專利名稱：大角度姿態機動衛星測控天線的制造方法
技術領域：
本發明涉及衛星天線，具體涉及一種應用于大角度姿態機動衛星的測控天線的制造方法。
背景技術：
為了在翻滾等異常姿態時衛星依然能保持與地面站的正常測控通信，通常要求星載測控天線波束具有全向性，以確保星體在任何姿態下都能覆蓋衛星可視的地球表面。理論上，只有理想的點源天線才具有這種輻射波束特性，但是理想點源天線實現是非常困難的；即使將這樣的理想點源安裝在衛星上，因受星體結構本身的遮擋也無法形成完全的球形波束，可見，用單一天線是難以實現的，其解決方案必然是用兩個或多個具有半空間覆蓋的天線組合來實現準全向覆蓋。至于天線組合的輻射特性，以往采用的設計是對天天線和對地天線波束寬度相同，對天天線和對地天線等幅饋電。此方式實現簡便，且對天、對地天線可完全互換。然而， 在此種傳統的方式下，存在一個理論和實際都證明的固有問題，即在對地天線方向圖90° 方向附近將存在不確定的干涉區；但由于大多數衛星的姿態機動角度較小，即使存在此問題也并不影響正常測控，故此種方式一直沿襲使用。隨著用戶對衛星功能和性能要求越來越高，如某光學成像衛星，因寬幅成像的需要，星體需要在極短時間內沿滾動軸作最大至40°的大角度姿態機動。若采用傳統的測控天線技術，星體的側擺必然會引起天線波束對地覆蓋區域發生偏移，當地面測控站被天線組合干涉區覆蓋時，將可能因測控射頻信號快速減弱，出現設備失鎖，進而影響星地正常測控通信。為確保該衛星正常測控，其測控天線方向圖必須保證即使在衛星側擺至最大角度時，也能以一定的信號電平覆蓋衛星可視的地球表面，這就要求對天和對地天線組合形成的干涉區至少要壓制到對天面空間去。目前沒有發現同本發明類似技術的說明或報道，也尚未收集到國內外類似的資料。

發明內容
針對上述要求，測控天線方向圖必須保證即使在衛星側擺至最大角度時，也能以一定的信號電平覆蓋衛星可視的地球表面，本發明的目的在于提供一種大角度姿態機動衛星測控天線的制造方法。利用本發明，可解決傳統測控天線技術無法滿足的對地方向圖 90°方向附近存在不確定的干涉區、在大角度姿態機動時信號覆蓋不理想的技術問題。為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是提供一種大角度姿態機動衛星測控天線的制造方法，該方法包括如下步驟步驟1、調整天線波束寬度，通過改變天線螺旋半徑、螺旋上升角、螺旋線的圈數增大對地天線的波束寬度，減小對天天線的波束寬度；上述對天天線和對地天線均為錐形雙臂螺旋天線；
步驟2、饋送不等幅信號，向對天天線和對地天線分別饋以不等幅信號，功分比為 1 4 ；步驟3、壓制組合輻射干涉區，將對天天線和對地天線組合輻射干涉區壓制到對天面空間；步驟4、仿真驗證，進行具有不同波束寬度的單錐柱螺旋天線的仿真設計，獲得對地和對天天線波束方向仿真圖；步驟5、仿真分析，在得到步驟4單天線波束方向仿真圖的基礎上，以對地和對天天線饋電功率歸一化系數分別為Pl = 0. 8、P2 = 0. 2，進行整星測控天線組合的仿真分析， 直至得到理想的仿真結果。步驟6、裝星狀態測試，對裝星狀態下的測控天線方向圖進行實地測試，進一步驗證仿真設計與實際效果的一致性。本發明一種大角度姿態機動衛星測控天線的制造方法，由于采用了以上的技術方案，使得本發明相比于現有技術具有以下的優點和積極效果本發明從理念上突破了傳統測控天線技術中對地和對天天線波束寬度相同和微波網絡等幅饋電的設計思想，實現了干涉區的空間位置可控，徹底解決了對地天線方向圖90°范圍內的干涉區問題；經過整星天線輻射特性測試和在軌飛行試驗的驗證，本發明解決了衛星大角度姿態機動狀態下天線干涉區影響衛星正常測控通信的問題，本發明也可用于需要大角度姿態機動的其它航天器。


