天線技術(shù)是近年來通信衛(wèi)星有效載荷中發(fā)展很快的技術(shù)。許多公司在這一領(lǐng) 域進(jìn)行著國際性激烈競爭，其中，法國阿爾卡特空間公司有較快發(fā)展。他們多年來在理論分析 、設(shè)計(jì) 、制造和試驗(yàn)方面已獲得了廣泛的知識和豐富的經(jīng)驗(yàn)。例如，完整的多饋源和波束成形網(wǎng)絡(luò)合成與分析、有源陣列、輻射部件、方向圖的預(yù)測、無源交調(diào)產(chǎn)物、次級電子倍增效應(yīng)（在真 空中電極放電）試驗(yàn)、緊湊金屬波束成形網(wǎng)絡(luò)、復(fù)合材料技術(shù)和自動化試驗(yàn)技術(shù)等。
天線研制的主要技術(shù)難度是要求連續(xù)的系統(tǒng)改進(jìn)、天線性能的苛刻要求等，例如率成形 覆蓋 、高水平的極化鑒別、低重量等。這些與控制極化和波束能力、重新構(gòu)形和多波束能力一起 ，對未來的天線研究、研制工作提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。
一、無源天線技術(shù)
多成形波束衛(wèi)星通信技術(shù)對于改進(jìn)歐洲通信衛(wèi)星2（EUTELSAT2）通信系統(tǒng)的系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性和傳輸容量有重要作用，而且在確定報(bào)價(jià)中也是起決定性作用的部分。該衛(wèi)星通過 使用大型拋物面雙柵反射器的兩副雙極化天線確保接收與發(fā)射。
在東、西兩副天線中，東面一副天線確保接收和發(fā)射功能：
。 接收通信信道;
。 發(fā)射達(dá)8條電視或多條通信信道。
每一套21個(gè)喇叭的東部多饋源，使用東面板功分器波束成形網(wǎng)絡(luò)，包括由遙控指令的電子 、機(jī)械開關(guān)，用于選擇中增益狀態(tài)（全部覆蓋歐洲）或高增益配置（可變覆蓋）。
西面一副天線可發(fā)射14條信道，每一套西面的多饋源包括2個(gè)電子、機(jī)械開關(guān)（用于10/11 GHz頻段或用于12GHz頻段），正如東面一副天線一樣，亦由遙控指令，以選擇中增益或高增 益配置。
關(guān)鍵的設(shè)計(jì)特點(diǎn)是：在一副天線上提供發(fā)射和接收功能，由于采用寬帶操作，禁止使用頻率 敏感部件，混合部件也要避免并應(yīng)盡量采用的 匹配單元以防止來自波束成形網(wǎng)絡(luò)的較差頻率響應(yīng)，。同時(shí)，較高的發(fā)射功率電平也要求仔細(xì) 設(shè)計(jì)、組裝和試驗(yàn)，以消除無源交調(diào)產(chǎn)物， 這無論在接收信號中還是在二次以上諧波中都是如此。
設(shè)計(jì)成雙柵反射器是為了在覆蓋中，增益情況下，對于低電平（-9dB）確保大于34dB的極化 隔離。采用二向色太陽屏技術(shù)的先進(jìn)熱控技術(shù)，可以減小溫度梯度，實(shí)現(xiàn)較好的飛行中反射 器輪廓穩(wěn)定性，從而實(shí)現(xiàn)低的熱彈性覆蓋變形。
為批的5顆歐洲通信衛(wèi)星2衛(wèi)星總共設(shè)計(jì)了10副天線和20套多饋源，其中4 顆衛(wèi)星目前仍在飛行中。
對于第6顆（FM6）衛(wèi)星，對天線場進(jìn)行了修改，通過非常緊湊的格里高利天線， 實(shí)現(xiàn)接收功能。而高的極化純度則通過補(bǔ)償雙成形反射器的幾何關(guān)系獲得。傳統(tǒng)的雙柵反射器天線發(fā)射70W的2～８條信道。小型波束成形網(wǎng)絡(luò)采用新的免除無源交調(diào)產(chǎn)物技術(shù)，可節(jié)省2套 （8喇叭）多饋源的重量。
2用于土耳其衛(wèi)星的成形波束天線
土耳其衛(wèi)星（TURKSAT）是顆土耳其商業(yè)國內(nèi)通信衛(wèi)星。1994年初顆星發(fā)射未成功，1994年8月第二顆星發(fā)射成功。衛(wèi)星為整個(gè)土耳 其和歐洲其它地區(qū)提供了Ku頻段多波束通信業(yè)務(wù)。
