相控阵天线与固定多波束天线在通信卫星系统中的应用分析

在通信卫星系统的设计过程中,面对大范围覆盖、高增益需求,主要有相控阵天线和固定多波束天线两种方案可供选择。相控阵天线可以实现大范围内的高增益跳变覆盖,性能相对灵活,但技术实现难度较大;固定多波束天线可以实现大范围内的高增益常态覆盖,技术实现相对容易,但性能不够灵活。如何选择和使用这两种天线,更好地满足用户的需求,是通信卫星总体设计中面临的一个非常重要的问题。     

卫星多波束天线赋形波束的最优化计算

主要介绍了卫星多波束天线的基本原理和数学模型 ;说明了卫星多波束天线赋形问题的本质是一个优化问题 ;用两种可行有效的优化方法——最小 p乘法和最小最大法分别对矩形区域和中国本土进行了赋形 ,并在最后分析了两种算法的优缺点     

美空军扩大军用空间系统的能力

说美空军在过去五年中用于空间研究与发展方面的资金已增加了将近一倍,今后数年还会继续增加。美国军事空间官员展望的一个长远趋向是在空间部署一种更大更复杂的卫星,以减小地面天线尺寸和复杂性,满足战术部队的要求。说第三代国防通信卫星的通信容量和抗干扰能力都有所增加,寿命比第二代提高两倍。电子控制的多波束天线具有全球覆盖、区域覆盖和点波束覆盖的能力。说激光通信最终可能在国防部卫星之间、卫星与飞机或地面站之间提供高速率的数据传输。实用的激光通信系统到八十年代后期有可能出现。     

卫星多波束天线综述

卫星通信的发展及对卫星通信的容量和效率要求的不断提高,导致了卫星多波束天线的出现。文章对目前使用的阵馈单反射面多波束天线,成形反射面多波束天线,有源多元阵多波束天线及镜像多波束天线的结构、分析方法、适用范围等进行了综述,并给出了相应的例子。     

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。     

卫星锐波束天线指向算法及仿真

推导了卫星锐波束天线指向算法,给出了简化计算模型和仿真结果。文章所给出的天线指向算法是在已知卫星轨道和姿态的基础上,计算锐波束天线指向点二维转动角度的公式,实现卫星动态过程对指向点的保持;通过仿真给出指向点精度和姿态精度的关系,给出自主生成控制函数的简化模型,同时也验证了该算法的正确性,算法可作为星上自主计算的依据。     

通信卫星技术展望(下)

由于宽带通信卫星面向的用户需要较小的地面终端,所以需要卫星提供比一般通信卫星高得多的辐射功率。满足这种要求仅从增大转发器末级功放输出功率是比较困难的,有效途径是采用更高增益的天线。早期的通信天线是全球波束天线,区域覆盖是通过多馈源赋形或反射面赋形来实现,     

Ku波段星载四馈源赋形波束天线样机研制

首先介绍了Ｋｕ波段星载四馈源赋形波束天线设计的基本依据和基本限制；重点讨论了电设计方案和关键部件的设计方法；通过比较理论设计和实现结果，证明了研制的Ｋｕ波段星载四馈源赋形波束天线实验样机是成功的；最后提出了型号研制的工作设想。     

每束多馈源天线的设计特点研究

每束多馈源是一种能够在多色复用情况下有效减少反射面使用数量的多波束天线配置方案,鉴于国内外对这一方案的研究尚处于初级阶段,对这类配置天线的设计特点研究需求更为迫切。文章对这类天线相对于每束单馈源天线存在的一些设计差异和设计要求开展了研究。重点提出了相邻同色波束最大干扰的概念,并首次将馈电网络结构与波束优化相结合,在理论上确保了网络的可实现性。最后,结合这类天线的特点,对进一步改善波束性能给出了两点设计构想,并分析了构想的可行性。     

卫星多波束天线波束的最优化计算

主要介绍了卫星多波束天线的基本原理和数学模型；说明了卫星以束天线赋形问题的本质是一个优化问题；用两种可行有效的优化方法－－最小p乘法和最小大法分别对矩形区域和中国本土进行了赋形，并在最后分析了两种算法的优缺点。     

