可折叠反射面天线的发展现状及前景

郭东洋，李 萍，王艺潼，李俊理

(1.武警工程学院研究生大队，陕西西安 710086;2.武警沈阳指挥学院技术基础教研室，辽宁沈阳 110000)

随着“立体化、信息化”战场模式的建立与发展，无线通信技术在未来战争中的作用日益突出，甚至成为战事成败的关键。天线作为无线通信系统中的关键构件，成为各国军事领域致力发展的一项重要技术。就太空领域而言，太空之间、太空与地面之间的联络离不开高增益天线。在地面上，执行远距离作战任务的班、排或单兵欲取得和指挥部的联络也离不开高增益天线。对此时的机动分队而言，重量、架设难易度便成为天线在远距离作战中的另一个重要性能指标。反射面天线属于一种高性能的高增益天线，迄今为止该类型天线已经在卫星、机载雷达、地面站、移动通信站、车载站等场合中得到了广泛的应用研究。常规的反射面天线由于多采用刚性板块构成，因而存在重量大、成本高、架设难度大等缺点，不符合未来战场上对通信设备机动灵活性的要求。因此，可折叠反射面天线就成了卫星通信和深空通信的最佳选择。

1 可折叠天线的主要类型

反射面天线因具有单个天线增益高、频带宽的特点，广泛应用于卫星通信、微波通信中继、移动通信基站、车载站等场合［1］。除卫星通信外，现今普遍使用的天线的反射面大多由刚性材料制成。不能够折叠压缩、体积大、质量高、成本高等缺点限制了此类天线在架设地点机动性较强场合中的应用。在卫星通信中，由于受航天运载工具整流罩容积的限制，卫星发射时天线必须折叠起来收藏于卫星罩内。当卫星入轨后，天线再靠自带的动力源自动展开，这就是所谓的可折叠式反射面天线。按照反射面的结构形式，可将目前国内外中出现的此类天线划分为3类:

(1)固面反射面［2］。

多数固面反射面天线由中心毂和刚性板块组成。固面反射面材料多选用金属板或者碳纤维增强塑料(CTFR)。由于板块可加工成较为理想的抛物面，因而这种反射面的最大优点是精度较高。据报道，一个口径为10 m的固面反射面天线，表面精度可达0.13 mm。天线的工作频率超过40 GHz时，对天线表面精度要求较高，往往选用此类天线。然而，一台直径12 m的天线其反射面需要近百块面板组成，而直径为25 m的天线需要的面板则超过300块。因而，此类天线具有重量大、造价高、收缩比小的缺点，仅局限于尺寸较小的可展开天线，故其应用较少。目前已经在卫星上得到应用的实体反射面天线的最大口径为3.5 m。

(2)充气式反射面［3－5］。

充气式天线的主要构件由薄膜粘结而成。在发射前由于没有充气，故可压缩成很小的体积而存放在盒内;进入轨道后，充气并膨胀展开。通过太阳辐射使形面固化成所要求的曲面形状。这种天线的优点是收缩比较高、重量轻、加工费用低。尽管充气式天线的反射器直径可以做得很大，但是很难获得高精度的反射面，故其工作频率较低。

(3)网状反射面［6－7］。

网状反射面是将刚性固面反射面用金属网代替，质量较轻、收缩比大、工作频带宽，波导馈电系统可以工作在大功率，且容易实现多波束、多频段、多极化以及电扫描和电控波束宽度，适合于高分辨率的小卫星SAR天线。如俄罗斯发射的资源系列卫星RESURS－0上的SAR天线，以及1996年在和平号空间站自然舱上的双波段SAR天线。我国近年来开始网状可展开天线的研究和研制工作，天线的形式有伞状可展开式、构架可展开式、环状可展开式和缠绕肋可展开天线。然而，国内对网状反射面天线理论分析以及仿真分析上较少，加之技术限制，目前还没能力生产性能良好的编织结构的镀金钼丝网和不锈钢镀镍网。

2 发展制约因素

上述3种形式的可折叠反射面天线仅在太空通信中得到广泛应用，而少见于地面通信系统。事实上，这种可折叠的反射面天线结构具有增益高、重量轻、折叠后携带方便等优势，与目前其他同样性能天线相比更适合应急、处突、抢险、救灾、搜救等场合。从实用的角度进一步考虑，在上述3种形式的可折叠天线中，网状反射面天线具有良好的表面精度、较大的收缩比和相对简单的架设过程，然而该类天线在地面通信中的进一步推广应用仍存在一定难度。究其原因主要受以下3个方面因素的限制:(1)网面调整，随着口径增大和工作频段的提高，对反射器的精度要求也越来越高，而目前反射面的分析与调整技术还有待进完善。(2)网面测量，网面的测量技术相对落后，测试的效率较低。(3)加工工艺，以网状反射面天线为例，不锈钢镀镍和镀金钼丝这两种网在生产上仍存在很大技术难度，就造成了制造成本大幅提高。

3 新材料带来的机遇

近年来，在各种无线通信系统的应用要求与新型材料和加工工艺的推动下，天线技术发展迅速［3］。经过几年的研究测试发现:银纤维布具有导电性能好、反射率高、质量小、表面光洁度好，可折叠10万次以上而不影响电性能等特点，是制作电磁波反射面的理想材料，因此有着广阔的应用前景。课题组依托中电科技集团针对单层和双层两种银纤维布进行了电磁性能测试。测试表明:在7～25 GHz的频段内，单层银纤维布的反射能力范围为30～60 dB，双层银纤维布的反射能力范围为65～80 dB，因此可以用作反射面天线的反射材料。随着银纤维布的推广使用，相信轻便、可折叠的反射面卫星天线将成为发展趋势。

4 结束语

反射面天线在雷达探测、卫星通信、天文探测等领域有着不可代替的作用。减轻天线的质量，减小天线的面积，使天线能够折叠和展开必然成为一种发展趋势。随着银纤维布等新材料的使用和可折叠结构的发展应用，可折叠反射面天线必然有着重要的研究价值和前景。

［1］林昌禄.天线工程手册［M］.北京:电子工业出版社，2002.

［2］GUEST S D，PELLEGRINO S.A new concept for solid surface deployable antennas［J］.Acta Astronautica，1996，38(2):181－193.

［3］GUNNAR T.Deployable tensegrity structures for space applications［D］.Stockholm:Royal Institute of Technology Department of Mechanics，2002.

［4］HUANG J.The development of inflatable array antennas［J］.IEEE Antennas and Propagation Magazine，2001，43(4):352－360.

［5］HUANG J，LOU M，KIM A.An inflatable L － band microstrip SAR array［J］.IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium，1998(4):2100－2103.

［6］TAKANO T，MIURA K，NATORI M，et a1.Deployable antenna with 10 m maximum diameter for space use［J］.IEEE Transactions on Antenna and Propagation，2004，52(1):2 －11.

［7］TAKANO T，NATORI M，MIYOSHI K，et a1.Characteristics verification of a deployable onboard antenna of 10 m maximum diameter［J］.Acta Astronautica，2002，51(11):771 －778.