使用先進(jìn)R 小型化、可免除無源交調(diào)產(chǎn)物的波束成形網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的簡單多饋源可用于接收和發(fā)射功能的雙工復(fù)用。該衛(wèi)星型號競爭力較強(qiáng)的原因之一是它再次采用了歐洲通信衛(wèi)星2 的拋物面雙柵反射器技術(shù)，大大降低了成本。
3用于阿拉伯衛(wèi)星2 的多成形波束天線
這是正在研制并計(jì)劃于1996年發(fā)射的第二代阿拉伯衛(wèi)星。衛(wèi)星使用3副單獨(dú)的天線 ，提供Ku頻段和C頻段通信業(yè)務(wù)：
·一副Ku頻段發(fā)射、接收雙線性極化天線;
·一副C頻段雙圓極化發(fā)射天線;
·一副C頻段雙圓極化接收天線。
所有阿拉伯衛(wèi)星2天線均采用新型成形反射器技術(shù)。采用簡單波紋喇叭饋源反射 器可對所有阿拉伯國家實(shí)現(xiàn)高成形覆蓋。這種天線與拋物面天線相比，天線表面型面只有很小的變形（零點(diǎn)幾個(gè)波長）。
4法國電信星2的多任務(wù)天線
阿爾卡特公司為該星設(shè)計(jì)了一種先進(jìn)的天線系統(tǒng)，這種天線系統(tǒng)可依據(jù)飛行任務(wù)要求提供全球性成形波束覆蓋和可控點(diǎn)波束覆蓋。
采用錐形喇叭，以雙正交圓極化的工作方式，可保證全球6GHz的接收覆蓋。
采用下述兩種類型的覆蓋，點(diǎn)波束和半球高增益天線，可發(fā)射10條11W的信道：
·對法國本土實(shí)行半球覆蓋，按國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）標(biāo)準(zhǔn)，等效全向輻射功率可達(dá)到33.9dBW;
·法國本土和有關(guān)島嶼采用點(diǎn)波束覆蓋，按ISO標(biāo)準(zhǔn)，等效全向輻射功率可超過40dBW。
這種天線的主要部分包括：
·2.2米直徑的可展開反射器，采用碳纖維增強(qiáng)薄殼，從而可提供的重量和指向精度。
·多饋源在單極化或雙極化下工作，使用10個(gè)小型輻射部件，由2個(gè)帶狀線功分器配合其工作 。
Ku頻段的接收、發(fā)射天線，安裝在衛(wèi)星面向地球的面板上，確保中心在法國橢圓覆蓋的線性共極化。兩套主饋源向雙柵反射器饋電。采用頻率復(fù)用技術(shù)的11條36MHz帶寬信道，若實(shí)現(xiàn)同時(shí) 利 用，必須在整個(gè)發(fā)射頻段（12.5～１２。７５ＧＨｚ）和接收頻段（14～１４。２５ＧＨｚ）采用極化鑒別方法。
用于保密的政府通信和軍用通信，采用8/7GHz轉(zhuǎn)發(fā)器，需要4副天線。
2副發(fā)射和接收分開的喇叭天線，采用正交圓極化方式工作，實(shí)現(xiàn)全球覆蓋。
高增益的接收、發(fā)射天線使用了可控反射器，它可允許在地球可視表面的任何地方安排覆蓋 。反射器可根據(jù)遙控指令信號定向，采用2軸定向機(jī)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)0.01°方位變化增量。
在衛(wèi)星西面板上安裝了高增益接收/發(fā)射天線，這副天線對歐洲的某些地區(qū)可實(shí)現(xiàn)成形波束覆蓋。2.2米直徑的可展開反射器，采用碳纖維增強(qiáng)薄殼，由具有波束成形網(wǎng)絡(luò)的多饋源饋電。
二、有源天線技術(shù)
盡管天線工程已有60多年的歷史，但可以肯定地說，目前天線技術(shù)發(fā)展之一，是微帶天線技術(shù)，而這一新技術(shù)早在空間領(lǐng)域應(yīng)用。
從大的方面講，微帶天線的發(fā)展主要受系統(tǒng)對天線使用要求的推動，這些使用要求主要有：低的型面變形、低重量、低成本、容易組裝成陣列、容易采用微波集成電路和容易極化分集等。
初期的微帶天線配置的主要缺點(diǎn)是：帶寬窄、存在雜散饋電輻射、極化純度較差、功率低、容差能力小等。
為了滿足不斷增長和性能更高的空間系統(tǒng)的要求，阿爾卡特公司在微帶天線中主要的開發(fā)工作是試圖克服上述問題。這些工作涉及到新的專用微帶天線配置技術(shù)的開發(fā)及分析和綜合分析模型技術(shù)的開發(fā)，目的是掌握微帶天線技術(shù)的固有限制，實(shí)現(xiàn)有源天線設(shè)計(jì)和有源天線結(jié)構(gòu)的化。
