基于波束分离技术的空间时延补偿方法研究

针对深空测控通信任务中,空间时延和地球自转使大型地面天线窄波束不能覆盖对应的轨道区域导致的通信链路质量恶化甚至中断的问题,提出了在波束波导馈电的多反射面天线中,通过改变收发馈源位置使上下行波束峰值分离并指向不同的位置实时改善通信链路质量的方法,给出了波束波导馈电系统中馈源位置与波束分离以及增益损失的关系。该方法可以准确地预计并通过改变上行发射馈源的相对位置,使上下行波束按照要求指向不同的位置以减小天线上行链路增益损失。以35 m深空测控通信天线为例进行仿真,在Ka波段34 GHz频率,当上下行链路波束分离达0.032 72°时,增益损失小于4.25 dB。该方法也可用于确定馈源的位移量来修正由于反射面天线结构变形或复杂的多反射面系统镜面位置误差等造成的天线波束误差。     

一种高效卫星赋形波束用圆极化馈源

本文介绍了一种賦形波束天线用的圆极化馈源。讨论了形成賦形波束的多馈源天线的特殊问题,通过理论及其实验以及它们的相互比较,说明了十字膜片馈源对于解决这类问题的适用性。比较了不同种类馈源对天线覆盖区增益的影响,从而进一步证明了十字膜片馈源的优点。     

天线平面近场测量的研究(一)

<正> 一、问题的提出为节省星上射频功率、减少对邻国的干扰,考虑到我国版图的具体情况,广播卫星采用多馈源抛物面天线的成形波束设计。有关该天线辐射和复盖性能分析参见。我国广播卫星电视传送频段拟用Ku波段(12/14GHZ),数值计算表明反射面天线口径一般都超过一米。多馈源抛物面成形波束的设计基础是利用偏焦馈源的二次波束偏斜。恰当设计馈源数目和它们在焦平面上位置及相对激励系数,就可得到按预定空间分布的各子波束。这些子波束     

星载GPS-R下视天线的可视性研究

对星载GPS-R海洋遥感接收机下视天线的波束中心指向、波束形状、波束推进方式对镜面反射点可视性的影响进行了研究. 定义了一个与天线可视区域内地球表面点具有一一对应关系的星下点平面, 提出了星下点平面内的天线波束覆盖区域的确定方法及数学表达式, 在此基础上分析了不同的波束中心指向、波束形状、波束推进方式对可视性的影响, 并根据某型号空间飞行器的轨道数据进行了仿真验证.      

空间惯性定向姿态卫星数传链路设计

对于采用空间惯性定向姿态的卫星,其在数传设备工作期间不能保证固定安装在星体上的发射天线波束准确指向地面站,这给有效载荷高速数传提出更高技术要求. 研究了这类卫星在轨运行时其姿态相对地面站的变化规律,利用STK软件提供的卫星轨道仿真分析结果,寻找数传天线波束中心轴的较好指向,得到不同天线波束宽度能够实现的卫星对地数传时间. 通过研制140°波束范围内0dBi增益天线,在链路设计上保证了传输速率85Mbit·s-1时有足够的余量. 在星载设备小型化约束（质量10kg、功耗80W）条件下,采用小型化宽波束天线以及固态功放解决了空间惯性定向姿态卫星的有效载荷数据传输问题,设计方案满足相关任务要求.      

我国Ku波段广播通信卫星赋形波束天线设计

讨论了我国Ku 波段广播通信卫星全国覆盖的赋形波束天线的设计问题。就我国目前的技术和工艺水平,提出了三种可行的方案;通过这三种方案,介绍了偏馈反射面天线的几何尺寸的选择,多波束天线的馈源位置排列及缋源幅相激励系数的优化步骤;最后绘制了三种方案的等值线覆盖图,分析和比较了它们各自的优缺点。     

军用通信卫星的多波束天线

多波束天线(MBA)是由波束成形网络驱动的馈源面阵所组成。每一个馈源面对应于一个特殊的天线波束。馈源阵位于或靠近准直透镜或反射器的焦面上。辐射图形的电控制由波束成形网络中采用的微波控制器件(开关或可变功率分配器)提供。在有些应用中,只在指定的时间激励唯一的一个波束。例如,时分多址(TDMA)系统就属于此例,该系统的波束能从一个用户跳传给另一个用户。而在像动波束成形应用中,要同时激励几个波束。多波束天线的应用军用通信卫星中第一个采用自适应天线的是国防通信卫星-Ⅲ(DSCS-Ⅲ)。DSCS-Ⅲ主要的通信有效载荷就是几个工作SHF(8/7吉赫)波段的多波束天线。1个在61波束的上行链路MBA和2个19波束下     

