用于立方体卫星的高增益天线技术与发展趋势

随着MarCO与RainCube的成功在轨验证,立方体卫星已经在深空探测与遥感领域展现出独特的优势。立方体卫星搭载的天线不仅需要提供良好的辐射特性,还必须满足立方体卫星苛刻的体积和重量限制,这种限制条件在设计大口径高增益天线时尤为重要。首先简要介绍了立方体卫星的起源、发展及其应用前景,其次重点介绍了立方体卫星高增益天线的技术特点、研究现状及其在轨验证情况,最后归纳总结了立方体卫星高增益天线技术的未来发展趋势,为我国后续开展立方体卫星研究与应用提供参考。     

用户星对中继卫星的跟踪规律研究

根据中继卫星系统中用户星跟踪中继卫星的要求，定义了用户星天线坐标系，推导出了用户星天线对中继卫星的跟踪规律。通过该跟踪规律可以推出用户星天线跟踪中继卫星的跟踪角度、角速度和角加速度。同时，在给定系统一定初始条件的情况下，利用该跟踪规律分别推出了用户星最大跟踪角度和角速度与用户星轨道高度和用户星轨道倾角之间的关系。最后利用STK(Satellite Tool Kit)对该跟踪规律进行了间接验证。     

用于遥感卫星数传的新型波导阵列组合天线

从新的设计理念出发，提出一种新型的波导十字阵列组合辐射天线替代了赋形反射面天线，用于低轨遥感卫星的数传系统。文中论述了该天线的设计思路、设计过程，并列出了天线的主要性能。最后还简述了该天线在国内卫星上的应用及我国未来低轨遥感卫星数传天线的发展趋势。该天线已在我国多个卫星上成功应用。这种波导阵列组合天线结构紧凑、尺寸小，具有与国外通用的赋形反射面天线基本类似的性能，可达到星载数传天线的预定要求，而且为星载遥感器及其他载荷留出了更大的对地安装空间。     

GPS接收机天线相位中心变化对基线解的影响

GPS接收机天线相位中心变化与卫星信号的入射方向有关，因此相位中心变化对基线解的影响还与参加解算的卫星个数及卫星的几何分布有关。在考虑卫星几何分布情况下，首先研究了相位中心变化对单个点位坐标的影响，然后推导了相位中心变化引起的基线矢量的偏差计算公式。此计算公式综合考虑了各种引起天线相位中心变化的因素，如天线的类型、天线的安置误差、卫星的几何分布、卫星个数等。最后，给出了具体算例，并给出了减弱这种影响的方法。     

星载平面相控阵天线相位中心位姿标定方法

星载平面相控阵天线的相位中心是影响卫星成像质量的一个重要参数，针对平面相控阵天线的相位中心在卫星上的位姿标定问题，本文提出了一种标定平面相控阵天线相位中心位姿的方法。首先，建立了平面相控阵天线相位中心相对卫星主基准位姿传递的数学模型;其次，采用暗室测量系统对平面相控阵天线相位中心进行了标定，测得天线本体坐标系下的天线相位中心位置;最后，利用激光跟踪仪和经纬仪精测系统测出了天线相对卫星基准的位姿矩阵。基于本文提出的数学模型，获取了平面相控阵天线相位中心在卫星基准坐标系下的位置与姿态数据;同时，通过试验验证了平面相控阵天线紧固件的拧紧力矩，其对平面相控阵天线相位中心的影响可忽略。该方法对后续确定搭载平面相控阵天线的卫星相位中心工程验证，提供了参考。     

大型环形可展开天线反射器展开控制技术

大型环形网状可展开天线是卫星新型的天线载荷之一,其展开和收拢状态下的体积与重量都明显高于目前的星载天线。在发射阶段,天线需牢固可靠的收藏于卫星本体,卫星入轨后反射器需由收拢状态还原到全展开状态。大型环形网状可展开天线的反射器展开控制器是反射器展开的核心控制部件,它要实现反射器由收拢状态还原展开到位的全部控制过程。本文介绍了大型环形网状可展开天线反射器展开控制器技术的一种方案。     

