從「鵲橋」談星載天線

衛星類別主要包含通信/中繼衛星、遙感衛星、導航衛星，用於滿足人們對於通信、成像和位置的需求，當然還包含環境探測、深空探測和其他科學試驗衛星。其中，通信衛星是最大的一類，本文對中繼和通信衛星天線進行簡要介紹。

最近比較火的是支持嫦娥四號月球背面執行任務的鵲橋中繼衛星，如下圖所示，著陸器和巡視器通過中繼衛星X頻段實現與地球的雙向數傳。那麼支持遠距離中繼主要靠的就是近5米的展開式天線，採用鍍金鉬絲編織而成，是目前用於深空探測的最大的展開式天線。

下圖為展開式天線的實物照片。

事實上，美國早在七八十年代就開展了中繼衛星的建設工作。下圖為第一代的中繼天線系統，其中兩副網狀展開式天線同時支持S/Ku頻段，即SSA和SKA，30個螺旋天線組陣形成S多波束，即MSA。該衛星位於靜止軌道，可以實現天基測控。哈勃望遠鏡的數據就是通過中繼衛星傳輸回地面的。

TDRS中繼衛星系統為了進一步提升速率，第二三代衛星引入Ka頻段，為了確保形面精度採用了固定拋物面，而不是網狀展開。如下圖所示。

除了中繼衛星，傳統的同步靜止軌道衛星大多採用如下的多拋物面天線實現，採用偏饋設計，饋源固定於星體，拋物面天線發射前收藏，入軌後通過電機打開。如下圖所所示。多波束通過採用多喇叭饋源實現。

近兩年來比較火的是低軌移動通信星座，下面一起看一下星載天線的設計。首先是ONEWEB天線的設計，ONEWEB用戶鏈路採用Ku頻段，每條波導陣天線對應一個波束，每條陣列由32個單元構成。16條陣成16個波束，通過物理上傾斜角度使得16個波束拼接到一起。

下面是最近SpaceX發的MicroSAT-A/B兩個試驗星，軌道高度為1150km，採用Ku用戶鏈路，每顆衛星對地採用兩副相控陣平板天線，一副負責收，一副負責發。

下面是O3B的中軌通信衛星，每顆衛星採用12副小拋物面天線，已經投入運營。同時，後續的mpower計劃升級為3700個電掃波束。

二代GB天線在地面上的方向圖投影如下圖所示。由於衛星通信斜距空間損耗比垂直損耗要大，一般在衛星天線增益上進行等通量補償。

16波速L頻段天線實現方案如下圖所示。每路天線低噪放接收後功分16路，然後每個陣元抽頭用16合一合路器合成一個波束，該網路需要賦相實現波束偏置覆蓋。

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