航天器电磁布局分析与设计

航天器天线工程设计的主要任务，是保证装载在卫星本体上且进行表面热控处理（如喷涂热控漆、包覆热控多层）后，天线的辐射特性与阻抗特性必须满足总体的指标要求。同时在选材、结构上要考虑尽可能的轻量化，以及无源互调与微放电等因素。另一方面，航天器天线必须能在恶劣的发射力学环境与空间环境（高低温、电子辐射、粒子辐射、射线辐射）中长期（几年至20年）稳定地工作，所以天线的设计与材料、工艺密切相关，是一项综合性、多参数约束的技术工程。航天器天线的电性能的测量，离不开卫星本体的边界条件，这也是航天器最主要的特点之一。

1.航天器天线任务需求分析

（1）电性能要求

根据任务分析，可以将要求转化成以辐射方向图、增益、极化、阻抗匹配、功率耐受等表征的天线电性能的特征量。

（2）结构（和机构）性能要求

应保证能经受住各种力学环境载荷和与载体及其相关构件间的结构兼容性，包括结构尺寸、安装约束条件、结构强度及刚度、机械连接等要求。如果天线相对载体有运动（机械扫描与跟踪），其结构还必须满足空间高真空环境下活动部件的正常工作。

（3）热设计要求

确定天线的工作环境温度范围，按此范围进行各种热防护设计，使之在各种工作环境温度下保证性能与功能。

（4）空间环境防护要求

航天器天线在轨环境中可能会遇到各种高真空空间电磁辐射、各种离子辐射、原子氧轰击、二次电子倍增微放电击穿效应、静电电荷积累、稠密等离子体包围等空间环境因素，所以航天器天线设计应能与之适应，保证其正常工作性能。(www.xing528.com)

（5）电磁兼容性要求

航天器天线不是孤立的单个天线，它装载于航天器上。航天器是仪器设备高度密集的一个载体，航天器上天线是一个天线的集合。在其上的天线必须考虑天线之间、天线与载体（包括航天器本体和太阳翼等）间相互作用，以及天线射频设备与射频传输线、航天器内部设备与线缆间的电磁干扰问题，以保证各自天线的性能、功能及正常工作。

（6）高可靠性要求

根据航天器整体寿命和天线工作模式，提出其天线经受发射力学环境及在轨高低温与空间辐射环境下的可靠性要求。

2.航天器天线电磁布局分析

航天器天线在载体上的布局设计，首先要满足结构安装及布局的各种约束条件，实现其结构兼容性，与此同时还必须考虑其最优化电磁布局。最优化的意义是指计入航天器载体环境各种影响之后（比如天线之间、天线与星体、天线与太阳翼等其他构架），还能在满足各种约束条件下达到最优化的性能。为实现这一目的，形成了一种以电磁场理论为基础、计算机数值仿真为手段的天线电磁布局技术。

3.航天器天线电磁布局验证

在单个天线性能达到要求、航天器构型尺寸和各天线在航天器上安装位置初步确定的前提下，可以进行全尺寸辐射模型星（Full Scale Radiating Mockup，RM）测试试验。全尺寸辐射模型星是卫星研制过程中与结构星（SM）、电性星（EM）和热控星（TM）并列的一种整星技术状态。它是考核星上天线系统辐射及覆盖性能的电性试验星。全尺寸辐射模型星是高频电磁性能等效于真实卫星的一种工程模型，具体说，该模型外尺寸和表面的电磁特性与真实卫星在射频（RF）电磁等效性上完全相同。该试验是将星上天线按要求全部安装后，分别测试各天线在航天器（卫星）安装环境下的电性能，检验是否仍满足各自的预定要求；测试天线之间的隔离度及一些敏感点的干扰场，检验是否满足整星电磁兼容性（EMC）要求。如果有条件，也可通过该项试验观察太阳翼对天线辐射方向图的影响。测试中太阳翼模拟轨道运行状态，测试在整个运行过程中天线辐射性能是否都达到其预定要求。由于太阳翼板尺寸较大，受测试条件所限，无法用试验来确定其影响，所以可利用电磁场高频近似的方法进行数值分析与仿真，以代替该项试验验证。RM测试目的是从系统高度检验航天器天线是否达到设计要求（含EMC设计），最后确定航天器天线在载体上的安装方式及最优布局。