卫星成形反射面天线波束赋形的研究

采用单馈成形反射面天线,将天线口面分为多个栅格,通过优化栅格的场的相位分布对中国版图进行波束赋形。在优化过程中附加了相位限制条件,以保证反射面的表面连续,并与阵馈抛物反射面天线的赋形效果作了分析比较,说明单馈成形反射在天线在波束赋形中是可取的,该单馈成形反射面天线有其实用价值。     

星载可展开天线研究

海洋二号卫星微波校正辐射计天线(HY-2 CRA)是高增益、低副瓣、高波束效率、低损耗的天线子系统. 其高主波束效率、低损耗等要求对天线展开精度、形面精度、测试等提出了极大挑战. 由于卫星发射整流罩结构限制, 天线采用可展开机构形式, 并用正交模耦合器实现频率复用. 天线频率分别达到18.7 GHz, 23.8 GHz 和37 GHz.为了减小天线形面变形, 保证天线波束指向, 天线反射面(包括反射面支架、馈源支架)采用碳纤维复合材料, 确保天线在宇宙空间变形尽可能小. 本文就HY-2 CRA的设计、加工、测试等进行了论述.      

星载聚束式SAR天线波束指向控制分析

建立了波束控制条件下的星载聚束式SAR的天线指向及成像数学模型,证实天线波束指向被控造成回波信号的幅度调制,引起成对回波,从而影响成像质量.此外,分析了波束指向控制比率与测绘带方位宽度、图像动态范围的制约关系,提出设计星载聚束式 SAR天线波束指向控制比率的基本原则.最后,通过计算机仿真,验证了理论分析的正确性.      

新型宽带宽波束圆极化卫星导航终端天线的设计与实现

卫星通信与卫星定位系统的应用发展,对终端设备天线的性能提出了更高的应用需求。为实现宽频带宽波束圆极化天线的设计,采用正交移相馈电网络对含有背腔的交叉偶极子天线馈电,实现了宽带圆极化单向辐射特性,同时利用磁电偶极子对交叉偶极子进行加载,展宽了天线的波束宽度,促使天线在50.7%的相对带宽内S11＜-10dB,在1.3~1.75GHz的频带内轴比小于3dB,轴比小于3dB的圆极化波束宽度可达180°,增益不小于6.6dB。经实测验证,所设计的天线具有宽频带宽波束特性,同时具有结构紧凑、性能稳定的优点,适用于卫星通信与导航终端系统。     

MW 级太空发电站微波能量波束指向控制精度分析

MW 级太空发电站是太空发电站事业发展规划的重要步骤,其微波能量传输系统的波束指向控制精度影响着波束收集效率。本文面向百米级能量发射天线,提出合理的微波能量波束指向控制精度要求。针对能量波束的渐变特性,以微波能量收发口径、传输距离和工作频率为约束,以系统对波束收集效率下降的容限为考察目标,建立了微波能量传输系统的波束指向控制精度分析模型,并提出了分析方法。应用提出的方法进行了数值仿真分析,根据仿真结果指出MW 级太空发电站微波能量传输系统的波束指向控制精度应为0.0023°,此时因微波能量波束指向偏离导致的波束收集效率下降不超过1%。这一指标可作为MW 级太空发电站微波能量传输系统重要设计参考。     

基于分割法的抛物面固面天线热变形抑制

为满足未来高分辨率微波遥感航天器对于大口径高形面精度的空间可展开天线的需求,提出了一种能有效降低偏馈固面天线在轨因热变形造成形面误差的新方法,即分割法。采用5 m口径的偏馈固面抛物面天线,分析了天线热变形对其电性能尤其是主波束效率的影响。对连续固面天线六点支撑下不同支撑位置对其热变形的影响进行了研究。在温差为200℃的均匀温度场下,分析了不同形状单胞的形面误差,随后确认采用正六边形作为分割单胞并对其形面误差与尺寸的关系进行了研究。研究了分割单胞的尺寸及排布方式对天线的形面误差及电性能的影响,并验证了分割单胞之间的缝隙对天线电性能的影响,最终确定分割方案。结果显示,分割后天线形面误差从500μm降低至5μm,主波束效率下降值从6.72%下降至1.77%。     