1可全部重構(gòu)的Ku頻段有源天線
從未來通信衛(wèi)星技術(shù)發(fā)展的角度，阿爾卡特公司正在實(shí)施一項(xiàng)可使有效載荷全部重構(gòu)的準(zhǔn)備技術(shù)計(jì)劃，新開發(fā)的天線分系統(tǒng)計(jì)劃在法國試驗(yàn)一顆衛(wèi)星（STENTOR）上進(jìn)行驗(yàn)證飛行。
該新型天線設(shè)計(jì)的基本任務(wù)是提供16個(gè)同時(shí)照射的單獨(dú)波束，對整個(gè)歐洲的覆蓋，或者是圓形，或者是等值線成形覆蓋，提供上、下行鏈路使用。
該項(xiàng)技術(shù)計(jì)劃的目的是對這種天線的關(guān)鍵技術(shù)和工藝、對有源天線結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)等有代表 性的技術(shù)驗(yàn)證給予確認(rèn)。
該天線采用兩個(gè)分開指向的輻射陣列（DRA），一個(gè)用于下行鏈路（發(fā)射天線，10.95～１２。７ ５GHz）;一個(gè)用于上行鏈路（接收天線，14～１４。５ＧＨｚ）。這兩個(gè)陣列均安裝在衛(wèi)星面向地球的面板上。
發(fā)射天線的基本技術(shù)是：
·包含64個(gè)雙極化層疊組件輻射器的輻射板，對于穿越每個(gè)波束的全部覆蓋區(qū)，具有大于34dB 的極化鑒別能力。
·輸出高電平部分采用128.5W的固態(tài)功率放大器和濾波器。
·2個(gè)波束成形網(wǎng)絡(luò)，各采用一種極化，每個(gè)均具有8條輸入和64條輸出信道功能，配之以功分器、有源模塊（移相器和衰減器）功率合成和有關(guān)的指令與控制板。
從結(jié)構(gòu)、輻射器數(shù)量和控制點(diǎn)數(shù)量的角度，接收天線配置和發(fā)射天線是類似的。
所有必要的空間鑒定驗(yàn)證計(jì)劃都在實(shí)施，主要有：
·對于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)必須考慮熱控限制的大功率有源模塊。
·配線系統(tǒng)必須確保所有部件間完整的電磁兼容能力。
·復(fù)合材料加層結(jié)構(gòu)必須埋進(jìn)熱管。
2高靈活性的移動通信天線
現(xiàn)在衛(wèi)星移動通信是主要的發(fā)展方向，為此出現(xiàn)了低軌道星座、中軌道星座和靜止軌道多種方案和系統(tǒng)。
L頻段的有源天線有許多優(yōu)點(diǎn)，它可以提供所有覆蓋地球所需要的波束。發(fā)射陣列天線高的等 效全向輻射功率往往在全球波束和高增益點(diǎn)波束（到24個(gè)）之間分配。波束之間要求高空 間隔離，以允許頻率復(fù)用和與使用相同頻段的其它衛(wèi)星間的隔離。但重要的是每個(gè)波束之 間 等效全向輻射功率的交換能力，以處理業(yè)務(wù)的不確定性和在整個(gè)衛(wèi)星壽命期間性能的變化。
阿爾卡特公司研究和設(shè)計(jì)了兩種移動通信天線，即直接輻射陣列天線和聚焦陣列饋源反射器 天線。為使無源交調(diào)產(chǎn)物達(dá)到小程度，在疊層子陣列的設(shè)計(jì)中，已經(jīng)考慮了無源衰減因素。 對全部為鋁材的激光焊接子陣列和碳增強(qiáng)聚酰胺酯復(fù)合材料子陣列，均測量了很低的（ 低于-140dBC）第7階無源交調(diào)電平，并發(fā)現(xiàn)在其整個(gè)溫度范圍（-100～＋１２０°C）內(nèi)，這 種無源交調(diào)產(chǎn)物也是很穩(wěn)定的。
3有效載荷遙測有源天線
未來的衛(wèi)星地球觀測系統(tǒng)將需要高速率有效載荷數(shù)據(jù)遙測系統(tǒng)，從而要求發(fā)展?jié)M足60°半錐角覆蓋的高增益天線。
#p#有效載荷遙測有源天線#e#
阿爾卡特公司已提出這種有源天線的新方案。這種新方案能確保對地球覆蓋實(shí)現(xiàn)恒定的等通量等效全向輻射功率。成形錐形直接輻射陣列，只通過相位控制和放大器的開關(guān)切換，便可實(shí)現(xiàn)方位和仰角的緩慢掃描。
