航天器冷空定标天线设计

冷空定标天线反射器由于其作用是定点定标，所以位置需要固定。当对地观测天线反射器及馈源在机构的驱动下转到冷空反射器正上方时，冷空反射器遮挡住对地观测天线反射器，冷空反射器和馈源组成冷空定标天线，冷空定标天线开始工作，天线波束指向冷空，进行低温定标，如图7-4所示。

由于宇宙微波背景辐射在所有方向的极化特征是一致的，因此冷空定标天线在设计时不考虑交叉极化和波束形状，只要能有效接收冷空辐射的能量即可。冷空天线需要兼顾一定的主波束效率，一般要求大于85%；冷空波束宽度要求小于12°，波束对地观测入射角要求大于80°，以保证冷空定标天线主波束有效指向冷空，避免地球的影响。

图7-4　海洋微波辐射计冷空定标天线示意

在理想情况下，冷空定标天线只接收来自冷空的能量，需要抑制其他天体的微波辐射。太阳和月球距离卫星非常远，在天线视角内可以认为其辐射亮温是均匀无差别的，根据月球和太阳运行轨迹，可以很容易对其影响进行修正。地球距离卫星只有几百公里，卫星对地视角大于100°，远大于冷空定标天线的波束宽度，若冷空定标天线在地球方向的旁瓣过高，将会对冷空定标结果产生重大影响。因此，抑制冷空定标天线方向图在地球方向的旁瓣，是冷空定标天线设计的关键。一般情况下，归一化冷空对地旁瓣要求至少小于-20 dB。

1.冷空定标天线对地旁瓣成因分析

微波辐射计探测头部主要包括主观测天线反射器（主反射器）、冷空定标天线反射器（冷空反射器）、高频箱以及馈源喇叭，冷空定标天线和主观测天线都是单偏置抛物面形式。冷空反射器与主反射器共焦点。冷空反射器固定在高频箱转动轴上，高频箱、主反射器以及馈源转动时，冷空反射器保持不动，电轴始终指向冷空。

微波辐射计正常工作时，主反射器连同馈源和高频箱一起绕转动轴旋转，冷空反射器固定在转动轴上不动。每转动一周，馈源会依次进入冷空反射器焦点附近，此时辐射计接收冷空信号，当馈源转出冷空反射器下方时，辐射计不再接收冷空信号。接着，当主反射器转动到其观测范围内时，主观测天线开始工作。

可见，当冷空定标天线工作时，主反射器正好位于冷空反射器背面。由于直接漏射和边缘绕射的原因，馈源辐射的能量没有被冷空反射器完全拦截，有一部分打到主反射器上，形成了辐射。打到主反射器上的辐射方向图叠加在冷空反射器辐射方向图上，形成了寄生辐射。由于主反射器电轴指向地球，因此，由主反射器拦截辐射的小部分能量必然大部分辐射向地球，形成冷空定标天线的对地旁瓣，如图7-5所示。由于主反射器口径大、增益高，所以即使较少的能量也可以形成较强的对地辐射。(www.xing528.com)

图7-5　冷空定标天线对地旁瓣形成示意

2.抑制对地旁瓣的措施

从冷空定标天线对地旁瓣的形成原因可以看出，对地旁瓣是由主反射器贡献的。打在主反射器上的冷空反射器边缘的直接漏射波是对地旁瓣的一个贡献源，在馈源已经设计好的情况下，抑制这部分能量最好的办法就是增大冷空反射器。

由于冷空定标天线无须考虑交叉极化等特性，因此冷空反射器的形状是否规则不重要，只要其不与其他结构干涉即可。但从主观测天线的角度讲，希望冷空定标天线的反射器小，避免主观测天线工作时冷空反射器对主观测天线辐射方向图形成不良影响。因此，冷空反射器口面选择是基于以上考虑折中的结果。

冷空反射器高点不能与主反射器的支撑桁架互相干涉，需要留够一定的安全间隙。具体做法是：把距离冷空反射器最近的支撑桁架向旋转轴平移约10 mm，然后绕旋转轴旋转形成一个曲面，再用这个曲面裁剪冷空反射器（抛物曲面），如图7-6所示。这样生成的冷空反射器，在旋转时其各处均保持与支撑杆至少10 mm的安全间隙，且能最大化冷空反射器的口径。

图7-6　冷空反射面形成示意