2003年以前，卫星移动电视天线系统以激光陀螺、激光制导理论和技术为基础，以三轴稳定技术为主要集成系统。

　　2003年以后，卫星移动电视天线系统进入一个新的理论和技术的领域。相控阵理论和技术在陆地、海洋、航空、手机、手持和便携移动卫星接收天线系统都有新的发展。美国KVH公司的Trac VisionA系列就是一个典范。

　　1.Trac VisionA

　　2003年，美国KVH公司的Trac VisionA-5系统以全新技术出现，支持DirecTV卫星电视节目和XM卫星广播。

　　2006年8月，KVH推出Trac Vision A-7系统，是最新型的卫星移动电视系统。Trac Vision车载卫星电视天线在时速200Km或在坦克训练场路面行驶时，能够稳定接收。Trac Vision以轻、薄、快、稳为主要特点。如图1 Trac VisionA-5和A-7所示。

　　Trac VisionA-7提供快速捕捉的能力，同时增加功能性、可靠性和消音装置。如图2 Trac VisionA-7所示。

　　Trac VisionA-7关键技术除了天线和跟踪技术外，还有混合天线、相位阵列、天线罩、低噪声放大器模块/IF转换器、马达和旋转接头等移动卫星电视天线系统和操作系统。

　　2.Trac VisionA-7主要技术

　　Trac VisionA-7以多项尖端技术综合运用，引导卫星移动电视系统向更高新科技发展。

　　（1）混合天线

　　Trac VisionA-7采用混合相位阵列天线。卫星移动天线一般是圆形或椭圆抛物面天线，但存在天线的外形、重量、体积和空气阻力、高耸的穹顶，不美观等缺陷。卫星移动电视天线的三种典型外形，如船用圆形Trac VisionM3天线、车载（RVs）椭圆形R6天线和混合相控阵列式A7天线。如图3 三种典型卫星移动电视天线外形所示。

　　Trac VisionA-7天线追求扁平、流线型的造型，高度不能超过5.3英寸（13.46cm）。KVH将相位阵列电子天线的最佳性能和机械天线机动系统组合为Trac VisionA-7混合天线。混合天线拥有很强的操作性和敏捷的信号捕捉能力，高度降为最低，符合空气动力学的原理。

　　Trac VisionA-7相控阵列天线使用多重天线原理，将精确分组的多重天线，产生定向能量旁瓣，为特定区域提供信号。在广播频率的基础上，天线的几何形状，广播信号一个是正向一个是负向。如图3 Trac VisionA-7天线方向图所示。

　　（2）电子天线

　　电子天线是用于广播的定向信号旁瓣、制造简单的相位阵列天线。

　　Trac VisionA-7采用雷达、相控阵技术，使用很多小天线元件组成的电子天线。当这些小电子天线在正确的相位关系中反馈信号时，能量迅速聚集、定位，而不需要转动天线。这项技术已在美国海军巡航道弹相控阵列雷达中使用。

　　KVH采用多元件、固态方法接收DirecTV卫星的Ku信号。Trac VisionA-7安装有280多个矩阵排列的独立接收单元。如图5 相位阵列单元天线所示。

　　Trac VisionA-7的每个椭圆元件被设计成接收DirecTV卫星12.45GHz频率信号。单个或几个单元的信号强度不够，多个单元混合信号通过矩阵组合产生强大的信号，提供电视的图像和声音。

　　由于DirecTV卫星信号使用循环偏振信号，无论是循环偏振的右边（RHCP）还是左边（LHCP），信号都能到达天线。Trac VisionA-7天线的设计允许接收来自阵列两极的信号。如图6 相控阵列单元所示。

　　（3）低损耗合成技术

　　当信号到达相控阵列前，必须通过附加天线的三层或弯曲抛物线，在到达相控阵列前同时自动调节对焦卫星信号。同时，Trac VisionA-7天线允许相控阵列单元以平面排列。这时的天线，接收能力与直径45cm的卫星电视天线相同或更好；线束偏转能使天线在低仰角时照样接收卫星信号。

　　当天线完成接收卫星信号和通过两极偏振隔离信号的两个关键功能时，即产生可用的DirecTV卫星信号。与空间时间单一点接收信号的碟式天线不同，Trac VisionA-7使用一个单一平面阵列的天线传感器。

　　天线传感器可以察觉信号到达每个传感器时的微弱差别。当天线角度歪斜，某些传感器会比其它传感器前提前接收信号，产生时间上的差异。如果信号到达时间不同，会使信号反相，数据紊乱。

