具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

图1是本发明实施例提供的基于反射面的超宽带多功能一体化载荷的结构示意图。如图1所示，该基于反射面的超宽带多功能一体化载荷包括：卫星本体1、多功能馈源阵2、天线反射面3和电子侦察天线4；其中，所述卫星本体1中包含射频通道和中央处理器；多功能馈源阵列2包含雷达、通信、干扰等功能馈源，天线反射面3包括主反射面31、副反射面32。主反射面天线、副反射面天线采用旋转抛物面形、双曲面形，主反射面天线、副反射面天线虚焦点重合，在焦点处不同频段不同功能馈源错开排列。副反射面通过热敏智能展开铰链、撑杆固定于主反射面上。馈源阵列也固定在主反射面或者卫星本体上。电子侦察天线4由对数周期天线构成，部署在主反的边缘处，呈“L”形排列。

电子侦察天线4和多功能馈源2通过波导或者电缆与卫星本体1中射频通道、中央处理器相连接，整个系统构成了一个超宽带反射面的多功能载荷。

雷达通信干扰等需要主动发射的功能，卫星本体1中输出信号，通过波导或者电缆进入多功能馈源阵2，然后由天线反射面3辐射出去，根据不同的功能需求，可灵活增减馈源或者变换馈源功能。电子侦察属于被动探测，电子侦察天线4接收到信号，通过电缆或者波导进入卫星本体1中，进行数据处理。

如图2所示，在上述多功能一体化卫星装置中，需实现雷达、通信、电子战的功能，主主反射面的几何尺寸公式为：

主反射面长度方向为：L₁＝2r，r为一体化载荷的雷达功能的方位向分辨率。

主反射面长度方向可以根据雷达的方位向分辨率调整。

天线反射面3口径根据雷达和干扰功能决定，二者增益取最大值，其中天线反射面3的口径应该满足：

其中，D_m为天线反射面3口径，η为天线效率,λ为电磁波长，G为天线增益。

天线反射面3的口径公式既能满足雷达也能满足干扰功能天线性能需求。

主反射面的焦点处部署馈源，天线反射面3的焦点位置为：

D_m为天线反射面3口径，θ为主反射面31的半张角。

天线反射面3的焦点位置公式使得天线反射面结构紧凑，天线展开包络小。

电子侦察的天线在主反的边缘，进行“L”形排列，形成二维干涉。

本实施例还提供了一种基于反射面的超宽带多功能一体化载荷设计方法，该方法包括如下步骤：

步骤1超宽带多功能天线设计

首先根据卫星功能满足雷达、通信、干扰与电子侦察的需求，先根据有源电子设备确定主副反射面尺寸和工作频段。根据工作频段和工作带宽等总体要求设计确定天线形式与多功能多频段馈源，形成多功能一体化天线。首先，天线采用主反射面、副反射面和馈源三部分组成偏置卡塞格伦天线形式，该天线的优点是主副反射面不遮挡主反射面，馈源喇叭不遮挡副反射面，从而降低了馈源的输入电压驻波比和次级方向图的旁瓣电平，特别是近轴旁瓣。其次，偏置卡塞格伦天线主副反射面采用碳纤维复合材料一体化加工，达到超宽带的最高型面要求。再次，多功能馈源错开排列，每个馈源对应用作不同的功能，形成跨越多波段的超宽带的载荷天线。雷达、通信、干扰共用反射面，通过配置不同频段和不同功能的馈源，达到功能一体的目的。电子侦察属于无源电子设备，可以充分利用共形的特点，将天线部署在主反射面的边缘。

步骤2多功能馈源阵设计；

如图3所示，一体化天线要形成多个不同功能的波束，每个波束对应一个喇叭。根据功能需求，设计不同的频段对应馈源用于通信、雷达、干扰等功能，通过多频段和反射面的超宽带天然特性，实现超宽带天线。设计时，选定一个主波束，将对应的喇叭放在焦点附近，其余喇叭尽可能靠近焦点处，减少横向偏焦的增益损失。馈源尽量错开排列，即在抛物反射面天线焦平面不同位置放置馈源阵列，通过切换使馈源阵中的一个或多个馈源工作，形成多个不同指向不同功能的波束。为达到最大的效率，据波束指向、波束宽度、焦距等因素来确定初级方向图。

步骤3多功能天线多波束方向图设计

针对大口径的反射面，采用物理光学的方法对进行天线方向图进行优化。首先将设计好的反射面的设计参数和优化好的多频段馈源方向图进行建模仿真，其次，根据天线口面场分布函数，对反射面天线进行赋形设计，达到最优化一体化天线性能。

步骤4多功能一体化载荷设计

完成了1～3的步骤后，将天线进行结构布局。电子侦察为被动接受天线，无需发射功率，可将天线部署在主反射面的边缘，形成“L”排列，实现侦察定位。其他雷达、通信、干扰馈源在焦点附近，依次错开部署。多功能馈源通过波导连接，进入卫星本体，与卫星本体中综合化射频通道、中央处理器相连接。另外，天线主反射面侧耳折弯设计，提高天线的收纳比，天线反射面采用碳纤维复合材料一次成型来保证反射面连续。通过储存在热敏智能展开铰链的弹性势能，实现副反射面展开；同时副反射面展开机构错方向布局，有效地提供副反射面支撑刚度。

以L～Ka宽带为例，其中主反射面电气口径为3.6m×1.97m，焦距为1.70m，副反射器电气口径为1.25×0.9m。天线要形成6个波束，其中两个X波段波束、两个L波段波束、一个Ku波段波束，一个Ka波段波束，形成一个多波段超宽带的多功能天线，可分别用作雷达、通信、干扰等功能。每个波束对应一个喇叭，共计6个喇叭。

根据卫星多功能任务需求，选择主反射面尺寸和多频段馈源，优化多功能馈源排列方式和方向图，最后优化多功能天线的方向图，满足总体设计要求。波束结果见表1，天线波束覆盖如图4所示。然后进行布局设计，部署电子侦察天线，与舱内综合射频和处理器相连接。利用本发明可以实现超宽带多功能一体化载荷设计，高度集成卫星雷达、通信、电子对抗等设备。

表1天线波束统计

本发明中基于高功能密度卫星发展要求，对卫星工作要求高度集成，通常将雷达、通信、电子对抗等手段集中于小卫星平台上，因此要求星上电子系统高度集成，具备超宽带、多功能、一体化的要求。首先根据卫星任务需求，设计了超宽带反射面+多频段多功能馈源+综合射频+一体化处理器的整体设计思路，大幅度集成了不同功能的卫星电子设备。在此基础上，重点对多功能一体化天线及布局进行了研究，提出了多频段多功能馈源错开排列方式，和电子侦察天线天线部署在主反射面的边缘，形成“L”排列方式，实现了多功能，为未来多功能一体化载荷设计提供了一种解决途径，本发明提出了通过在焦点处部署不同频段不同功能的错开式馈源阵+反射面天线，实现了超宽带和多功能，可以根据需求，进行灵活增减馈源来调节功能，操作简单有效。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。