圖1是本發明對天和對地天線組合示意圖；圖2是本發明大角度姿態機動衛星測控天線的制造方法的步驟圖；圖3是本發明的對地天線波束方向圖(仿真)；圖4是本發明的對天天線波束方向圖(仿真)；圖5是本發明的天線組合波束方向圖(仿真)；圖6是本發明的裝星狀態下天線方向圖(實測)。
具體實施例方式以下結合附圖，在理論分析的基礎上，對本發明的優選實施例進行詳細描述。圖1是本發明大角度姿態機動衛星測控天線的對天和對地天線組合示意圖；包括應答機，通過微波網絡分別與一個對天天線、一個對地天線連接。為了解決干涉區問題，首先對形成干涉現象的原因進行分析。眾所周知，當兩個或兩個以上處于不同空間位置的波源以相同頻率激勵起的波在媒質中傳播并相遇時，若這些波是等幅反向的，則必然產生干涉且形成干涉區的數量與波源數相關。此現象是固有現象且在既定條件下無法消除，只能通過調整激勵源的幅度和相位，改變干涉區出現的位置。基于以上原理，針對測控天線的干涉區問題，在傳統天線技術的基礎上可有以下三種改進措施(1)調節對天和對地天線的輸入相位差；(2)使對天和對地天線的輸入功率不同；(3)使對天和對地天線波束寬度不同。
第一種措施從純技術角度講不難實現，通過調節兩路傳輸電纜的長度即可。但從工程的角度來講是不現實的，因為電纜是直接向生產廠家訂購的組件，接頭和電纜都焊接好，調節長度就意味要重新進行焊接，這將使電纜電性能無法保證；此外，調節長度需要在整星天線方向圖測試時反復調整才能找到準確的電纜長度組合，而且其反射區位置的調節能力也有限，所以一般是不采用的。另一種概念性方法是在微波網絡中的對天天線輸出端接電調隨機移相器，使干涉區在90°附近隨機漂移，雖然可以使干涉區不固定存在于原來的位置，但并沒有從根本上排除問題，而且還會給測控信道的可靠性帶來隱患。第二種措施實際是將傳統的等功率分配微波網絡變為不等功率分配網絡。不等功率微波分配網絡可以通過耦合器結構來實現，可簡便而可靠地實現1 4的大功率分配比。 若采用以往的微帶電路，則兩路輸出的功分比相差不宜超過3dB，否則兩路功分線寬相差很大，微帶電路的匹配需要多級才能實現，網絡外形尺寸也要相應增大；此外微帶線過細，刻蝕困難、附著力差，將影響網絡的可靠性。第三種措施是一種比較好的解決辦法。就本實施例來說，天線的形式確定為錐形雙臂螺旋天線，則通過改變螺旋半徑、螺旋上升角、螺旋線的圈數可以改變天線的波束寬度，不過這將增加調試的難度和工作量。經過上述分析比較，本發明大角度姿態機動衛星測控天線的制造方法將第二種和第三種措施相結合，提出如下技術方案，該方案包括如下步驟步驟1、調整天線波束寬度，通過改變對天天線和對地天線的螺旋半徑、螺旋上升角、螺旋線的圈數增大對地天線波束寬度，減小對天天線波束寬度；上述對天天線和對地天線均選擇錐形雙臂螺旋天線。步驟2、饋送不等幅信號，向對天天線和對地天線分別饋以不等幅信號，具體功分比為1 4；步驟3、壓制組合輻射干涉區，將對天天線和對地天線組合輻射干涉區壓制到對天面空間；步驟4、仿真驗證，為了證明上述步驟的可行性，進行具有不同波束寬度的單錐柱螺旋天線的仿真設計，獲得對地和對天天線波束方向仿真圖；圖2和圖3即分別為滿足第三種改進措施而進行設計的對地和對天天線波束方向仿真圖。從圖中可以看出，在90°范圍內，對地天線增益大于_6dB，對天天線增益(最大值對應星體-Z方向)小于-8dB。這樣從根本上保證兩天線在90°區域附近的幅度不相等， 破壞此區域形成干涉的條件。