　　为了解决这个问题，KVH发明了一种先进的波导结构，即低损耗合成技术。低损耗合成技术可以根据每个天线单元对不同信号间相位的差异进行补偿。每个独立信号在相同时间精确地到达高频头，统一的信号组成DirecTV图像。

　　（4）机械天线跟踪

　　由于线束偏转增加的影响，安装在平面阵列上的电子原件远不及一个可以移动同时可以检测信号倾斜的单元有效。Trac VisionA-7可以在水平旋转360°；同时阵列的垂直倾斜角度为±15°，允许接收DirecTV卫星的信号。线束偏转与±15°物理倾斜的组合消除了对正交天线的需求。Trac VisionA-7天线阵列可以几乎水平放置，接收能力比直径45cm的椭圆卫星天线强。这种能力的主要原因是Trac VisionA-7天线13.46cm的薄横切面。如图7 Trac VisionA-7天线调节±15°角度所示。

　　汽车在移动时，获取、锁定、追踪DirecTV卫星的解决方案，通过使用GPS接收器加强了多重卫星功能的能力。

　　（5）驱动马达

　　为解决载体的方向和速度快速改变时能准确快速、并持续锁定卫星信号，KVH公司设计了驱动马达和相关软件来获取优质的信号。例如水平驱动马达可以每秒旋转70°，甚至在汽车快速转向时也可以继续使单元持续锁定卫星；二级马达通过两片传动杆倾斜天线。不论汽车的方向如何改变Trac VisionA-7天线始终一直指向卫星。如图8 载体移动时天线指向所示。

　　（6）两倍回转仪

　　当汽车行驶在高层建筑物后、地下通道、隧道等盲区时，信号将中断。KVH的两倍回转仪为天线单元提供稳定的方向，允许天线持续指向上次接收信号的目标。当载体一旦或暂时失去通信时，Trac VisionA-7即测定载体位置，天线持续指向卫星；当载体从盲区出来后，Trac VisionA-7天线仍然指向卫星，同时快速获取信号。如图9 两倍回转仪与盲区所示。

　　（7）综合GPS接收机

　　Trac VisionA-7的第二个主要改进是天线内部整合了一个专门的GPS接收器。GPS接收端位置，标题和地面数据的覆盖推动A7的性能，同时为未来来自KVH和DirecTV的新型服务提供新的服务。如图10 GPS接收机（中间）与混合阵列天线所示。

　　（8）多星接收技术

　　Trac VisionA-7具有多星接收能力。Trac VisionA-5只能接收西经101°一颗DirecTV的卫星信号。Trac VisionA-7可以接收任意接收西经72°、101°、110°、119°轨道的四颗美国DirecTV卫星的信号。由于天线和接收器间可以直接进行数字通信，Trac VisionA-7可以从一个卫星顺利的转星到其它三个卫星上，接收不同DirecTV卫星上的节目。随着DirecTV卫星系统的不断增多，Trac VisionA-7的接收能力还将增加。

　　（9）区域转换技术

　　Trac VisionA-7的区域转换技术，即服务区转换技术。特定市场领域中的本地频道DirecTV卫星主要是国家频道，如CNN、ESPN、The Weather Channel、A&E等，是通过西经101°的一颗DirecTV卫星直播。为了支持DirecTV卫星接收本地服务和促进网络电视如ABC、CBS、FOX、NBC和PBS本地市场的增长，服务运营商使用西经72°和西经119°的卫星发送特定的本地区节目。

　　DirecTV卫星系统的本地网络节目在特殊的城市和地理通讯区域中受到限制。这些区域被认为是特定市场区域（DMAs）。本地节目与DMA绑定同时在DMA外不可用。如亚特兰大本地节目在查尔斯顿接收不到。

　　自从卫星接收器仅接收DMA节目以来，对于使用DirecTV卫星的用户，这种安排不是问题；而对移动用户，出现的问题是他们可以在DMAs间交换。每个DMA本地广播要求其节目对于本地DMA移动用户是可用的。DirecTV卫星用户交叉他们的DMA，本地节目就不再可用。为了实现通用，需要汽车中的卫星接收机“知道”汽车已经在DMA边缘了。

