国外在20世纪80年代初期就开展了单口径单馈源多波束天线技术研究，目前已经在轨广泛应用。美国2007年8月发射的太空之路-3（Spaceway-3）卫星，装载了Ka频段相控阵发射天线和多波束接收天线，如图6-15所示。太空之路3卫星通过下行相控阵单波束发射天线，根据用户的需求动态产生相对应的点波束，提供用户实际需要的卫星容量及带宽，同时根据用户需求可对某个地区进行增强，实现系统容量、覆盖的灵活动态管理。但是为了实现接收波束对服务区的常态覆盖，其接收天线为单口径单馈源多波束天线，形成112个波束来对服务区进行常态覆盖。
图6-15 Spaceway-3卫星示意
欧洲ASTRIUM GmbH公司在“MEDUSA”计划中研制的Ka多波束天线，是典型的单口径多馈源多波束天线。该技术用于由俄罗斯卫星通信公司和欧洲通信卫星组织（Eutelsat）共同研制的Express AMU1卫星（又称Eutelsat 36 C卫星），在2015年12月发射，得到在轨验证。“MEDUSA”项目中仅以一副发射天线及一副接收天线为卫星宽带交互系统提供高增益的多个点波束，结合“四色”频率极化复用技术，实现了对服务区的Ka频段多波束全覆盖，其覆盖的服务区如图6-16所示。馈源阵列通过模拟波束形成网络生成18个波束，覆盖了叙利亚、阿拉伯半岛、埃及以及利比亚的部分区域。
图6-16 多波束天线服务区示意
“MEDUSA”计划中的Ka频段多波束发射天线采用的是单偏置反射面天线，天线的馈源阵列由74个喇叭天线共同组成。该天线的核心部件是复杂的波束形成网络，通过大量高性能耦合器及移相器的设计，波束形成的网络在性能上实现了低回波损耗、高隔离度和高精度功率分配等特点，且在结构方面实现了紧凑小型化设计。图6-17和图6-18给出了“MEDUSA”Ka频段多波束天线下行链路的服务区覆盖电性能计算结果。从图中可以看出，在整个多波束天线的服务区内，天线增益值在41 dBi以上，C/I在16 dB以上，较好地实现了对广域服务区的覆盖任务。图6-19给出了其馈源阵实物图片。
图6-17 多波束天线服务增益预算（频率=18 200MHz）
图6-18 多波束天线服务C/I预算（频率=18 200MHz）
Ka-SAT卫星在2010年第3季度发射，采用高功率的Eurostar E3000型卫星平台。发射重量为5.8 t，卫星总功率为15 kW，有效载荷功率达11 kW，在轨设计寿命为15年，在轨示意如图6-20所示。
图6-19 馈源阵列实物图片
图6-20 Ka-SAT卫星在轨飞行示意
Ka-SAT宽带卫星系统中的Ka频段天线采用的是加拿大MDA公司研发的四口径多波束收发共用天线，4副收发共用天线分别配置在卫星东西墙板（各两副）。天线采用了长焦距单偏置反射面，口径均为2.6 m。收发共用高集成度一体化馈源阵共有86个单元，分成4组，分别照射4副收发共用天线，每个馈源产生一个波束，图6-21给出了一组馈源阵结构。这样共设计了86个Ka频段点波束覆盖欧洲大陆、北非和波斯湾地区，如图6-22所示。该卫星采用较为先进的Ka频段点波束设计，卫星总容量超过70 Gb/s，可以满足100万个家庭终端的应用需求。为配合Ka-SAT宽带卫星系统的运行，Eutelsat公司将建立一个配备8个网关的地面网络，以实施对Ka-SAT卫星全部宽带业务及对终端用户服务的管理，构建起完整的卫星宽带通信的新基础结构。(www.xing528.com)
图6-21 Ka-SAT卫星一组馈源阵结构
图6-22 Ka-SAT卫星波束覆盖情况
ViaSat-1卫星于2011年10月发射成功，是全球发射的首颗总数据吞吐量超过100 Gb/s的全Ka频段大型宽带通信卫星，由美国劳拉空间系统公司（SS/L）设计及建造。该卫星采用高可靠的1300型卫星平台，携带Ka频段有效载荷，在轨设计寿命15年，覆盖75%的美国大陆、阿拉斯加、夏威夷和加拿大，在115°W轨位上为北美地区提供各种新型的高速宽带服务。ViaSat-1卫星具有如下特点：
1）ViaSat-1卫星是全球迄今发射最重的Ka频段通信卫星。
2）ViaSat-1卫星是全球在轨最高容量的宽带通信卫星，高达140 Gb/s。
3）ViaSat-1卫星具有72个点波束，分别用于美国和加拿大宽带服务。
4）ViaSat-1宽带卫星系统还包括SurfBeam 2地面系统，也称为ViaSat SurfBeam 2宽带卫星网络系统。
ViaSat-1宽带卫星的Ka频段天线采用四口径多波束收发共用天线，4副收发共用天线分别配置在卫星东西墙板（各两副），天线采用了双反射面形式，口径均为2.4 m，收发共用高集成度一体化馈源阵共有72个单元，分成4组，分别照射4副收发共用天线，如图6-23所示。
图6-23 ViaSat-1卫星天线示意
我国具有自主知识产权的中星十六号Ka频段宽带卫星通信系统，其搭载的四口径多波束天线（图6-24）具有26个用户波束、3个馈电波束，系统总容量为20 Gb/s，卫星于2017年4月发射。卫星设计寿命15年，覆盖中国及近海区域，用于远程教育、医疗、互联网接入、机载和船舶通信、应急通信等领域。
中星十六号卫星的四口径反射面Ka多波束天线，采用26个0.8°波束覆盖我国的中东部地区及沿海，为地面小型终端提供Ka频段宽带通信业务。
图6-24 中星十六号多波束天线示意
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