航天器数传天线设计技术

航天器数传天线是指负责航天器遥感数据传输的天线，按照航天器工作轨道的不同可分为三类：中低轨遥感卫星数传天线、高轨遥感卫星数传天线、深空探测卫星数传天线。按传输目标可分为星地数传天线和星间数传天线。星地数传天线用作卫星向地面站的数据传输，一般简称为数传天线。

早期的遥感卫星为返回式卫星，卫星返回地面后才能对遥感数据进行处理应用。随着空间技术的发展，中低轨道的许多应用卫星中建立了对地遥感信息的无线电传输系统，人们常把这类卫星称为传输型遥感卫星。这类卫星由于轨道较低，多在离地面1 000多公里高度范围内对地面的视场角较大，一般在120°左右。在卫星对地视场范围内，星一地间链路的传输损耗变化较大。一般在星下点与覆盖段边缘因传输线路空间衰减变化引起的电平变化约有10余分贝。为保证地面接收站在整个工作时间段内对卫星遥感信息，特别是数字图像信息有好的接收效果，就要求卫星下行数传信号在覆盖段内有基本相同的电平。对此星载数传天线在覆盖段范围内的增益分布要正好补偿传输线路衰减造成的电平差异。通常人们把这种波束称为地球匹配波束。

国外典型的传输型遥感卫星，比如法国的Spot、美国航空航天局（NASA）的Landsat-D、欧空局（ESA）的ERS-1等卫星的数传天线都采用了赋形反射面天线，实现了地球匹配波束设计。

我国对中低轨道卫星地球匹配波束赋形天线早有研究及应用。我国1999年10月成功地发射了中巴资源一号卫星，2000年9月又成功发射了遥感三号传输型对地观察遥感卫星。星上用的X频段数传天线，因安装空间局限和国内一些技术因素，没有沿用国外的赋形反射面天线，而是采用了背射双线螺旋天线、波导十字交叉阵列组合天线等，取得了很好的效果。这类天线具有结构紧凑、体小质轻、可靠性高、研制成本低等突出优点。今后这类天线还会得到更加广泛的应用，特别是在我国蓬勃发展的各类小卫星上。

我国也研制了赋形反射面数传天线，它具有增益高、功率容量大等优点，能满足日益增长的传输速率要求。随着遥感卫星数据传输速率的进一步提高，对数传天线的带宽要求提高到了400 MHz以上，固定波束的地球匹配赋形波束天线已不能满足任务需求，X频段点波束双圆极化数传天线随即产生。该天线采用双轴驱动机构实现了天线向地面站的指向，在降低数传系统发射功率的同时，大大提高了星上数传的等效全向辐射功率（EIRP）。(www.xing528.com)

随着遥感技术的发展，数据量进一步增大（数据速率可达1～2 Gb/s以上），部分低轨遥感卫星已采用Ka频段的数据传输系统，实现了更大的传输带宽以及更高的EIRP。Ka频段数传天线同样采用双轴驱动机构实现了数传天线指向地面站。高轨遥感卫星也较多采用Ka频段数传系统。

深空探测卫星均采用可移点波束数传天线实现了卫星与地球之间的数据传输，天线的工作频段从嫦娥一号早期的S频段转变为目前的X频段。

随着我国中继卫星应用的不断深入，部分中低轨遥感卫星配备了中继数传系统，通过中继数传天线将卫星遥感数据传送至中继卫星，然后再由中继卫星传送至地面站，这能大大提升航天器系统数据传输的能力。