　　移动接收机在特定DMA内的感应能力是由TracVisionA-7内的GPS单元提供的。Trac VisionA-7接收机拥有详细的DMA边界数据库。在最初的设定中，用户输入他们与DMA数据库有关的家庭住址。接收机知道使用者的家庭DMA，同时知道该DMA的经度和纬度边界。只要汽车在DMA范围内，就能接收本地节目。汽车将要离开DMA区域时，本地节目自动被Trac VisionA-7接收机切断。对于移动使用者，全国节目总是可以接收的。

　　另一个建立GPS接收机推进Trac VisionA-7性能的方法是加速单元捕捉锁定卫星的性能。Trac VisionA-7软件有GPS助手搜索的功能。使用汽车的GPS定位搜索新卫星程序，大大减少了Trac VisionA-7寻找和锁定卫星的时间。

　　GPS机提供汽车的经度和纬度位置，减少仰度搜索。GPS机搜索卫星在天空的高度。Trac VisionA-7知道卫星在天空的位置是固定的，但是水平线上的卫星角度将随纬度变化，最北的锁定范围，是卫星在天空中最低的位置。如当汽车在印第安纳波利斯（北纬40°），对西面101°卫星的仰角将接近水平面42°；在休斯敦（30°北纬），对同样卫星的视角与水平线夹角大概为55°。如图11 载体移动纬度与仰角的关系所示。

　　DirecTV卫星的仰角随纬度相反而改变。上图显示的是101°卫星仰角的变化，知道卫星仰角只是一部分。Trac VisionA-7同时也需要寻找方位角，对准卫星的方位。

　　GPS接收器单元可缩短搜索过程。当汽车开始移动时，GPS迅速的收集一系列经度和纬度数据。当这些地理位置信息联系在一起时，就是运动的方向，不论在海上或是空中或是陆地。如一旦Trac VisionA-7知道载体在的运动方向、路线，就能决定载体前面行进的指向；同时知道卫星的位置，Trac VisionA-7就可以计算载体对卫星位置的角度。

　　根据方位角和仰角的计算，GPS单元就能调整，同时将天线指向卫星。在短暂搜索确定接收最佳信号后，Trac VisionA-7锁定信号，同时开始解码节目。使用整合GPS，Trac VisionA-7计算汽车的行程，同时寻找、获得和定位DirecTV卫星。如图12 寻找、获得和定位卫星所示。

　　（10）快速转换装置

　　GPS搜索助手系统，不仅帮助卫星的最初定位，同时帮助卫星在由于高楼、高山、隧道等盲区引起的信号中断后重新获得信号。使用GPS定位和标题提示单元，Trac VisionA-7可以快速重新找到卫星并锁定。

　　GPS的优点是在接收机指向卫星时，Trac VisionA-7可以转换西经101°的卫星到西经119°的卫星等，以接收当地节目，GPS快速捕捉转换4个卫星为北美提供服务。当接收机需要转换卫星访问，转星是快速的过程，不需要延误搜索。

　　（11）卫星移动电视接收机

　　DirecTV/KVH移动接收机是使用新设计的软件的12V卫星移动接收机。DirecTV和KVH一起改善软件功能，使移动接收机更加灵活、使用简单。这是第一款为移动卫星电视设计的DirecTV接收机。如图13 卫星移动电视接收机所示。

　　（12）快速频道指南

　　快速频道指南是DirecTV和KVH调整单元的软件。当打开频道或上次使用后允许接收者快速连接。快速频道指南下载能力使这个得以实现。

　　重新开启时快速启动频道指南。当单元断电时，接收机在系统的下一次循环中为用户存储以前接收的信息，允许使用者可以更加快速的指南下载。软件同时存储用户使用过的至少10个频道，这样可以在整个指南软件下载到RAM前，快速调整喜欢的频道。如图14 Trac VisionA-7卫星电视系统所示。

　　（13）天线罩

　　天线罩必须满足以下几个条件：当天线罩放置在汽车顶部时，采用的材料应保证足够耐用；为了接收最佳效果，卫星电视信号必须是“无形的”；外形要美观，并与汽车外形融为一体。新的外形使用自动变形塑料，结构设计应与卫星电视的RF广播信号匹配，信号穿过天线时就不会出现信号损失，保证信号以最大值到达天线，甚至可以在恶劣的天气中接收。此外，材料必须足够坚韧，可以抵挡路面的飞来的碎片、恶劣的天气、甚至汽车碰撞。

