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航天器天线工程:需求与任务分析

时间:2023-08-25 理论教育 版权反馈
【摘要】:由于星载微波功率源的输出功率有限,所以提高EIRP实际上只能依靠提高天线增益来实现,高增益波束只能覆盖地球上很小的区域,即点波束覆盖,而为了覆盖更大的区域,天线还带有双轴驱动机构用于波束扫描。双圆极化天线可以在天线EIRP不变的情况下,采用相同的频率同时发射两路数传信号,从而使数传码速率提高一倍。具有高速对地数传需求的中低轨卫星一般还需要侧摆,需要数传天线的扫描范围超过半球空间。

航天器天线工程:需求与任务分析

对于提高数传天线的码速率,主要有两个途径:一个是提高天线覆盖区的EIRP;另一个是采用频率复用技术。由于星载微波功率源的输出功率有限,所以提高EIRP实际上只能依靠提高天线增益来实现,高增益波束只能覆盖地球上很小的区域,即点波束覆盖,而为了覆盖更大的区域,天线还带有双轴驱动机构用于波束扫描。所谓频率复用,就是在同一载波频率上,利用不同的天线极化来同时传输多路信号,一般是利用正交圆极化传输两路信号,这样的天线又称为双圆极化天线。双圆极化天线可以在天线EIRP不变的情况下,采用相同的频率同时发射两路数传信号,从而使数传码速率提高一倍。

点波束双圆极化数传天线的一个重要设计内容是确定扫描机构的形式。具有高速对地数传需求的中低轨卫星一般还需要侧摆,需要数传天线的扫描范围超过半球空间。

例如,某卫星轨道高度H为600 km,地面站工作起始仰角δ为5°,设地球半径R为6 378 km,从卫星上看地球的视场半锥角为:

卫星侧摆(俯仰、滚动)±45°,则要求数传天线的实际半锥角覆盖范围达到110°,这超出了单个双轴驱动机构的转动扫描能力,因此卫星上一般采用两部相同的数传天线,如图3-22所示。单部天线使用双轴驱动机构,需具备半空间扫描能力,两部天线在卫星对地面两侧倾斜安装,共同覆盖半锥角110°的视场。(www.xing528.com)

为了保持天线在扫描时微波信号的传输,还需要在驱动机构的每个转动轴上安装双通道微波旋转关节,每个通道传输一种圆极化信号。由于双轴驱动机构的工作模式是往复摆动,不需要360°循环转动,因此,可使用两个单通道的旋转关节拼合而成双通道微波旋转关节,如图3-23所示。有关单通道旋转关节技术,详见5.2节。

图3-22 点波束双圆极化数传天线在星体上的安装布局

图3-23 双通道旋转关节剖面

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