1.USB测控天线设计
USB测控天线采用宽带收发共用天线，共有4副，分别放置在卫星的±z方向和±z倾斜25°方向，其中±z面以及±x面的双天线采用同左旋组阵方式形成近全空间覆盖，同时也起到互为备份的作用。
如图11-23所示，USB应答机a通过混合接头1接收±z方向的测控天线传来的上行信号，并在发射机开机的情况下将下行信号通过混合接头1发送给±z方向的测控天线；USB应答机b通过混合接头2接收±x方向测控天线传来的上行信号，并在发射机开机的情况下将下行信号通过混合接头2发送给±x方向的测控天线。在轨使用时，对于上行链路，四天线同时接收；对于下行链路，则只有一组组阵的两天线同时发射。
图11-23 测控天线方案示意
同旋组阵方式下组阵干涉区会对测控链路产生一定程度的影响，但是该组阵方式避免了地面站上行旋向的频繁切换，有利于提高系统应用的可靠性。通过合理的单元及布局设计能够将同旋组阵的干涉区的影响控制在应用允许的范围内。中低轨道小卫星多采用同旋组阵方式，且多有干涉区对地应用过程，均未对测控造成不可接受的影响。
USB测控天线采用的是在多颗中低轨道卫星上成功应用的定型产品——锥柱螺旋天线，可直接用于HXMT卫星USB测控天线。其外形如图11-24所示。其仿真方向图如图11-25所示。从仿真结果可以看出，天线机械轴±70°范围内单元天线增益不小于0 dBi。
图11-24 S频段锥柱螺旋天线实物
图11-25 S频段锥柱螺旋天线实测方向图
HXMT卫星±z倾斜25°方向安装两个同左旋组阵USB测控天线2a、2b，组阵的RM星测试结果如表11-3所示。USB测控天线2a、2b组阵RM星测试统计结果表明，全空间内增益不小于-18 dBi的空间占98.96%以上（指标要求≥97%），全空间内增益不小于-12 dBi的空间占94.88%以上（指标要求≥90%），因此满足在轨使用要求。
表11-3 USB天线2a、2b组阵测试结果
HXMT卫星±z方向布置两个同左旋组阵USB测控天线1a、1b，组阵的RM星测试结果如表11-4所示。USB测控天线1a、1b组阵RM星测试统计结果表明，全空间内增益不小于-18 dBi的空间占98.18%以上（指标要求≥97%），全空间内增益不小于-12 dBi的空间占91.97%以上（指标要求≥90%），与仿真分析结果一致，因此满足在轨使用要求。
表11-4 USB天线1a、1b组阵测试结果
2.GPS天线设计
GPS天线在HXMT卫星入轨正常后开始工作，连续工作直到寿命末期，通过天线实现近全空间覆盖，接收GPS卫星数据，实现定轨、校时等任务。
GPS天线包含两个独立的通道，分别通过合路器连接主、备份的GPS接收机。GPS天线a、GPS天线c构成一套工作单元，GPS天线b、GPS天线d构成另一套工作单元，两套工作单元构成冷备份，GPS天线子系统连接框图如图11-26所示。两对四个GPS天线布局在卫星±z面，如图11-26所示。
HXMT卫星GPS接收天线选用成熟的自馈相四臂螺旋天线，如图11-27所示。该天线采用自馈相原理，省略了普通圆极化四臂螺旋天线所必需的3 dB/90°功分移相网络，结构简单紧凑，可靠性高。在众多低轨卫星上取得了较好的应用效果。
图11-26 GPS天线子系统框图
图11-27 GPS天线
GPS天线单元仿真与测试结果的比较验证如图11-28所示。从中可以看出，仿真与测试结果一致性较好，满足不小于-3.0 dBi（0°≤θ≤75°，0°≤φ≤360°）和不小于-4.0 dBi（0°≤θ≤85°，0°≤φ≤360°）的技术要求。
RM星状态下GPS天线a、c组阵净增益方向图如图11-29所示；RM星状态下GPS天线b、d组阵净增益方向图如图11-30所示；满足卫星总体指标要求。
图11-28 GPS天线单元仿真方向图
图11-29 GPS天线a、c组阵增益方向图
（a）0°面增益方向图；（b）45°面增益方向图；
（c）90°面增益方向图；（d）135°面增益方向图
(www.xing528.com)
图11-30 GPS天线b、d组阵增益方向图
（a）0°面增益方向图；（b）45°面增益方向图；（c）90°面增益方向图；（d）135°面增益方向图
3.数传天线设计
数传天线共2个，分别装在载荷舱+x/+z边和服务舱-x/-z边，天线轴线与z轴夹角为20°，要求100°半锥角视场无遮挡。通过波导开关切换对地数传，保证实现对地全空间覆盖，完成科学数据下传的任务。数传天线连接框图如图11-31所示。
HXMT卫星数传天线a和数传天线b为相同状态（本体和支架均相同），数传天线a斜装于星体+z/+x边，天线轴线与+z轴夹角为20°，斜装架高约300 mm；数传天线b斜装于星体-z/-x边，天线轴线与-z轴夹角为20°，斜装架高约300 mm，如图11-32所示。
图11-31 数传天线连接框图
图11-32 数传天线示意
HXMT卫星数传天线采用双线螺旋天线方案，通过调整天线的电性能参数可以控制波束形状，达到半球覆盖的增益方向图。天线本身完全由金属制成，天线效率高，结构可靠。该天线充分继承成熟技术，能够承受50 W功率耐受考核。该天线总高度约200 mm。考虑到力学特性，该天线在同轴馈管外导体与螺旋线之间增加了介质块支撑。
针对HXMT卫星与三轴对地稳定卫星平台的差异，对双线螺旋天线的螺旋参数进行适应性修改设计，使之方向图成为半球波束。单元天线仿真方向图如图11-33所示。在离轴90°范围内增益不小于-3 dBi，满足指标要求；同时，该类型天线在天线对称轴±90°范围内增益起伏平缓（图11-34），适于半球覆盖的数传要求。
图11-33 数传天线单机不同切面实测增益方向图
图11-34 数传天线单机幅频特性
RM星状态下，数传天线a、b净增益基本满足不小于-3.0 dBi（0°≤θ≤90°，0°≤φ≤360°，含极化损耗和星体影响），如图11-35、图11-36所示；受载荷遮光罩影响，有个别点超差，但仍然满足不小于-6 dBi的要求。
图11-35 数传天线a增益方向图
（a）0°面增益方向图；（b）45°面增益方向图；（c）90°面增益方向图；（d）135°面增益方向图
图11-36 数传天线b增益方向图
（a）0°面增益方向图；（b）45°面增益方向图
图11-36 数传天线b增益方向图（续）
（c）90°面增益方向图；（d）135°面增益方向图
RM星状态下太阳翼对数传天线的影响，选取结果稍差的数传天线a以及靠近它一侧的太阳翼。在数传天线a带太阳翼情况下，RM星的测试结果如图11-37所示。从中可以看出带太阳翼与不带太阳翼的测试结果基本一致，这说明太阳翼对数传天线基本没有影响。
2017年6月15日发射至今，HXMT卫星在轨工作正常，运行稳定，测控与GPS信号稳定，在60 Mb/s或120 Mb/s两种码速率下地面站收到的数传信号正常，从而验证了该星天线分系统设计的正确性。
图11-37 数传天线有无太阳翼增益方向图比对
（a）0°面增益方向图；（b）45°面增益方向图
图11-37 数传天线有无太阳翼增益方向图比对（续）
（c）90°面增益方向图；（d）135°面增益方向图
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
