星载相控阵天线的技术现状及发展趋势

星载相控阵天线采用现代微波集成技术,在有限的卫星平台空间条件下,实现独立控制的多个点波束,满足未来通信的需求。相控阵天线可以实现波束间通信容量的调整,还可以根据需要改变波束形状,使用自适应调零的抗干扰技术,这些技术已在国外星上设备中广泛采用,具有广阔的发展前景。文章介绍了星载相控阵天线的研究现状、关键技术,以及发展趋势,并对我国星载相控阵天线技术的发展提出了建议。     

面向卫星通信系统的低成本超表面相控阵技术

低轨通信卫星系统因其传输延迟小、通信容量大、发射运营成本低等优势,受到了国内外的广泛关注。然而,低轨通信卫星技术的发展对星载天线系统提出了挑战。为提高卫星星座的通信容量以及实现对用户的跟踪覆盖,波束扫描、波束可重构及多波束覆盖不可或缺。在低成本建设运营的背景下,迫切地需要一种低成本的天线系统方案。作为一种低成本新型相控阵技术,综述了超表面相控阵天线技术及其在波束调控中的应用。首先对超表面天线波束形成的方法进行了简单的研究,之后介绍了超表面电磁调控的机理以及实现可重构的手段,最后介绍了超表面相控阵天线在波束形成、波束扫描、多波束产生中的应用。该技术相较于传统相控阵技术,大幅降低了成本,且在电磁波极化、频率调控中展现出巨大的灵活性。通过对该技术的综述,展望了超表面相控阵在低轨通信卫星中的应用。     

矢量调制器在星载相控阵天线中的应用

精确的相位调制技术是星载毫米波有源相控阵天线最关键技术之一。传统的数字移相器构造较为复杂,尺寸较大,相位调制特性有局限性,不是高工作频段、宽扫描角星载相控阵天线发展的最优选择。文章提出采用单片矢量调制器来代替数字移相器及数字衰减器,利用电压来控制矢量调制器的相位调制,提高了相位调制性能,同时具有结构简单、尺寸较小等优点。在此基础上设计了星载毫米波段有源相控阵天线,并且实现了精确的二维波束扫描功能,验证了矢量调制器在星载毫米波有源相控阵天线中应用的技术可行性。     

光控相控阵天线

研究了迅猛发展的新的相控阵理论和技术厦其前景，其中涉及控制相控阵天线的光纤和光电技术。在相控阵天线中光学图像形成和扫描保证实时（PMB）形成一维或二维、连续或色散的单波束或多波束方向图（RH），并且保证对不同辐射频率的最大方向图的方向进行无波动扫描。采用光学图像形成电路（Roc）的相控阵天线，在超宽瞬时通带（～1GHz）中既能以连续方式也能以超短脉冲（脉宽～1ps）方式工作于发射状态和接收状态。     

低轨星座多波束相控阵天线研究进展与发展趋势

多波束相控阵天线是一种利用波束形成网络,同时实现多个独立的高增益波束的多波束天线,具有高灵活性和宽角度扫描等优点,是低轨通信卫星系统的核心载荷之一。旨在针对应用于低轨星座的星载多波束相控阵天线进行归纳和分析。对低轨星座多波束相控阵天线的发展历程、波束形成技术、关键技术进行了介绍,并对低轨星座多波束相控阵天线的未来发展趋势进行了分析,为我国未来低轨卫星星座建设提供技术参考。     

星地融合网络相控阵天线应用研究进展

卫星通信网络与地面移动通信网络融合，可提供低时延、广覆盖的泛在接入服务。相控阵天线作为星地传输端到端信息获取的射频前端，具有剖面低、波束成形灵活、多维参数捷变等优点，但也面临降低成本及功耗、增加宽带传输能力、提高宽角扫描性能等方面的挑战。与现有相关综述关注相控阵天线设计流程及制造工艺不同，对相控阵天线在星地融合网络中的应用研究进行综述。首先，阐述相控阵天线的不同架构和特点。其次，总结应对挑战的若干关键技术，包括波束凝视、高精度波束指向、低成本、多波束等。最后，展望在分布式星群组网、高频段演进和通信感知融合等场景中的发展趋势和研究方向。     

星载反射器无线用相控阵馈源的电气设计与制作

采用偏焦相控阵馈电反射器天线能实现电子波束再形成与波束扫描，可搭载在静止轨道卫星上用于移动卫星通信。本文介绍了这种相控阵馈源的电气设计；其31单元辐射阵和波束形成网络的制作；通过实验和分析验证了相控阵馈源电气设计的适当性。把这种相控阵馈源与口径13m的反射器天线组合后，证明可实现48dBi以上的覆盖增益，波束隔离达20dB以上。     

星载反射阵天线应用现状与发展趋势

反射阵天线具有平面结构、低成本、易于展开、灵活的波束形状等优点,兼具反射面天线和相控阵天线的若干优点.随着配备反射天线的ISARA、MarCO等立方体卫星相继成功在轨验证,反射阵天线的技术成熟度得以提升并且逐渐获得航天应用领域的认可.反射阵天线正在成为一种非常有潜力的高性价比星载天线形式.首先简要介绍了反射阵天线的基本原理、技术特点以及研究历程,其次重点介绍了星载反射阵的论证案例与在轨演示验证试验,最后归纳总结了星载反射阵天线未来的发展趋势,为我国后续开展星载反射阵天线技术应用提供技术参考.     

