可折疊反射面天線的發展現狀及前景

郭東洋，李 萍，王藝潼，李俊理

(1.武警工程學院研究生大隊，陜西西安 710086;2.武警沈陽指揮學院技術基礎教研室，遼寧沈陽 110000)

隨著“立體化、信息化”戰場模式的建立與發展，無線通信技術在未來戰爭中的作用日益突出，甚至成為戰事成敗的關鍵。天線作為無線通信系統中的關鍵構件，成為各國軍事領域致力發展的一項重要技術。就太空領域而言，太空之間、太空與地面之間的聯絡離不開高增益天線。在地面上，執行遠距離作戰任務的班、排或單兵欲取得和指揮部的聯絡也離不開高增益天線。對此時的機動分隊而言，重量、架設難易度便成為天線在遠距離作戰中的另一個重要性能指標。反射面天線屬于一種高性能的高增益天線，迄今為止該類型天線已經在衛星、機載雷達、地面站、移動通信站、車載站等場合中得到了廣泛的應用研究。常規的反射面天線由于多采用剛性板塊構成，因而存在重量大、成本高、架設難度大等缺點，不符合未來戰場上對通信設備機動靈活性的要求。因此，可折疊反射面天線就成了衛星通信和深空通信的最佳選擇。

1 可折疊天線的主要類型

反射面天線因具有單個天線增益高、頻帶寬的特點，廣泛應用于衛星通信、微波通信中繼、移動通信基站、車載站等場合［1］。除衛星通信外，現今普遍使用的天線的反射面大多由剛性材料制成。不能夠折疊壓縮、體積大、質量高、成本高等缺點限制了此類天線在架設地點機動性較強場合中的應用。在衛星通信中，由于受航天運載工具整流罩容積的限制，衛星發射時天線必須折疊起來收藏于衛星罩內。當衛星入軌后，天線再靠自帶的動力源自動展開，這就是所謂的可折疊式反射面天線。按照反射面的結構形式，可將目前國內外中出現的此類天線劃分為3類:

(1)固面反射面［2］。

多數固面反射面天線由中心轂和剛性板塊組成。固面反射面材料多選用金屬板或者碳纖維增強塑料(CTFR)。由于板塊可加工成較為理想的拋物面，因而這種反射面的最大優點是精度較高。據報道，一個口徑為10 m的固面反射面天線，表面精度可達0.13 mm。天線的工作頻率超過40 GHz時，對天線表面精度要求較高，往往選用此類天線。然而，一臺直徑12 m的天線其反射面需要近百塊面板組成，而直徑為25 m的天線需要的面板則超過300塊。因而，此類天線具有重量大、造價高、收縮比小的缺點，僅局限于尺寸較小的可展開天線，故其應用較少。目前已經在衛星上得到應用的實體反射面天線的最大口徑為3.5 m。

(2)充氣式反射面［3－5］。

充氣式天線的主要構件由薄膜粘結而成。在發射前由于沒有充氣，故可壓縮成很小的體積而存放在盒內;進入軌道后，充氣并膨脹展開。通過太陽輻射使形面固化成所要求的曲面形狀。這種天線的優點是收縮比較高、重量輕、加工費用低。盡管充氣式天線的反射器直徑可以做得很大，但是很難獲得高精度的反射面，故其工作頻率較低。

(3)網狀反射面［6－7］。

網狀反射面是將剛性固面反射面用金屬網代替，質量較輕、收縮比大、工作頻帶寬，波導饋電系統可以工作在大功率，且容易實現多波束、多頻段、多極化以及電掃描和電控波束寬度，適合于高分辨率的小衛星SAR天線。如俄羅斯發射的資源系列衛星RESURS－0上的SAR天線，以及1996年在和平號空間站自然艙上的雙波段SAR天線。我國近年來開始網狀可展開天線的研究和研制工作，天線的形式有傘狀可展開式、構架可展開式、環狀可展開式和纏繞肋可展開天線。然而，國內對網狀反射面天線理論分析以及仿真分析上較少，加之技術限制，目前還沒能力生產性能良好的編織結構的鍍金鉬絲網和不銹鋼鍍鎳網。

2 發展制約因素

上述3種形式的可折疊反射面天線僅在太空通信中得到廣泛應用，而少見于地面通信系統。事實上，這種可折疊的反射面天線結構具有增益高、重量輕、折疊后攜帶方便等優勢，與目前其他同樣性能天線相比更適合應急、處突、搶險、救災、搜救等場合。從實用的角度進一步考慮，在上述3種形式的可折疊天線中，網狀反射面天線具有良好的表面精度、較大的收縮比和相對簡單的架設過程，然而該類天線在地面通信中的進一步推廣應用仍存在一定難度。究其原因主要受以下3個方面因素的限制:(1)網面調整，隨著口徑增大和工作頻段的提高，對反射器的精度要求也越來越高，而目前反射面的分析與調整技術還有待進完善。(2)網面測量，網面的測量技術相對落后，測試的效率較低。(3)加工工藝，以網狀反射面天線為例，不銹鋼鍍鎳和鍍金鉬絲這兩種網在生產上仍存在很大技術難度，就造成了制造成本大幅提高。

3 新材料帶來的機遇

近年來，在各種無線通信系統的應用要求與新型材料和加工工藝的推動下，天線技術發展迅速［3］。經過幾年的研究測試發現:銀纖維布具有導電性能好、反射率高、質量小、表面光潔度好，可折疊10萬次以上而不影響電性能等特點，是制作電磁波反射面的理想材料，因此有著廣闊的應用前景。課題組依托中電科技集團針對單層和雙層兩種銀纖維布進行了電磁性能測試。測試表明:在7～25 GHz的頻段內，單層銀纖維布的反射能力范圍為30～60 dB，雙層銀纖維布的反射能力范圍為65～80 dB，因此可以用作反射面天線的反射材料。隨著銀纖維布的推廣使用，相信輕便、可折疊的反射面衛星天線將成為發展趨勢。

4 結束語

反射面天線在雷達探測、衛星通信、天文探測等領域有著不可代替的作用。減輕天線的質量，減小天線的面積，使天線能夠折疊和展開必然成為一種發展趨勢。隨著銀纖維布等新材料的使用和可折疊結構的發展應用，可折疊反射面天線必然有著重要的研究價值和前景。

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

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［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.