航天器载荷天线设计概要

载荷天线，是完成用户任务的专用有效载荷所装备的天线。按功能分为两大类：一类为信息获取类载荷天线，如微波遥感卫星的微波辐射计天线、微波散射计天线、合成孔径雷达（SAR）天线等；另一类为信息交换传输类载荷天线，如通信卫星的通信天线、导航卫星的导航载荷天线等。这些天线的共同特点为：工作带宽大；发射天线功率较大，从几十瓦到几千瓦不等，有的长时间连续工作（如通信卫星天线、导航载荷天线），有的为短时间歇工作（如SAR天线）。对于微波辐射计天线还要求有等效噪声温度、波束效率等指标。由于卫星任务繁多，载荷天线是航天器天线中种类最多、技术最复杂、发展最快的天线。

在电磁布局方面，载荷天线与卫星平台的电磁耦合度相对较低，可以独立设计，但结构、热指标与卫星平台关联度大，同时载荷天线所形成的电磁边界对弱方向性的平台天线影响较大，因此平台天线的系统设计必须考虑载荷天线的边界。而对于极化分割频率复用的天线（一般为抛物面及其变型），必须考虑天线的支杆、外包覆层的边缘散射效应等对双极化馈源极化隔离度的影响。

信息获取类载荷天线包括微波无源遥感天线和微波有源遥感天线，设计特性如表1-8所示。对于微波无源遥感天线，大口径抛物面是首选，其核心为多频段、双线极化馈源。而有源遥感如合成孔径雷达（SAR），其特点为波束必须满足各种工作模式的要求，因此平面相控阵，或多馈源（用于波束的切换）偏置抛物面天线是两种典型的形式。由于距离遥远，因此口径较大，不论是平面相控阵，还是多馈源偏置抛物面天线，它们均是展开式结构设计，具体设计见第7章。

表1-8　信息获取类载荷天线设计特性

信息交换传输类载荷天线（表1-9）包括通信广播天线和导航载荷天线等。通信广播天线，又分固定通信与移动通信卫星天线两种。对于固定通信与广播业务，地面站天线口径较大，因此卫星上的天线可以做得相对较小（如直径2 m左右），一般为固面偏置抛物面天线。为了用一个抛物面实现双极化频率复用，一般采用双栅反射面与多馈源设计，形成所服务区域的覆盖，而区域电视广播天线，以抛物反射面赋形与单馈源组合实现区域的覆盖。移动通信卫星天线，由于要支持手机终端的通信，需要高功率通量，因此均使用大口径（直径10 m以上）网状可展开抛物面加多馈源实现区域的高等效全向辐射功率（EIRP）值是主要方案。具体设计见第5章和第6章。

表1-9　信息交换传输类载荷天线(www.xing528.com)

续表

航天器天线工程设计不仅是孤立天线的电性设计，还涉及航天器及其他载体，所以要考虑轨道、姿态、力学和空间环境及相关收发信机特性。航天器天线研制首先是从机、电、热一体化设计入手，从系统高度来着眼。航天器天线工程设计是一个十分复杂的过程，必须采用先进的设计手段，目前计算机数值分析与仿真技术是航天器天线设计采用的重要手段。除此之外，设计过程中还必须对一些重要且关键的性能进行测试验证与试验，以确保设计方案的正确性。各种验证试验是航天器天线研究必要的和有效的方法，也是最可靠、最直观的一种手段。

【注释】

[1]1公里=1 000米。