星载双面多波束相控阵GNSS-R海洋微波遥感器设计

为实现对多个海面区域覆盖,对星载全球导航定位系统反射信号(GNSS-R)海洋微波遥感器设计进行了研究。遥感器采用层叠式双面多波束高增益相控阵天线,通过在轨镜面反射点快速搜索和波束调度,接收北斗或GPS系统发射的直射信号和海面反射信号,经原始信号采样、时延多普勒相关功率计算等处理,为全球海面风场反演和海面高度测量提供高时效微波遥感数据。给出了系统指标和组成、工作模式,以及星载层叠式双面多波束相控阵天线、星载镜面反射点预测和星载GNSS-R高精度海面测高等关键技术及实现途径。仿真和计算结果表明:系统测高精度22cm,可满足系统指标要求。实际测高精度待飞行试验验证。     

星载合成孔径雷达天线的现状与发展

介绍两种典型的星载SAR天线；SIR－C成像雷达的有源微带相控阵天线和Radarsat-1的波导缝隙相控阵天线。报导了近年来星载SAR天线在多波段、多极化阵列天线，集成化、固态化、模块化有源相控阵天线，超轻型充气式阵列天线和双波段、双极化共孔径阵列天线等方面的研究进展，并给出了一些天线的参数。     

Ka频段液晶相控阵天线设计与分析

随着5G通信、卫星通信、物联网的迅速发展，对于相控阵天线提出了更高的技术要求，要求其具有带宽更宽、成本更低、指标更优、尺寸更小等特点。为了满足移动卫星通信的需求，针对相控阵天线的技术指标要求，设计了一款工作于Ka频段的液晶相控阵天线。通过研究液晶相控阵天线系统的整体架构，对其各个主要功能模块进行了设计和选型，包括天线阵列规模大小评估，移相器、辐射器、馈电网络、偏置网络、波控电路等功能部件的选型，研究基于液晶移相技术的小型化相控阵天线及波束控制电路，最终完成天线设计与仿真，并完成原理样机的研制和测试。对关键技术指标进行论证，天线各项指标可满足Ka频段移动卫星通信的相关技术需求。相较于传统卫星终端，该液晶相控阵天线具备批量生产、体积小、通信位置灵活等特点，适用于各种安装平台，更符合现代化通信的需求，为军/民用移动卫星通信提供了一种有效可行的天线解决方案。     

一种基于移相插值方法的相控阵列天线波束形成网络

文章提出了一种移相插值网络方法,可以有效降低大型相控阵列天线馈电网络的复杂性;然后基于该方法设计了一种相控阵列天线的波束形成网络;最后对13单元的一维线性阵列和19单元的面阵进行了仿真,仿真结果验证了该方法的有效性。     

相控阵雷达系统天线前端的光子技术

介绍了目前相控阵雷达系统天线前端正在发展的几种光子技术,即微波准光学有源阵列天线、光控可重置天线和未来理想的光子天线技术,分析了它们的工作原理和特点。     

一种柱面共形单脉冲相控阵天线

为满足导引头大视角探测及波束快速扫描等需求,设计了一种柱面共形单脉冲相控阵天线。阐述了其系统组成及工作原理,详细论述了该天线的设计方法,并对它的馈电及开关网络、波束控制等关键技术进行了分析。对研制的天线原理样机进行测试,实测方向图表明该天线很好地满足了工程需求。     

一种相控阵天线转台伺服控制系统设计

针对相控阵天线测控系统小型化的需求，提出一种相控阵天线转台伺服控制系统设计方法，采用集成化的设计思想，将伺服控制系统集成到转台内部。系统设计有波束控制器，具有波束控制功能和自动跟踪目标的功能，以及利用网络通信方式实现对多套伺服控制系统的远程控制功能。系统的伺服控制器采用参数自适应模糊PID控制结合时间最优控制的复合控制算法，阶跃信号、正弦信号测试和跟踪测试结果表明，伺服控制系统具有优异的动态性能和较高的跟踪精度。该伺服控制系统功能丰富，控制性能良好，具有广阔的应用前景。