航天器天线设计技术：通信卫星中的无源互调

天线是大功率通信卫星不可或缺的重要部分，卫星通信系统中通常都有多副天线（指令、信标、通信等），它们是大功率信号发射与高灵敏度的接收通道的首要环节。实践表明，天线系统极易产生无源互调，而且天线反射面本身就是PIM的重要来源，因此天线系统的PIM至关重要。

总的来说，天线系统中有两种类型的非线性存在，即接触非线性和材料非线性。接触非线性由具有非线性电流电压的金属接触产生，具体表现为松动、被氧化和被污染等情况；而材料非线性是指所用的材料，如铁磁、碳纤维、铁、镍、铝等材料都表现出非线性的特性。

通过对国内外的研究分析、归纳，发现天线系统PIM的产生与下面因素有密切的关系：

1）天线系统中为了结构强度而不可避免地使用了金属材料，金属—绝缘层—金属（MIM）现象会引起PIM的产生。

2）微小裂缝、微小细丝和金属结构中的洞等会引起PIM现象。

3）碳纤维以及镀层的非线性。

4）与金属接触处的电子隧道效应和半导体效应。

5）材料结构不均匀对电导率的影响、热不平衡产生的一些粒子微观变化。

6）天线体与某些部件边缘的处理过程、天线结构的铆接工艺等因素导致了PIM的产生。

7）在连接处的氧化、生锈或腐蚀现象。

由于多载波卫星系统多采用反射面天线作为通信天线，因此针对反射面天线有一些设计原则和指南：(www.xing528.com)

1）反射面支撑结构的生产制造对PIM的产生至关重要，使用铆接铝制支撑结构是最常用的技术，每个铆钉都是PIM产生的潜在因素。尤其在大型天线中该问题比较突出，可以通过在制造过程中使用胶粘技术加以解决。

2）高电流密度存在的地方容易产生互调产物，馈电通道的设计是关键，原则上应采用整体馈电，但实际应用上几乎不可能，因此，可以使用目前已开发的许多具有高接触压力的法兰盘。次反射器的影响也不容忽视，特别是在轴对称系统中，整个次反射器及其支撑结构与PIM有很大关系，次反射器顶点处对PIM非常敏感，研究表明：次反射器支承结构及附件不宜采用金属金属接触。

可以在馈电通道设计中采用以下技术：

a）采用镀银铝结构，可能消除不相似金属接触和不均匀膨胀引起的接触电势差。

b）极化器加工采用电子束粘接。

c）对其他馈电部件进行电火花腐蚀的整体制造技术。

d）用于缓和接触表面高压的波导法兰接头。

e）无电介质，因而无电致伸缩。

3）由于卫星天线在空间所经历的较大的温度范围，因此需要考虑温度对各种接触程度的影响，天线附近设置有多层热包覆，必须避免多层热包覆与天线，特别是馈电喇叭的直接接触。当然，还要充分考虑射频设计与热控制之间的综合平衡。