步驟5、仿真分析，在得到以上單天線波束方向仿真圖的基礎上，以對地和對天天線饋電功率歸一化系數分別為Pl = 0. 8、P2 = 0. 2，進行整星測控天線組合的仿真分析，直至得到附圖4所示的仿真結果。從仿真結果可以看出，干涉區成功地被壓制到了對天面區域。步驟6、裝星狀態測試，對裝星狀態下的測控天線方向圖進行實地測試，進一步驗證仿真設計與實際效果的一致性，典型的測試結果見圖5。從圖中可以明顯看出，干涉區的確移到了對天面區域。至此，完成了衛星測控天線的制作。綜上所述，本發明的大角度姿態機動衛星測控天線的制造方法，相比于現有技術CN 102544750 A
實現了以下的優點和積極效果本發明從理念上突破了傳統測控天線技術中對地面、對天面天線波束寬度相同和微波網絡等幅饋電的設計思想，實現了干涉區的空間位置可控，徹底解決了對地天線方向圖90°范圍內的干涉區問題；經過整星天線輻射特性測試和在軌飛行試驗的驗證，解決了衛星大角度姿態機動狀態下天線干涉區影響衛星正常測控通信的問題，對需要大角度姿態機動的其它航天器也具有重要意義。本發明優選實施例只是用于幫助闡述本發明。優選實施例并沒有詳盡敘述所有的細節，也不限制該發明僅為所述的具體實施方式
。顯然，根據本說明書的內容，可作很多的修改和變化。本說明書選取并具體描述這些實施例，是為了更好地解釋本發明的原理和實際應用，從而使所屬技術領域技術人員能很好地利用本發明。本發明僅受權利要求書及其全部范圍和等效物的限制。
權利要求
1.一種大角度姿態機動衛星測控天線的制造方法，其特征在于，該方法包括如下步驟步驟1、調整天線波束寬度，通過改變天線螺旋半徑、螺旋上升角、螺旋線的圈數增大對地天線的波束寬度，減小對天天線的波束寬度；步驟2、饋送不等幅信號，向對天天線和對地天線分別饋以不等幅信號；步驟3、壓制組合輻射干涉區，將對天天線和對地天線組合輻射干涉區壓制到對天面空間；步驟4、仿真驗證，進行具有不同波束寬度的單錐柱螺旋天線的仿真設計，獲得對地和對天天線波束方向仿真圖；步驟5、仿真分析，在得到步驟4單天線波束方向仿真圖的基礎上，以對地和對天天線饋電功率歸一化系數分別為Pl = 0. 8、P2 = 0. 2，進行整星測控天線組合的仿真分析，直至得到理想的仿真結果；步驟6、裝星狀態測試，對裝星狀態下的測控天線方向圖進行實地測試，進一步驗證仿真設計與實際效果的一致性。
2.如權利要求1所述的衛星測控天線的制造方法，其特征在于所述的步驟1、調整天線波束寬度，所述的對天天線和對地天線均為錐形雙臂螺旋天線。
3.如權利要求1所述的衛星測控天線的制造方法，其特征在于所述的步驟2、饋送不等幅信號，向對天天線和對地天線饋以不等幅信號的功分比為1 4。
4.如權利要求1所述的衛星測控天線的制造方法，其特征在于所述的步驟4、仿真驗證，應達到在90°范圍內，對地天線增益大于_6dB，對天天線增益，最大值對應星體-Z方向小于-8dB。
全文摘要
本發明涉及衛星天線，公開了一種大角度姿態機動衛星測控天線的制造方法，包括如下步驟1、調整天線波束寬度；2、饋送不等幅信號；3、壓制組合輻射干涉區；4、仿真驗證；5、仿真分析；6、裝星狀態測試。本發明解決了衛星大角度姿態機動狀態下天線干涉區影響衛星正常測控通信的問題，本發明也可用于需要大角度姿態機動的其它航天器。
文檔編號H01Q21/00GK102544750SQ201010584619
公開日2012年7月4日 申請日期2010年12月10日 優先權日2010年12月10日
發明者楊珺, 章英杰, 郜蓓, 饒啟龍 申請人:上海衛星工程研究所