這種方案非常適合于圓錐形覆蓋，對于具體空間任務(wù)要求，其設(shè)計(jì)也容易調(diào)整。其特點(diǎn)是：
·具有角度分辨率的靈活性;
·可控制方向性，因而可控制等效全向輻射功率和增益/噪聲溫度的性能;
·具有較高的可靠性并容易重新配置。
在這種方案中，不需要作任何改變，便可實(shí)現(xiàn)多載波和多波束工作模式。
4數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星天線
歐空局的數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星（DRS）的S頻段發(fā)射天線亦由阿爾卡特公司設(shè)計(jì)，用于靜地軌道衛(wèi)星與低地軌道衛(wèi)星用戶之間的通信。通過安裝在衛(wèi)星一側(cè)的S頻段有源天線，可控波束掃描可實(shí)現(xiàn)10°的視場角。
在歐空局?jǐn)?shù)據(jù)中繼衛(wèi)星的試驗(yàn)衛(wèi)星阿蒂米斯（ARTEMIS）計(jì)劃中，對這種S 頻段天線的鑒定模型進(jìn)行了試驗(yàn)。
為了實(shí)現(xiàn)的研制風(fēng)險(xiǎn)，這種天線設(shè)計(jì)成鋁層疊裝置，以實(shí)現(xiàn)在大約4%的頻帶寬度上適 應(yīng)圓極化輻射。這種技術(shù)能耐受只采用簡單溫度控制（只涂白色涂層而不用熱管）的工作溫度 范圍，并較容易在碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)。
三、衛(wèi)星天線的發(fā)展前景 成形反射器曾使無源天線的設(shè)計(jì)產(chǎn)生過重大簡化，但至今這種天線對于簡單的國家覆蓋操作仍有許多限制。
這就需要發(fā)展新技術(shù)，以支持成形反射器和對偶輸入多饋源，實(shí)現(xiàn)對復(fù)雜任務(wù)的無源天線重新配置能力。這些多饋源將來使用的主要新技術(shù)將是緊湊波束成形網(wǎng)絡(luò)。超緊湊格里高利天線的新概念，可實(shí)現(xiàn)橢圓波束。利用可能的橢圓定向而不改變極化方向，這種天線即可覆蓋地球上任何地方。
在新一代衛(wèi)星發(fā)展中，采用當(dāng)今輻射層疊技術(shù)的有源天線是輻射部件和有源部分集成的 折衷，特別在單片電子技術(shù)發(fā)展以后，天線技術(shù)發(fā)展更是如此。其優(yōu)勢不僅僅是無線電電子性 能，制造成本低、每層的低重量及容易與單片模塊集成等，均是這種層疊有源天線的優(yōu)點(diǎn) 。
目前的空間世界面臨著采用有源天線技術(shù)的較大挑戰(zhàn)，至今為止，在民用通信衛(wèi)星領(lǐng)域，還沒有真正使用過有源天線。
滿足未來要求的主要技術(shù)是：
嚴(yán)格的操作要求
包括重新配置、靈活性、業(yè)務(wù)交換、小程度的可靠性降低。
部件和模塊要采用空間鑒定技術(shù)
主要有射頻段的單片模塊、電性管理的專用集成電路（ASIC）、遙控遙測、微帶層疊、太陽熱屏蔽、低重量的展開機(jī)構(gòu)、結(jié)構(gòu)、復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。
大膽的技術(shù)計(jì)劃
包括設(shè)計(jì)和試驗(yàn)手段驗(yàn)證、微型熱管、超導(dǎo)材料和光學(xué)分配技術(shù)。
對衛(wèi)星結(jié)構(gòu)的修改
修改衛(wèi)星結(jié)構(gòu)，以獲得采用有源天線集成程度的有效載荷;通過天線的自適應(yīng)能力實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星通信指向以及衛(wèi)星的新型結(jié)構(gòu)與機(jī)構(gòu)。
從未來趨勢看，有源天線將首先在移動和軍事通信衛(wèi)星上使用，然后在固定業(yè)務(wù)衛(wèi)星中使用（C 、Ku頻段），由此將可能帶來空間技術(shù)的進(jìn)步。