　　（14）低噪声高频头（LNB）

　　由于Trac VisionA-7系统有严格的要求，不仅横截面内的天线要小，高频头也必须尽量小而薄，安装在天线罩内的放大器和中频（IF）转换器也尽量薄。Trac VisionA-7LNB单元安装在天线的下面，通过波导和组合接收定向信号。与过去移动天线使用的LNB（左边）相比，Trac VisionA-7LNB（右边）的外形明显很薄。如图15 普通LNB与Trac VisionA-7 LNB所示。

　　（15）滑环式旋转接头

　　卫星移动天线系统的一个巨大挑战是：卫星电视信号怎样从接收机保护下的遥控天线通过。过去通过电缆完成，使用一个带状电缆连接天线底部和遥控天线。但是由于受到电缆长度的限制，天线在电缆达到极限前只能旋转720°。

　　结果导致：如果汽车旋转两周（比如停车时），天线将旋转到极限；然后天线不得不反方向旋转360°打开缆线，但是这样就会引起电视接收的短暂中断。

　　KHV设计了一种滑环式旋转接头，解决了用两部分连接几个点的问题。接头的结构使顶部移动时底部保持静止不动。这种方法使天线旋转自如，无论汽车怎样运动，提供持续不间断信号。为了降低路径损耗改进了技术，比以前高损耗的连接点相比更加稳定的信号。

　　（16）超静音马达

　　Trac VisionA-7天线的工作区域就在乘客头顶几英尺的地方，天线马达需要足够安静。因为旋转马达可能影响收视效果。KVH在Trac VisionA-7上使用超静音马达。

　　当红外线远程遥控器（IR）在家用电视中普遍应用时，Trac VisionA7由于使用无线电频率（RF）遥控。当使用IR遥控时，必须在遥控器与接收机之间有一束光，也就是说接收机必须是在汽车中水平安放。如图16 IR与RF遥控方式所示。

　　因为部件被安装在电视机附近，所以IR遥控器在家中工作良好，一个RF遥控适合安放在汽车中使用，允许接收机放置在座椅下或乘客头枕内。

　　RF遥控允许接收机放置在乘客视线和行动路线外的行李箱或其他密闭空间中。RF遥控发送信号到RF转换单元，然后该单元将信号输入接收机。同时RF控制来自遥控的信号强度足够强，可以到达汽车或越野车（SUV）内的任何地方，汽车的其它电子系统中不产生广播频率介质（RFI）。

　　3.Trac VisionA-7安装

　　Trac VisionA-7可以应用在各种车辆上，从轿车到越野车、旅行车、露营车，到卡车、装卸车辆。KVH为各种车辆提供服务，需要提供混合的安装方案，其中支架和安装衬垫可以直接安装在汽车车顶、汽车的行李架上。针对有特殊行李架的汽车有专门的安装齿轮，例如悍马越野车SUVs。Trac VisionA-5安装支架；优化的Trac VisionA-7安装支架，安装更加简便。如图17 Trac VisionA-5安装支架与Trac VisionA-7安装支架所示。

　　电视显示屏可以在车内的任何地方，但是最通常的做法是挂在后座上前方的车顶上，并可上下翻转；也可安装在靠枕背后。如图18 电视显示屏安装所示。

　　基于安全考虑，如果安装在驾驶员能够直接看到的地方，KVH将安装一个开关，一旦车子开始启动，卫星电视就会自动关闭。另外，车内的观看者也可以使用耳机来减少对驾驶员的干扰。 凯迪拉克公司2005年起，开始在汽车里面提供KVH的Trac Vision卫星电视系统；美国租车公司Avis在凤凰城为该地区所有租赁的悍马H3汽车提供Trac Vision卫星电视服务；通用汽车在2006年开始在其SUV系列汽车里为卫星电视布线。预计2010年全美安装Trac Vision将达300万户。

　　4.Trac VisionA-7测试

　　Trac VisionA-7通过一系列的测试，KVH提供与军方同样规格的产品，同时也将该产品用于民用。

　　环境测试包括：

　　咸度寿命测试（MIL-STD-810 Method 509.4）；

　　湿度测试（MIL-STD-810 Method 507.4）；

　　灰尘测试（MIL-STD-810 Method 510.4）；

　　风雨测试（MIL-STD-810 FMethod 506.2）；

　　温度变化测试（MIL-STD-810 Method 503.4）；

　　温度测试（MIL-STD-810 Method 501.4/502.4）；

　　在Trac Vision系统发布前，KVH根据特殊设计，进行特殊电池测试；

　　通用汽车、重型车工业性能和寿命标准测试。