赋形反射面天线设计技术

随着卫星通信的发展，为提高地面服务区的有效全向辐射功率（EIRP）和G/T值，要求天线产生的波束形状与服务区的形状相匹配，形成的波束被称为赋形波束。赋形波束多是根据系统链路的预算，将天线辐射能量根据链路需求进行空间分配，根据不同服务区域进行增益不等的区域覆盖。

赋形波束天线在FSS与BSS业务载荷中得到广泛应用，通过将标准的高增益点波束拓宽为中等增益波束，针对覆盖区域进行方向图综合，获得上行、下行或上下行波束的赋形设计。如图6-8所示，在赋形波束中常使用两种方式：

图6-8　赋形波束天线构成示意

（a）多馈源赋形波束天线；（b）赋形反射面天线

1）多馈源赋形波束天线：在标准反射面天线使用馈源阵与复杂波束形成网络。(www.xing528.com)

2）赋形反射面天线：单馈源照射形面特定变形的赋形反射面。

多馈源赋形波束天线是多波束天线的一种应用形式，它是由一组馈源阵经过一个或多个反射器（如格里高利型双反射器）形成与馈源相对应的多个波束，多个波束在空间叠加而成赋形波束。通常一个馈源（包括喇叭、双工器、正交模转换器、滤波器等器件）对应一个投影为圆形的子波束，馈源阵根据服务区覆盖范围以近似于覆盖区形状的方式排列在反射面天线焦点附近，馈源阵利用波束形成网络实现对每一个波束的幅度和相位调整，使所有子波束在空间经幅相加权后合成满足覆盖要求的赋形波束。该种形式的赋形波束天线馈源阵规模较大，波束形成网络复杂（特别是宽带的移相器和衰减器设计难度大），会引入额外的网络损耗，特别在较低工作频率（如L、S或C频段）时庞大的器件体积限制了卫星上的应用；但其灵活性高，通过对每个波束幅度和相位的改变就可以实现赋形波束在轨可调，因此未来借助于数字波束形成技术，多馈源赋形波束天线是卫星天线技术向智能化发展的一个方向。

赋形反射面天线是在多馈源赋形波束天线之后发展起来的一种赋形波束天线形式。与前者不同，它通常只有一个馈源组件（包括喇叭、双工器、正交模转换器、滤波器等器件），通过对反射器形面的赋形，改变辐射口径的幅度和相位分布，形成带有特殊形状的辐射波束。赋形反射面天线构成部件相对较少，由于反射器自身工作频带较宽，因此通过一组复杂的宽带（多频段）馈源组件的设计，就可以实现宽频带（多频段）的赋形反射面天线，从而在卫星上只需要有限空间就可以实现馈源组件的布置。

与多馈源赋形波束天线相比，赋形反射面天线有如下优点：①结构简单、重量轻、技术较成熟；②无波束形成网络和单元互耦所引起的幅度、相位误差，波束覆盖的设计准确、可靠；③漏失损耗可忽略，波束覆盖的方向性高，而多馈源的漏失损耗约1.2 dB量级；④无波束形成网络，欧姆损耗小。由此可见，赋形反射面天线的波束边缘增益比多馈源反射面高0.5～2.0 dB（取决于服务区、极化及可容纳天线的空间限制）。赋形反射面天线形面加工难度较大，特别是工作在高频段的反射器（如Ku、Ka频段），需要较高的加工形面精度以保证波束参数（如天线增益、抑制区隔离和极化鉴别率等）满足要求，同时由于目前可调的柔性反射器还不成熟，因此赋形反射面天线还不具有在轨可变的性能。

基于在技术、性能、成本及进度等方面的优势，赋形反射面天线目前在广播通信卫星天线上得到了广泛的应用。本节主要对赋形反射面天线进行介绍。