波束跃度对星载SAR滑聚模式成像影响分析

针对星载合成孔径雷达(SAR,Synthetic Aperture Radar)滑动聚束模式方位向天线波束无法实现空间连续运动而引入虚假目标的问题,提出了波束跃度对成像质量影响的定量化分析方法.首先在方位向天线波束控制前提下,构建了星载SAR滑动聚束模式回波信号的数学模型.在此基础上,采用成对回波理论定性与定量化分析了波束跃度对成像质量的影响,尤其给出了天线最小波束跃度与虚假目标幅度和位置的定量映射关系,并讨论了不同波段下,虚假目标对分辨率、峰值旁瓣比、积分旁瓣比以及系统增益的影响,为系统顶层合理论证天线最小波束跃度指标提供了可靠的理论依据.通过计算机仿真实验验证了提出的理论分析方法的正确性.     

短毫米波段波纹喇叭天线的新工艺

由于传统的机械加工精度的限制,在短毫米波段准光网络中,用作高斯馈源的波纹喇叭天线的设计加工成为难题.根据用户对高斯波束的参数要求提出了波纹喇叭天线的尺寸设计方案,采用了一种节约计算资源的模式匹配算法对包含大量波纹周期的波纹喇叭天线进行数值预测.针对短毫米波段波纹喇叭天线物理尺寸小、加工难度大的问题,提出了"迭片套装"法的加工工艺,即通过加工一系列圆环状波纹片和合理的工装结构而组装成完整的波纹喇叭天线.采用此工艺分别加工了工作在5mm和3mm波段的波纹喇叭天线,对其电性能进行了测试,并与数值计算结果进行了对比.      

有限元方法设计赋形波束缝隙面阵馈电网络

采用缝隙倾角变化实现幅度加权,采用等高但不等宽的波导实现相位加权,并设计了过渡段以减少反射,可以对赋形波束方向图面阵实现所需要的馈电.为了获得需要的幅度和相位,用有限元方法对缝隙单元尺寸、幅度激励和移相网络进行了数值仿真.通过调整几何尺寸来实现所需要的幅度与相位要求及阻抗匹配.最后给出了1个缝隙阵列天线的设计实例,发现理论计算的赋形方向图与实际测试结果在赋形波束主瓣内吻合很好.     

用于无线测量传输系统的双波段天线四功能馈源

双波段天线四功能馈源,属于改进的一种微波天线设备,可以同时传输C波段收、发信号和Ku波段收、发信号.通常的一副微波天线只接收一个波段的接收信号、并/或发射一个波段的发射信号.同时接收二个波段、发射二个波段的信号需要用二副天线,本设计可以用一副天线完成.本设计是将C波段馈源与Ku波段馈源通过串馈连接做在一个整体上,将它放在抛物面天线的焦点上,通过4个波导输出口与外部信号连接,实现双收、双发的功能.本设计不仅提高了经济效益而且节省了安装天线的占地面积,这对于天线安装在塔尖或房顶上是很重要的.     

"神舟四号"飞船微波辐射计天线的主波束效率

参照反射面天线主波束效率估计的简易计算公式,对“神舟四号”(SZ-4)飞船辐射计天线的主波束效率进行了具体估算,给出了计算流程和计算结果．计算表明,该辐射计天线在6．6GHz,19．35GHz,23．8GHz和37GHz 4个频段上的波束效率分别为89％,91．24％,92．91％和94．87％,并经过了在轨飞行验证．     

对地观察卫星赋形反射面数传天线设计

根据几何光学原理对近地轨道卫星地球匹配波束赋形反射面进行了设计 ,在此基础上利用物理光学近似估算该反射面的二次辐射方向图和增益 ,并以地球匹配波束为目标函数对赋形反射面进行了优化。在进行反射面赋形设计时提出了两种端值条件 ,并对其进行了数值仿真和比较。同时对如何减少第一端值条件下馈源影响进行了有益的研究。     

改进的Woodward方法及用于设计大口面天线馈源

在分析传统的Woodward综合方法及其改进方法的基础上,引入最小二乘及伪逆,得到一种新的方向图综合方法;并将新方法与阵列波束形成技术结合,用于设计大型口面天线/FAST(Five-hundred meter Aperture Spherical Telescope)的初级方向图.在本文提出的方法中,抽样点数可以与阵列单元数相等和不等,对综合区域没有限制,所以综合的赋形波束更加灵活,适应场合更广泛.