DFH-2A国内通信卫星天线系统

叙述了为国内电信服务的机械消旋卫星天线系统.该天线系统包括三部分:全向遥测遥控天线组件,定向通信天线和三信道无接触旋转关节.遥测遥控天线为双圆盘天线,辐射全向性方向图,圆极化.通信天线是收发共用单喇叭馈源偏置椭圆抛物面天线,辐射一个5°×8°的椭圆波束,恰好覆盖中国本土.三信道无接触旋转关节是一个同心三同轴线结构,形成三路传输信道.各同轴线旋转连接处有扼流槽.各信道的插入损耗为0.6～0.8dB,信道之间隔离优于50dB.     

快响SAR卫星零多普勒波束中心姿态机动策略研究

传统偏航牵引方法采用惯性系下卫星轨道6要素推导得出姿态机动参数,在此方法中仅控制卫星主轴方向多普勒频率为0Hz,无法补偿SAR天线安装偏差和波束在天线内的方位距离向离轴角引起的斜距偏差和多普勒频率偏移,不能满足SAR系统时序设计需求和快响SAR卫星在轨实时处理器性能要求。因此,提出了地心固定坐标系中SAR天线波束指向零多普勒面内目标方向的姿态机动策略,使快响SAR卫星在轨实际波束中心多普勒频率为0Hz。该策略首先计算了基于场景目标的SAR总体设计的精确时序参数和观测参数,然后在地心固定坐标系中建立了波束中心多普勒频率为0Hz的SAR天线波束三轴指向模型,推导得出卫星三轴指向和姿态机动参数,并通过Matlab对该策略进行了仿真验证。结果表明,该策略可将多普勒频率由地球自转引起的29kHz、天线与卫星安装偏差引起的360Hz和波束方位向离轴角引起的3950Hz补偿至0Hz,同时将由天线与卫星安装偏差和波束距离向离轴角综合引起的波束中心偏离目标的斜距偏差6.28km补偿至米的量级。     

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.      

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。     

星载可展开天线波束指向测试方法研究

综合天线方向图测量和光学测量方法研究了天线远场测量和近场测量光学测试系统, 进而利用光学仪器测试了星载天线波束指向的两种测试方法. 望远镜结合天线远场测试系统能较准确地测试出天线波束指向. 同时, 提出了采用准直仪及波罗棱镜在天线平面近场测试系统测试波束指向的方法. 海洋二号卫星载荷校正辐射计观测天线波束指向的测试表明, 该方法是有效性和准确性的, 其可以推广至一般高增益天线测试.      

受限空间中天线产生的电波覆盖研究

受限空间中的有效电波覆盖直接影响通信质量和可靠性,对天线系统的布局优化尤为重要.然而现有的研究很少考虑本来就处于隧道中的天线参数对电波覆盖的影响.针对铁路隧道这种特殊的受限空间情况首先介绍了电波覆盖的研究方法和现状,然后利用射线追踪方法、波导模式方法和矢量抛物方程方法对电波覆盖进行了预估,针对笔形方向图的特征采用高斯方向图重点研究了不同的天线主瓣宽度、波束指向以及在隧道截面的位置对电波覆盖的影响,分析了沿隧道轴向不同区域内电波覆盖的不同特征,最后研究了受限空间中电波覆盖的三段式模型.本文的方法和模型可以为隧道内的天线选型及优化布局提供理论依据和参考.      

基于同波束干涉测量的航天器姿态测量研究

基于地基同波束干涉测量,建立了航天器姿态测量数学模型及方程,给出了姿态解算方法,并对方程可解性与解算精度因子进行了分析。通过模拟在轨航天器轨道运行,进行了基于同波束干涉测量的航天器姿态解算数值仿真和误差分析,对解算误差和观测俯仰角的关系进行了分析和验证。结果表明,利用3个地面测站针对航天器上3个下行天线信号开展同波束干涉测量,辅以精度因子约束进行姿态解算,可以获得有效的航天器姿态信息,其精度最高可达0.001°。该方法可以作为在轨航天器姿态测量的备份手段。     

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.     

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.