洛克希德·马丁成功完成了多波段、多任务(MBMM)天线的相控阵传输测试

近日，洛克希德·马丁公司和波尔航空航天公司(Ball Aerospace)宣布已经成功完成了多波段、多任务(MBMM)天线的相控阵传输测试。MBMM有望使多颗卫星同时连接使用多频率的单相控阵天线系统。它增加了吞吐量，同时也缩小了天线的占用面积。

这标志着美国太空部队MBMM计划的又一技术里程碑，并使团队向今年晚些时候的完整的端到端卫星通信演示又迈进了一步。在此传输测试之前，曾在2月份进行过一次类似的成功接收测试。

该计划于2019年4月由美国国防创新部门授予，由三家公司——洛克希德·马丁公司、波尔航空航天公司和Kratos公司——将作为一个团队开发原型。其特点是采用洛克希德·马丁公司的“Horizon”高级卫星调度程序、波尔航空航天公司的子阵列和面板设计以及Kratos RT逻辑高级数字信号处理。

也就是说，洛克希德·马丁将开发实际原型阵列，最初支持L波段和S波段频率，Ball Aerospace公司将提供相控阵技术，Kratos公司将提供信号处理技术。此外，该原型使用了一种“构建模块”的方法，可以随着卫星数量的增加或通信需求的发展而轻松增加或减少。

如果原型研发出来，它可以被纳入空军卫星控制网络，用于运行和维护国防部卫星。根据洛克希德·马丁公司，新的天线可以同时支持近地轨道和地球同步轨道上的多颗卫星。

MBMM原型相控阵是一项广泛计划的一部分，该计划旨在使现有的美国空军卫星控制网络(AFSCN)系统现代化，并为作战人员带来更快的新技术。MBMM提高了AFSCN的能力和吞吐量，同时提高了地面基础设施和卫星系统的弹性。

AFSCN由美国太空部队的太空操作司令部运行，为美国国防部和一些非国防部卫星的操作、控制和维护提供支持，包括持续执行遥测、跟踪和指挥(TT&C)操作。此外，AFSCN还提供发射前检验和模拟、发射支持以及在卫星处于初始或转移轨道并需要机动到最终轨道时的早期轨道支持。

“我们很高兴能与太空部队合作进行相控阵技术演示。”洛克希德·马丁公司任务解决方案副总裁兼总经理Maria Demaree说：“这是一个协作团队，在部署大规模L-波段和S -波段通信相控阵方面具有良好的领导能力。”“我们将天线集成到指挥和控制(C2)系统的经验是无与伦比的。”

Demaree还表示，多波段、多任务天线是“一种更聪明的方式，可以快速、经济地扩大卫星传输规模，同时降低空军的长期维护成本。”“今天，当一个抛物面天线坏了，它可能需要几天的时间来修复；有了MBMM，只需花费数小时，而无需让整个站点离线——这是一个巨大的优势。”

波尔航空航天公司战术解决方案副总裁兼总经理Jake Sauer说：“波尔航空航天公司的目标是投资于核心相控阵技术，使MBMM能够满足太空部队的任务需求，同时提供一个负担得起的完整系统解决方案。”“随着传输测试的成功完成，我们期待着相控阵能力的完整端到端任务演示。”

7月17日，洛克希德·马丁公司宣布，国防创新部门已经授予Ball Aerospace公司、Kratos国防和安全解决方案公司和洛克希德·马丁公司一份价值720万美元的联合合同，用于开发这种原型。在此之前，5月30日，哈里斯公司宣布，该公司已从国防创新部门获得626万美元，用来建造并演示一套原型地面天线系统，以帮助扩展空军的空间跟踪能力。。

相控阵天线

相控阵天线是一种阵列天线，它的单个辐射片可以有不同的相位偏移。因此，通用的天线图案可以被电子控制。电子转向比天线的机械转向灵活得多，需要较少的维护。

相控阵天线的原理是基于干扰的影响，即两个或(通常)几个辐射源的相位相关叠加。可以观察到同相位信号(下图中同色)相互放大，反相位信号相互抵消。因此，如果两个辐射体以相同的相移发射一个信号，就实现了叠加——信号在主方向被放大，在次级方向被衰减。在图1的左侧辐射器组中，两个辐射器的馈入相位相同。因此，信号在主方向被放大。

如果要传输的信号现在通过调相模块路由，辐射的方向就可以通过电子控制。然而，这是不可能无限期的，因为这种天线的有效性在主方向垂直于天线场是最大的，而主方向的极端倾斜会增加不必要的旁瓣的数量和尺寸，同时减少了有效天线面积。正弦定理可以用来计算必要的相移。

在相控阵天线中，任何类型的天线都可以用作辐射器。值得注意的是，单个辐射器必须用可变的相移来控制，因此辐射的主要方向可以连续地改变。为了实现高指向性，天线领域使用了许多辐射体。例如，RRP-117的天线由1584个辐射器组成，它们接收到的信号仍然以模拟方式组合到天线模式。另一方面，更现代的多功能雷达在接收过程中使用数字波束形成。

大量的工业研究比较了抛物面天线和相控阵的成本，结果表明，虽然抛物面天线的前期成本较低，但维护成本却高得多。于是，在轨商业和军事卫星的总数预计在未来十年至少增加4倍，而AFSCN所需的能力预计将增加10倍。这种按需增加的能力需要像相控阵这样的新技术，相控阵可以同时连接多个太空飞行器。与抛物面天线相比，相控阵天线也避免了重大的机械维护成本。