航天器多频段反射面天线设计

从地面站、星间链路应用来看，先进的多频率反射面天线是未来的发展方向之一。这类天线的优点是减少了反射器的数量、降低了重量，从而使成本得到了降低。其中的技术难点主要在反射器设计、支持多频段的馈源设计、支持分离多频段并具备较好隔离度的馈电组件设计等。

传统的反射面一般支持单频段或者双频段。虽然抛物反射面性能与频率无关，但是馈源却限制了工作带宽。另外，当反射器的形状为赋形波束时，反射器的带宽也变为窄带应用。图12-11给出了两个传统的支持双频率工作的天线。第一种方法利用频率选择表面作为副反射面来分离高低频信号。频率选择表面反射高频信号，因此高频信号利用了双反射面体制实现，低频段从频率选择表面透射，因此低频段利用了单反射面体制。此处利用的频率选择表面利用了低通特性，通过方环、交叉偶极子或者交叉环等印制在副反射面上实现。该技术在水手号S/X卡塞格伦天线中已有应用，如图12-12所示。这种设计的缺点为频率选择表面存在损耗、低频段馈源需要较长的同轴线连接、需要两个馈源和复杂的频率选择表面。

第二种方法利用双频段馈源实现。高频段利用了中心波导，低频段从同轴结构传输。这种结构需要两个频段距离足够远，高频段信号透射外部同轴结构，需要滤波器或者吸收材料来抑制同轴模式。缺点在于：由于同轴传播模式在低频段交叉极化很差，这对于卫星应用和多数的地面应用来说不可接受。

图12-11　利用传统反射器实现的双频段天线(www.xing528.com)

图12-12　水手号天线

多频段高性能反射面天线的研究进展主要包括利用单馈源的双频段天线、利用多馈源的双频段天线、多频段天线、阶梯型反射面天线、具备反射和部分反射表面的天线。

随着卫星载荷复杂度的不断提升，以及高功率卫星（直流功率达到12～20 kW）的发展，要求天线能同时工作在更多频段。此外，为了降低成本，随着卫星同时配备政府载荷和商业载荷，更加需要多频段天线。下面以多频段天线进展为主，主要介绍多频段馈源技术。