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    星載天線成長史

    時間:2018年06月11日 信息來源:本站原創 點擊: 字體:

    天線,是我們日常生活中很常見的一種通訊設備裝置,在我們頭頂上的那片神秘太空,也有天線的存在。這些天線主要裝在衛星、飛船等航天器上,用于航天器與地面的雙向信息傳遞。

    衛星距離地面幾萬公里甚至幾十萬、幾百萬公里,與地面的各種交流都是通過電磁波實現的。而電磁波在穿越星際的過程中會有損耗,為了讓衛星清楚的聽到地面的指令,清晰將星上信息傳回,研制人員給衛星裝上了天線。可以說,天線是衛星的“順風耳”或者“擴音器”。天線已成為任何一個航天器不可或缺的重要組成部分,航天器天線影響并制約著整個無線通信系統乃至整個航天器的性能和功能。

    在我國研制發射的航天器中,80%以上的有效載荷系統的天線都是由中國空間技術研究院所屬的空間電子信息技術研究院研制的。據該院天線專家吳春邦介紹,他們為我國研制了第一副空間可展開網狀天線、第一副空間相控陣天線、第一副星載遙感相控陣天線、第一副星載智能天線、第一副星載數傳相控陣天線、第一副星載導航相控陣天線。

    20世紀六十年代至今,我國的空間天線技術實現了三次技術跨越:

    線天線時期

    20世紀六十年代至八十年代)

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    ▲東方紅一號線天線

    這一時期,我國進行了早期的通信衛星研制,當時的通信衛星通信容量較小,以廣播服務為主,服務范圍較廣,衛星的經濟效益還不明顯,對天線的要求并不高,主要以喇叭天線、振子天線為主。我國第一顆人造衛星東方紅一號用的鞭狀桿天線就是線天線的一種。面天線時期

    20世紀九十年代至本世紀初)

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    ▲中星6A衛星賦形反射面天線

    進入上世紀九十年代,隨著商用通信衛星的起步發展,衛星通信容量逐漸增大,為提高天線增益和區域覆蓋能力,反射面天線得到了快速發展。通過對反射面進行賦形優化設計,實現了對不同地區的靈活覆蓋;同時引入機構組件使天線具有轉動功能,實現了覆蓋區的靈活機動掃描。我國發射的大多數衛星中,都有面天線,例如北斗導航衛星、中星系列部分通信衛星、神舟飛船的中繼終端等等。

    大發展時期

    (近十年來)

    進入本世紀后,隨著我國綜合國力的增強,國產衛星家族不斷龐大,包括通信衛星、導航衛星、遙感衛星、載人飛船、深空探測器等各類航天器,對天線也提出了越來越高的要求。

    為了在不增加衛星承載能力的前提下進一步提升衛星通信容量或探測能力,空間天線有了陣列技術、多波束技術和大型可展開反射器技術等眾多新技術。

    陣列技術是指把許多線天線按照一定規律排布在一起,極大地提高了天線在收發電磁波信號時的抗干擾能力,提高了衛星的在軌可靠性。

    多波束技術通過一副或多副天線形成數十個甚至數百個波束覆蓋某一特定區域,通過衛星在地面上形成了類似地面移動通信領域的蜂窩網絡,極大的提高了衛星的通信容量。我國第一顆高通量衛星——實踐十三號采用的就是多波束天線。

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    ▲實踐十三號多波束天線

    大型可展開反射器技術使天線隨衛星發射前收攏成較小體積,衛星入軌后天線在地面指令控制下展開并形成一張巨大的天線網,為航天器天線的創意性和前瞻性設計提供了無限可能。采用了大型可展開反射器技術后,通信衛星可獲得更高的通信容量,導航衛星可提高定位精度,遙感衛星可提高對地觀測精度,深空探測器可飛往遙遠的月球、火星甚至太陽系邊緣。

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    ▲嫦娥四號中繼星“鵲橋”傘狀天線

    2018521日發射的嫦娥四號中繼衛星上架設了一副口徑近5米的傘狀天線,這副天線屬于大型可展開天線,這是人類深空探測器歷史上攜帶的最大口徑通信天線。





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