通信卫星天线技术的新发展
天线技术是近年来通信卫星有效载荷中发展很快的技术。许多公司在这一领 域进行着国际性激烈竞争,其中,法国阿尔卡特空间公司有较快发展。他们多年来在理论分析 、设计 、制造和试验方面已获得了广泛的知识和丰富的经验。例如,完整的多馈源和波束成形网络合成与分析、有源阵列、辐射部件、方向图的预测、无源交调产物、次级电子倍增效应(在真 空中电极放电)试验、紧凑金属波束成形网络、复合材料技术和自动化试验技术等。
天线研制的主要技术难度是要求连续的系统改进、天线性能的苛刻要求等,例如高效率成形 覆盖 、高水平的极化鉴别、低重量等。这些与控制极化和波束能力、重新构形和多波束能力一起 ,对未来的天线研究、研制工作提出了严峻的挑战。
一、无源天线技术
多成形波束卫星通信技术对于改进欧洲通信卫星2(EUTELSAT2)通信系统的系统经济性和传输容量有重要作用,而且在确定报价中也是起决定性作用的部分。该卫星通过 使用大型抛物面双栅反射器的两副双极化天线确保接收与发射。
在东、西两副天线中,东面一副天线确保接收和发射功能:
. 接收通信信道;
. 发射最高达8条电视或多条通信信道。
每一套21个喇叭的东部多馈源,使用东面板功分器波束成形网络,包括由遥控指令激活的电子 、机械开关,用于选择中增益状态(全部覆盖欧洲)或高增益配置(可变覆盖)。
西面一副天线最高可发射14条信道,每一套西面的多馈源包括2个电子、机械开关(用于10/11 GHz频段或用于12GHz频段),正如东面一副天线一样,亦由遥控指令激活,以选择中增益或高增 益配置。
最关键的设计特点是:在一副天线上提供发射和接收功能,由于采用宽带操作,禁止使用频率 敏感部件,混合部件也要避免并应尽量采用极好的 匹配单元以防止来自波束成形网络的较差频率响应,。同时,较高的发射功率电平也要求仔细 设计、组装和试验,以消除无源交调产物, 这无论在接收信号中还是在二次以上谐波中都是如此。
设计成双栅反射器是为了在覆盖中,最大增益情况下,对于低电平(-9dB)确保大于34dB的极化 隔离。采用二向色太阳屏技术的先进热控技术,可以减小温度梯度,实现较好的飞行中反射 器轮廓稳定性,从而实现低的热弹性覆盖变形。
为第一批的5颗欧洲通信卫星2卫星总共设计了10副天线和20套多馈源,其中4 颗卫星目前仍在飞行中。
对于第6颗(FM6)卫星,对天线场进行了修改,通过非常紧凑的格里高利天线, 实现接收功能。而高的极化纯度则通过补偿双成形反射器的几何关系获得。传统的双栅反射器天线发射70W的2～８条信道。小型波束成形网络采用新的免除无源交调产物技术,可节省2套 (8喇叭)多馈源的重量。
2用于土耳其卫星的成形波束天线
土耳其卫星(TURKSAT)是第一颗土耳其商业国内通信卫星。1994年初 第一颗星发射未成功,1994年8月第二颗星发射成功。卫星为整个土耳 其和欧洲其它地区提供了Ku频段多波束通信业务。
使用先进R 小型化、可免除无源交调产物的波束成形网络技术的简单多馈源可用于接收和发射功能的双工复用。该卫星型号竞争力较强的原因之一是它再次采用了欧洲通信卫星2 的抛物面双栅反射器技术,大大降低了成本。
3用于阿拉伯卫星2 的多成形波束天线
这是正在研制并计划于1996年发射的第二代阿拉伯卫星。卫星使用3副单独的天线 ,提供Ku频段和C频段通信业务:
·一副Ku频段发射、接收双线性极化天线;
·一副C频段双圆极化发射天线;
·一副C频段双圆极化接收天线。
所有阿拉伯卫星2天线均采用新型成形反射器技术。采用简单波纹喇叭馈源反射 器可对所有阿拉伯国家实现高成形覆盖。这种天线与抛物面天线相比,天线表面型面只有很小的变形(零点几个波长)。
4法国电信星2的多任务天线
阿尔卡特公司为该星设计了一种先进的天线系统,这种天线系统可依据飞行任务要求提供全球性成形波束覆盖和可控点波束覆盖。
采用锥形喇叭,以双正交圆极化的工作方式,可保证全球6GHz的接收覆盖。
采用下述两种类型的覆盖,点波束和半球高增益天线,最高可发射10条11W的信道:
·对法国本土实行半球覆盖,按国际标准化组织(ISO)标准,等效全向辐射功率可达到33.9dBW;
·法国本土和有关岛屿采用点波束覆盖,按ISO标准,等效全向辐射功率可超过40dBW。
这种天线的主要部分包括:
·2.2米直径的可展开反射器,采用碳纤维增强薄壳,从而可提供最佳的重量和指向精度。
·多馈源在单极化或双极化下工作,使用1