空基網絡定向天線對準與跟蹤技術綜述
電子技術應用 2023年6期
田娟，蔡愛華，翁麗娜
（中國電子科技集團公司電子科學研究院， 北京 100041）
摘要： 為了滿足寬頻帶、大容量、遠距離和多成員等未來通信需求，定向天線逐漸廣泛地投入應用。由于定向天線只在某些特定方向上收發電磁波，相比于全向天線其隱蔽性和抗干擾性強，增加了輻射功率的有效利用率，因此能擴大通信距離，更好地適應多節點的復雜環境。但同時該特性也使得“定向天線對準”成為了研究熱點，尤其是為了緩解通信頻段變高后傳播損耗帶來的影響，定向天線波束收窄，導致對準難度進一步加劇；而空基環境中通信雙方高速運動，如何保持實時跟蹤也成為關鍵問題。因此針對空-空應用場景，綜述定向天線對準及跟蹤過程中指向求解、角度測量和波束跟蹤等方法，并討論分析了各方法的優缺點；總結出以軌跡預測為輔助，基于坐標-信號聯合跟蹤控制方案的系統架構，說明了定向天線對準及跟蹤技術的潛在挑戰和未來的發展方向。
中圖分類號：TN827+.4
文獻標志碼：A
DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.223480
中文引用格式： 田娟，蔡愛華，翁麗娜. 空基網絡定向天線對準與跟蹤技術綜述[J]. 電子技術應用，2023，49(6)：1-8.
英文引用格式： Tian Juan，Cai Aihua，Weng Lina. Review on alignment and tracking technologies of directional antenna in air-based networks[J]. Application of Electronic Technique，2023，49(6)：1-8.
文獻標志碼：A
DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.223480
中文引用格式： 田娟，蔡愛華，翁麗娜. 空基網絡定向天線對準與跟蹤技術綜述[J]. 電子技術應用，2023，49(6)：1-8.
英文引用格式： Tian Juan，Cai Aihua，Weng Lina. Review on alignment and tracking technologies of directional antenna in air-based networks[J]. Application of Electronic Technique，2023，49(6)：1-8.
Review on alignment and tracking technologies of directional antenna in air-based networks
Tian Juan，Cai Aihua，Weng Lina
(China Academy of Electronic and Information Technology， Beijing 100041， China)
Abstract： In order to meet the requirements of future communication such as wide band, large capacity, long distance and multi-member, directional antenna has been gradually and widely used. The directional antenna only sends and receives electromagnetic waves in some specific directions, compared with the omnidirectional antenna, it has good concealment and anti-interference ability, and increases the effective utilization of radiation power, so it can expand the communication distance and adapt to the complex environment of multi-member better. But at the same time, this feature makes “directional antenna alignment” become the hot spot of research. The beam gets narrower in order to alleviate the influence of propagation loss when the communication frequency gets higher, which intensifies the difficulty of alignment. And both communication parties move at a high speed, how to keep the antenna tracking in real time is another crucial. Therefore, aiming at the air-to-air scenario, this paper summarizes the methods of pointing solution, angle measurement and dynamic tracking, and discusses both the advantages and disadvantages of each method. Then the system architecture based on a control scheme combining coordinate tracing strategy and signal tracing strategy aided by motion prediction is concluded, and the potential challenges and future development of directional antenna alignment and tracking technology are also illustrated.
Key words : air-to-air；directional antenna alignment；dynamic tracking；angle measurement；motion prediction
0 引言
隨著移動通信產業的發展，通信形式的多樣化，對通信技術提出了很多新的需求，這些需求也帶來了一系列亟待解決的問題。首先，移動通信的傳統工作頻段的頻譜資源非常擁擠，系統容量有限，而較高頻段（如毫米波頻段、K頻段、Ku頻段和其他厘米波頻段）的可用頻譜資源非常豐富，系統容量大。為了緩解頻譜資源的短缺，寬頻帶通信成為未來研究趨勢。但是提高工作頻率，將導致傳播損耗增大，覆蓋距離縮短，繞射能力減弱等。而另一方面，為了優化成員及網絡整體數據速率，多點通信是解決該難點的核心技術。但相比于點對點通信，多點通信對隱蔽性和抗干擾性有更高要求，并且，由于節點數量增多導致環境復雜化，通信雙方傳輸信號的受干擾概率也進一步增大。作為在移動通信中承擔重要角色的天線，其對多種通信需求的兼容性成為了天線設計的重要考慮因素。因此為了滿足上述未來通信需求，在收發天線的選擇上，隱蔽性和抗干擾性強、輻射功率的有效利用率高的定向天線，將比傳統采用的全向天線更為合適。
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作者信息：
田娟，蔡愛華，翁麗娜
（中國電子科技集團公司電子科學研究院， 北京 100041）
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