航天器多波束天线设计技术

多波束天线是指能够同时形成多个独立的点波束的天线，它具有以下明显的优点：

1）增加卫星通信系统容量。由于多波束天线可以同时形成多个独立的点波束，因此可以使用空间隔离和极化隔离来实现多次频率复用，从而大大地增加使用带宽，提高系统的通信容量。

2）简化地面接收设备，为个人移动通信提供技术保证。由于多波束天线采用多个窄波束来覆盖服务区，因此与赋形波束相比极大地提高了天线的增益，使卫星发射的EIRP得到了大幅提高。这样用户采用小尺度天线就可以接收卫星信号，简化地面接收设备，为个人移动通信全球漫游服务提供技术支持和保证。

3）系统灵活性高。多波束天线具有波束扫描、波束重构能力，这使系统在多用途、抗干扰、增强卫星的在轨生存能力等方面都具有极大的优越性。

按天线类型分，多波束天线有三种基本类型：反射面式、透镜式和直射阵列式。由于对卫星天线质量和体积的限制，透镜式天线在卫星多波束天线中用得较少，少数用于军事通信卫星。(www.xing528.com)

直射阵列式相控阵天线通过控制阵列单元的相位实现波束的扫描和旁瓣的抑制，可实现较大角域内的覆盖与扫描，但是为了满足星地通信链路高增益的要求，所需的星载直射相控阵天线的阵元数目巨大（数百个）。在同样的增益要求下，相控阵的波束数目增加一倍，所需移相控制组件数目成倍增加，功分网络的实现难度也进一步增大（尤其是在Ku频段以上），从而导致整副相控阵天线的成本、体积、重量、功耗和热耗都比较大。而目前军用、民用通信卫星系统要求覆盖范围广，需要的波束数量至少在20个以上，卫星上利用直射相控阵是几乎不可能实现的；同时相控阵波束在不同波位间无法实现实时通信，波束间频率复用困难，系统容量得不到有效扩展，因此星载直射阵列式相控阵天线适用于用少量波束（国外目前X频段最多实现8个波束，K频段以上最多4个波束）、中等增益对服务区进行灵活覆盖，而在大容量广覆盖卫星通信的应用方面受到了一定的限制和约束。

目前，反射面式多波束天线在地球静止轨道通信卫星上用得最广泛，这类天线通过一组横向偏焦的馈源（称之为馈源阵列，大多数情况下由喇叭组成）照射抛物反射器（或其他形状的反射器）形成多波束，所以我们称之为反射面+馈源阵列多波束天线。

反射面+馈源阵列多波束天线大致可分为三类：单口径单馈源子波束形成多波束天线，单口径多馈源优化合成多波束天线，多口径单馈源子波束形成多波束天线。顾名思义，单口径单馈源子波束形成多波束的方法是采用一副口径天线，每个馈源对应一个波束，从而形成多个波束；单口径多馈源优化合成多波束的方法是采用一副口径天线，通过优化馈源阵列的幅度和相位激励系数来实现多个波束；多口径单馈源子波束形成多波束的方法是采用多副口径天线，不同口径天线对应的馈源阵生成的波束间隔排列，多副天线共同形成多个波束。