卫星姿轨控制对大型柔性索网天线在轨指向影响分析

文章针对星载天线大尺寸、大柔性，引起卫星姿轨控时卫星本体姿态运动与柔性天线自身弹性变形相互耦合，进而导致天线指向精度下降的问题，提出了一种计算卫星姿轨控制引起的大型柔性天线在轨波束指向偏差的计算方法。首先，结合有限元法和混合坐标法，通过理论推导，建立了卫星与大型柔性索网天线刚柔耦合动力学模型；然后，以某在轨成像卫星东西位保为例，通过有限元法对该柔性索网天线进行模态分析，得到描述天线弹性振动的模态矩阵与质量矩阵，结合天线的模态矩阵、质量矩阵及天线与卫星本体的坐标转换关系，得到天线振动相对于星本体坐标系的平动耦合系数与转动耦合系数，再与星本体的刚体运动参数组合起来，求解卫星天线刚柔耦合动力学模型，即可得到天线实际振动位移。最后，根据天线实际振动位移进行天线型面拟合，并选取其最差型面进行了天线电波束指向仿真。仿真结果表明，天线方位向的波束指向偏差最大为0.0576°，可为天线在轨指向设计提供依据。该算法同样适用于卫星其他姿轨控制工况。     

基于VC的微波散射计有源定标试验自动控制系统设计

海洋二号微波散射计是一种用于测量海洋表面风场的仪器，为了提高测量的精度，需要进行精确定标。文章基于VC设计了微波散射计有源定标试验自动控制系统；依据卫星轨道预测，精确计算并自动控制有源定标器的天线指向，自动采集和存储定标信号，实现外场定标试验的自动控制。多次外场定标试验表明：该系统可以实现外场定标试验的自动控制和天线指向的准确计算，根据试验数据拟合得到的天线方向图与实测天线方向图基本吻合，3dB波束宽度内角度测量误差优于0.1°。试验结果表明，通过卫星 地心连线和卫星 有源定标器连线的夹角逼近卫星视角，能够精确计算有源定标器的天线指向。该技术显著提高了试验的效率和有效性，已成功应用于风云三号和演示验证双星有源定标器的设计中。     

基于SIP的Ka频段高集成度有源相控阵天线设计

卫星有效载荷系统逐渐开始采用相控阵天线作为收发装置,由于卫星的体积和重量受限,星载相控阵天线必须朝小型化、轻量化方向发展。传统砖块式架构的ka频段64元相控阵天线的剖面高度约60~80mm,重量约2kg。近年来,研究人员从设计、工艺和加工等不同方向探索和研究了瓦片式的相控阵天线,期望能从设计和加工方法上减小相控阵天线体积和重量,从设计方法入手,研究了一种基于系统集成封装技术的有源相控阵天线,该天线的辐射单元材料采用微带介质板,相较于其它形式的辐射单元具有更低的剖面高度,微波射频电路被封装到低温共烧陶瓷基板内部,射频走线与辐射单元平行布局,通过高集成化设计将微波电路和天线辐射单元进行一体化组装,与传统砖块式架构的相控阵天线相比,在具有相同辐射口径的前提下,设计的天线剖面高度缩减到30mm,重量减小到1kg,工作在Ka频段,波束扫描宽度达到±60°。满足了减小相控阵天线体积和重量的要求。     

具有大型微波天线的卫星构型设计综述

从星载大型微波天线出发,简述了国外平面相控阵和反射面两种体制的天线构型特点。结合国外大型微波天线卫星的构型实例,探讨了卫星的构型设计与布局特点,提出了我国大型微波天线卫星有效载荷天线与星本体构型一体化设计等的启示与建议,可为此类卫星的构型设计提供参考。     

基于纤维缠绕技术的自适应天线反射器

现代信息社会越来越需要更大的通讯能力，这种需要可通过发展更高的远程通讯频率来满足，为实现此目的，使用发射天线的卫星通讯系统，德国宇航研究院结构力学研究所正在研制一种新的、用于卫星天线发射器的自适应结构体系。本文介绍了一种直径为900毫米的抛物面型叠层发射器的制造工艺。该卫星天线发射器叠层材料为中等弹性模量的碳- 氧树脂面板和带有集成激励控制驱动器的铝蜂窝夹芯。并将给出驱动器封装的制造，纤维缠绕过程和驱动器的装配方法，本文介绍了这一新的设计思想和具有高效控制，高热稳定性及经济的，重量轻的自适应智能天线反射器结构。     

一种悬架式双频微带天线的设计

为满足某一特定卫星通讯系统的应用需求,提出一种带抛物面基座的悬架式双频层叠微带天线结构模型。层叠微带结构确保天线的紧凑性,外加的抛物面基座改善双频天线的低仰角性能。利用商用软件HFSS,分析双频天线的主要参数并给出结论。仿真与实测结果表明,所提出的天线结构不仅具有良好的双频圆极化性能,而且有较高的低仰角增益。     

一种面向导航应用的电容耦合四点馈电的宽带双层微带天线

文章设计了一种电容耦合四点馈电的宽带双层微带天线,该天线可以工作在北斗、GPS、GALILEO和GLONASS四大导航卫星工作频段,可以用作导航系统地面终端天线.天线单元采用电容耦合四点馈电的双层空气微带圆极化天线形式,在双点谐振特性的双层空气微带天线基础上,结合电容耦合馈电技术构成三点谐振特性,进一步展宽天线带宽.为了实现低剖面、小型化、微带形式的宽带馈电网络采用双层结构集成设计,由Wilkinson功分器和宽带Schiffman移相器实现相应的幅相配置.对提出的天线进行了仿真设计和优化,仿真设计结果表明,在四大卫星导航卫星系统1.1 GHz～1.6GHz工作频段内,天线电压驻波比小于1.4,增益方向图和圆极化轴比特性都满足设计要求,该天线可以很好地应用于地面多模用户终端.     

