信标

以中星10号卫星为例，在 Ku 频段设有两个信标信号：

• • 频率：12745 MHz，水平极化；

• • 频率：12741 MHz，垂直极化；

信标跟踪的优势

信标信号是由卫星独立发射的，与用户业务数据完全无关。即使业务中断，信标信号仍然存在，天线仍能保持对星 。这使得信标跟踪具有以下几个优势：

• • 可靠性高：不受用户数据中断影响；

• • 稳定性强：始终可以用于对星；

• • 精度较高：通过 AGC 电压反馈实现精确控制。

我们在 《用比较不严谨的文字介绍遥测自跟踪天线的基本原理》 中介绍了遥测自跟踪天线的原理，遥测自跟踪天线🈶️多个馈源，采用单脉冲跟踪的技术。天线馈源能够产生和、差波束。和波束用来接收信号，差波束用来检测天线指向的偏差。这种跟踪方式具有高精度、响应速度快、抗干扰能力强的特点。但是缺点也很明显，就是成本高、设备复杂。

而在实际应用中，考虑到成本和体积限制，大多数卫星通信天线采用的是单馈源 + 信标接收机 AGC 电压反馈的方式进行信标跟踪。

---

信标跟踪系统的组成与工作流程

系统连接结构

信标跟踪系统通常包括以下组件：

• • 天线；

• • LNB（低噪声变频器）；

• • 信标接收机；

• • 天线控制器 ACU；

其连接关系如下图所示：

信标跟踪中卫通系统连接关系

信标跟踪基本流程

1. 1. 信标信号接收
   卫星持续发射信标信号，地面天线接收到后送入信标接收机。

2. 2. AGC电路工作
   信标接收机内部的 AGC（自动增益控制）电路会根据接收到的信标信号的强度自动调整增益，以保持输出信号的幅度在一定的范围内保持稳定。信号越强，AGC增益越小，输出AGC电压越高；信号越弱，AGC增益越大，输出AGC电压越小。

   我们在机载相控阵天线控制器设计中提到过下面这个图。这个是某信标接收机输出AGC电压和输入信标信号功率之间的对应关系。

   

   输入功率和信标机输出

   图中，卫星信号接收机输出的AGC电压和卫星信号的功率成正比，呈线性关系。下面这个图，是某型号的卫星信号接收机的测试情况，其中信号功率单位是dBm，AGC的单位是电压V 。

   AGC电压与输入信号功率之间呈稳定的线性关系，这一特性是信标跟踪的核心基础。

3. 3. 天线扫描与信号检测
   天线控制器 ACU 通过驱动天线在方位角和俯仰角方向上进行小范围扫描，记录不同角度下的 AGC 电压值。

   • • 抛物面天线通常采用圆锥扫描；

   • • 相控阵天线则常采用步进扫描。

4. 4. 峰值追踪与对准
   在扫描的过程中，ACU会记录下不同指向下的AGC电压值。ACU 会寻找 AGC 电压的最大值点，认为该点对应天线波束对准卫星的位置。随后，ACU 会将天线调整至该角度，并在其附近持续微调，以维持对星状态。

---

信标跟踪的关键参数

信标跟踪的有效性依赖于以下几个关键参数：

• • 信标频率与极化：需与卫星参数匹配；

• • 信号捕获范围：决定了信号检测的频率范围；

• • 处理延时：一般在 2ms 左右，影响响应速度；

• • 幅度稳定度：反映 AGC 输出的稳定性，通常在 ±0.25 dB 以内；

• • 刷新周期：决定跟踪频率与实时性；

下图展示了一个典型信标接收机的基本参数指标：

信标接收机基本参数指标

其中信标频率 = 卫星发射频率 - LNB 本振频率。例如，若使用 本振频率是11300 MHz 的 LNB 接收中星10号卫星的 12745 MHz 信标，则设置频率为 12745 - 11300 = 1445 MHz。

由于信标信号是没有调制的连续波，能量高度集中在一个非常窄的带宽内，典型的信标接收机带宽通常在几十kHz量级，极窄的带宽能最大限度抑制噪声和干扰，显著提高信标信号的信噪比（SNR），有利于精确跟踪。

处理延时的代表的是信标接收机的响应速度，处理延时一般在2ms左右；

幅度稳定度代表的是输出稳定性，即当输入信标信号功率保持不变时，输出的AGC电压的波动范围，一般来说，信标接收机的幅度稳定度可达±0.25dB以内。

---

数字化 AGC 信号处理

为了简化ACU的设计并减少其对外部模拟信号处理的需求，信标接收机内部通常都自带ADC采样电路，把模拟的AGC电压信号转换为数字化的AGC电压，然后通过异步串口把数字化之后的AGC电压传输到天线控制器ACU。

这种设计提高了系统的集成度和可靠性。

数字化AGC信标接收

---

总结

基于 AGC 电压的信标跟踪方式因其成本效益高、性能稳定、易于实现，已成为卫星通信终端中最主流的对星方式之一。尤其在小型或中型 VSAT 终端、机载/车载/船载/便携站等场景中广泛应用。

码字不易，大家觉得文章不错，就安排一下一键三连吧：点赞、分享、推荐。