航天器天线设计概要-航天器天线工程设计技术

平台天线，其功能是保证卫星最基本的信息交换与指令，一般包括测控天线、数据传输天线（以下简称数传天线）、导航定位天线等。其中测控天线及与其相连的测控应答机从塔架发射到星箭分离，直到卫星在轨寿命末期，一直在工作，因此它的可靠性要求最高。导航定位天线及与其相连接的接收机，一般在星箭分离后使用，直到寿命末期。测控天线、导航定位天线的特点是宽带设计，窄带工作，中、小功率（视轨道高度），且是连续工作状态。数传天线，与数传发射系统相连，用于传输载荷数据（如图像数据）与部分平台状态遥测数据，特点为宽带工作、大功率使用，但是间歇工作，一般低轨卫星每轨工作不超过15 min，高轨卫星每小时不超过20 min。上述的三类天线中，测控天线或数传天线任一种天线失效，均会导致整个航天器功能的失效，因此这两类天线的可靠性应设计为接近1。

由以上特点可知，平台天线的设计有一定的特殊性，三类天线特点如表1-5～表1-7所示，这是平台天线设计时首要考虑的因素。

表1-5　航天器测控天线设计特点

表1-6　航天器数传天线设计特点

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表1-7　航天器导航定位天线设计特点

从表1-5可看出，测控天线最主要的特点是近全向覆盖与圆极化，主要是适应航天器任意姿态（包括航天器故障时的姿态）下的可靠测控，因此一般由两个半空间覆盖的天线组合而成。其具体的天线形式可以分为双臂螺旋、四臂螺旋、微带贴片式、喇叭式、波导口式等几种，国内相关研制单位已有货架式产品可选，主要工作为天线系统性设计（单元选择、天线的布局设计）。测控天线具体设计见第2章。

从表1-6可看出，数传天线最主要的特点是近地轨道的地球匹配的赋形波束。不同轨道的高度有不同的张角，如550 km轨道，当地面站为5°仰角时，卫星对地球的张角为±67°，在进行天线单元设计时要计算这一张角的最大增益与极化特性。对于中、高增益的天线，喇叭、抛物面均是首选方案；对于高码速率下使用的天线，双圆极化的隔离度（XPD）是重要的指标。数传天线具体设计见第3章。

从表1-7可看出，导航定位天线最主要的特点是半空间覆盖与圆极化。在有高精度需求的航天器中，需相位中心稳定度指标，这一指标与航天器边界密切相关（如星表面与太阳翼的二次反射），因此在天线设计中要尽可能地降低旁瓣与后瓣，同时在安装布局中要避开太阳翼等大面积散射体对方向图的影响，以保证低仰角的幅度方向图与相位方向图的连续。导航定位天线的具体设计见第4章。