通信卫星天线技术的新发展
未来的卫星地球观测系统将需要高速率有效载荷数据遥测系统,从而要求发展满足60°半锥角覆盖的高增益天线。
阿尔卡特公司已提出这种有源天线的新方案。这种新方案能确保对地球覆盖实现恒定的等通量等效全向辐射功率。成形锥形直接辐射阵列,只通过相位控制和放大器的开关切换,便可实现方位和仰角的缓慢扫描。
这种方案非常适合于圆锥形覆盖,对于具体空间任务要求,其设计也容易调整。其特点是:
·具有角度分辨率的灵活性;
·可控制方向性,因而可控制等效全向辐射功率和增益/噪声温度的性能;
·具有较高的可靠性并容易重新配置。
在这种方案中,不需要作任何改变,便可实现多载波和多波束工作模式。
4数据中继卫星天线
欧空局的数据中继卫星(DRS)的S频段发射天线亦由阿尔卡特公司设计,用于静地轨道卫星与低地轨道卫星用户之间的通信。通过安装在卫星一侧的S频段有源天线,可控波束扫描可实现10°的视场角。
在欧空局数据中继卫星的试验卫星阿蒂米斯(ARTEMIS)计划中,对这种S 频段天线的鉴定模型进行了试验。
为了实现最低的研制风险,这种天线设计成铝层叠装置,以实现在大约4%的频带宽度上适 应圆极化辐射。这种技术能耐受只采用简单温度控制(只涂白色涂层而不用热管)的工作温度 范围,并较容易在碳纤维复合材料结构上实现。
三、卫星天线的发展前景
成形反射器曾使无源天线的设计产生过重大简化,但至今这种天线对于简单的国家覆盖操作仍有许多限制。这就需要发展新技术,以支持成形反射器和对偶输入多馈源,实现对复杂任务的无源天线重新配置能力。这些多馈源将来使用的主要新技术将是紧凑波束成形网络。超紧凑格里高利天线的新概念,可实现椭圆波束。利用可能的椭圆定向而不改变极化方向,这种天线即可覆盖地球上任何地方。
在新一代卫星发展中,采用当今辐射层叠技术的有源天线是辐射部件和有源部分集成的最佳 折衷,特别在单片电子技术发展以后,天线技术发展更是如此。其优势不仅仅是无线电电子性 能,制造成本低、每层的低重量及容易与单片模块集成等,均是这种层叠有源天线的优点 。
目前的空间世界面临着采用有源天线技术的较大挑战,至今为止,在民用通信卫星领域,还没有真正使用过有源天线。
满足未来要求的主要技术是:
严格的操作要求包括重新配置、灵活性、业务交换、最小程度的可靠性降低。
部件和模块要采用空间鉴定技术主要有射频段的高效单片模块、电性管理的专用集成电路(ASIC)、遥控遥测、微带层叠、太阳热屏蔽、低重量的展开机构、结构、复合材料结构。
大胆的技术计划包括设计和试验手段验证、微型热管、超导材料和光学分配技术。
对卫星结构的修改修改卫星结构,以获得采用有源天线集成程度最高的有效载荷;通过天线的自适应能力实现卫星通信指向以及卫星的新型结构与机构。
从未来趋势看,有源天线将首先在移动和军事通信卫星上使用,然后在固定业务卫星中使用(C 、Ku频段),由此将可能带来空间技术的全面进步。