星载大型空间天线的一种解耦控制方法

针对星载大型空间可展开天线与卫星平台之间的动力学耦合问题提出一种三自由度驱动与测量机构用于连接天线臂与卫星平台。该机构以驱动电机来控制天线臂转动,通过角度传感器对天线臂转角的测量来实现反馈控制,同时在卫星姿态控制系统中引入前馈控制进行反作用力矩补偿,实现卫星平台与天线之间的解耦控制、抑制天线的振动、提高卫星姿态控制系统的性能。通过姿态稳定状态下卫星-天线系统解耦动力学模型的建立、控制系统的设计、姿态控制的仿真分析,表明解耦机构能大幅增加天线振动的阻尼,有效提高卫星稳定性和天线指向精度。     

广播卫星两级姿态控制系统的设计及分析

本文研究可以满足天线指向高精度要求的两级姿态控制系统。建立卫星数学模型,设计卫星控制系统,对系统进行计算机数字仿真研究。结果表明,天线指向精度高,系统还具有其它一些优越性。     

基于天线方向图优化设计的星载双基地SAR模糊抑制方法

由于小卫星接收天线面积受限，星载双基地SAR图像的模糊比与传统大卫星SAR相比有较大幅度的提高。在研究了星载双基地SAR模糊特殊性的基础上，利用模糊功率在发射天线方向上强度分布的先验信息，以本文定义的信号模糊噪声比（SANR）为优化目标，推导出最优天线阵权矢量。用实际卫星参数进行了仿真，结果表明基于最优天线阵权矢量的天线方向图可有效地抑制模糊功率，改善总模糊比最多可达15dB。     

资源一号卫星X波段IR—MSS数传天线

一种北射双线螺旋天线在中巴合作研制的地球资源卫星上首次用作x波段IR－MSS（红外遥感）数传天线，替代了国际上惯用的赋形反射面天线。飞行试验表明，天线在轨工作正常，具有与赋形反射面天线相当的性能与功能。本文简要地介绍了该天线的设计和性能。     

中继卫星单址天线驱动控制系统设计

针对中继卫星单址天线与星体之间存在耦合效应以及单址天线需要高精度指向用户卫星的特点，将天线驱动控制系统作为星上一个相对独立的系统进行了设计。首先推导出了由两相永磁步进电动机驱动单址天线转动的动态方程，描述了系统存在的模型不确定性。考虑到步进电机的非线性特征，用DQ变换进行了反馈线性化处理，在此基础上设计了天线驱动控制系统的H∝回路成形控制器，并对所设计的控制器进行了鲁棒稳定性和鲁棒性能分析。数学仿真表明：提出的控制策略能使单址天线获得较高的指向精度，同时减小天线对星体平台的耦合影响.     

星载高精度伞状天线展开过程运动及受力分析

伞状天线是目前大型可展开天线的一种主流构型。由于天线口径大，天线在卫星发射阶段处于收拢状态；卫星发射至指定轨道后，天线展开至工作状态。展开机构是伞状天线展开与收拢的执行机构，其展开与收拢过程中关键零部件的运动精度及受力情况直接决定了天线展开到位精度和天线型面在轨热变形，对最终天线在轨型面精度起决定性作用。文章以国内某星载高精度伞状天线展开机构为研究对象，结合天线展开机构各运动部件参数，利用解析的方法获得展开机构运动方程；通过对方程进行分析，得到展开机构各关键部件在天线展开过程中的运动情况、受力情况及天线理论展开时间，为天线最终在轨展开时间的制定及展开过程中关键零部件的受力控制提供理论依据。     

超宽带螺旋天线的小型化设计

介绍一种新型的螺旋结构天线,将平面等角螺旋天线与锥面螺旋天线结合起来,采用渐变式的巴伦平衡馈电。相比传统的平面螺旋天线,针对同样频带宽度的天线设计,这种混合型螺旋天线体积更小。利用Ansoft HFSS电磁场仿真软件对天线进行建模和仿真计算,并结合仿真结果实际制作了该螺旋天线,给出了实测结果,表明天线可以在工程实际中应用。