我国星载通信天线的发展与趋势

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1、我国星载通信天线的发展与趋势1 引言我国星载天线伴随着我国卫星事业的发展不断壮大，通信卫星是我国最早研制的卫星系列，星载通信天线也是我国最先研制的星载天线类别，从1970年东方红1号卫星发射至今已经经历了5代的发展，本文回顾了我国星载通信天线的发展历程，总结了目前具备的研制能力，也指出了我国未来星载通信天线发展的技术方向。2 我国星载通信天线的发展2.1 东方红1号和东方红2号卫星通信天线：技术试验阶段东方红1号卫星是我国的第一颗人造卫星，1970年发射，采用自旋姿态稳定方式，卫星近似球形的72面体，配置了四根2米多长的鞭状超短波天线以20.009MH

2、z的短波频率发射《东方红》音乐，如图1所示。东方红2号卫星1984年发射，采用自旋稳定方式，主体为圆柱形，采用全球波束喇叭天线，配置了2路C波段转发器，工作在地球同步轨道，也是一颗试验卫星，如图2所示。在此基础上，研制了4颗东方红2号甲实用通信卫星。图1东方红1号卫星与天线 其中，1988年发射的东方红2号A卫星是东方红2号卫星的第三颗星，也是改型星，采用椭圆口径的单馈源标准抛物面天线，星上配置了4路C波段转发器，这也是我国首次研制成功的实用通信广播卫星，如图3所示。图2东方红2号卫星与天线图3东方红2号A卫星与天线图4东方红3号卫星与天线2.2 东方

3、红3号卫星通信天线：技术引进阶段东方红3号通信卫星首发星于在1994年发射，但由于泄漏造成燃料耗尽，未能成功定点。第二颗星于1997年发射，采用三轴稳定方式，该星比东方红2号甲卫星有了新的技术跃进。在通信天线方面，东方红3号卫星采用多馈源赋形的双栅反射面天线[1]，实现了对国土的匹配覆盖，如图5所示，天线收发共用，由双栅极化敏感器、馈源组件、展开机构和支撑结构组成。前反射器为水平极化，后反射器为垂直极化，每种极化的馈源阵由7个喇叭组成，采用极化隔离技术实现频率复用，水平和垂直极化各配置12路转发器。该天线从德国MBB公司引进。(a)双栅反射面天线结构示

4、意图 (b)多馈源赋形的波束覆盖图(下行)图5东方红3号卫星C频段双栅天线2.3 中星20卫星通信天线：自主创新阶段2003年中星20卫星发射成功，采用东方红3号卫星平台，天线分系统由3付通信天线组成：C天线、Ku全国波束天线和Ku可控点波束天线。C天线和Ku全国波束天线通过天线支撑结构组合成一个模块，安装在卫星东墙板中心承力筒法兰上。C天线和Ku全国波束天线均采用偏置赋形反射面天线形式，利用单馈源收发共用的波纹喇叭馈源组件馈电。相对于多馈源赋形技术，这是一个巨大的技术飞跃，减少了馈电损耗和馈源的复杂度，提高了波束效率，天线性能改善1~2dB。Ku可控

5、点波束天线安装在卫星东墙板，采用前馈抛物面天线型式，收发共用。该天线从加拿大EMS公司引进。图6中星20卫星天线图7SINO-2卫星天线(紧缩场测试状态)2.4 东方红四号：快速发展阶段通过东方红3号卫星和中星20卫星的研制，以及与德国MBB公司的合作西安分院掌握了天线展开技术，与加拿大MDA公司的合作西安分院掌握了可动点波束天线技术，并通过消化吸收和自主创新，分院自行突破了单馈源赋形反射面天线技术，此后，分院星载通信天线产品进入了快速发展时期，不仅满足国内军用和民用通信卫星天线的应用需求，也促进了导航、遥感、侦察等领域的卫星天线研制，并于2008年首

6、次实现了天线部件的出口，与法国TAS公司签订Sinosat-5卫星C和Ku频段可展开天线出口合作项目。下面介绍几颗具有代表性的卫星和天线的研制。(1)东方红4号首发星：鑫诺二号卫星2006年10月发射了东方红四号卫星平台首发星：鑫诺二号卫星。鑫诺二号卫星天线分系统由5副通信天线组成，其中东西天线均为Ku频段可展开双反射面天线，产生全国波束；对地面上安装了2副Ku频段的区域波束天线和1副Ku点波束天线。该卫星的研制成功，标志着我国具备了复杂天线分系统的研制能力。(2)整星出口卫星2007年发射了首颗整星出口卫星：尼日利亚通信卫星。NIGCOMSAT-1卫

7、星天线分系统共包含了L、C、Ku、Ka四个频段7副天线。2008年发射了第二颗整星出口卫星：委内瑞拉卫星。委内瑞拉-1卫星C频段采用偏馈双栅天线，安装在对地板上，为我国自行研制的首副双栅反射面天线，并在后续的鑫诺-6号等卫星上得到进一步应用，如图8所示。而在阿尔及利亚-1卫星研制了，分院首次采用了对地面天线一体化设计技术，如图9所示.图8委内瑞拉-1卫星C频段双栅天线图9阿尔及利亚-1卫星对地面一体化天线（3）首颗Ka大容量通信卫星：实践十三卫星2017年，我国首颗Ka大容量通信卫星发射成功，采用Ka频段多口径多波束天线形式，采用四口径四色频率复用方案

8、，卫星容量达20Gbps，如图10所示。天线布局采用重叠收拢展开形式，突破了宽带高性能双圆极化