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卫星天线波束

常指卫星天线辐射方向图的主波瓣。在其内集中了绝大部分的辐射能量。分有聚束式和

扩展式两种。波束在地球上的照射区即天线的覆盖区。不同用途的卫星采用不同的天线波束,

通信卫星使用的有全球波束、区域波束、点波束、多波束、成形波束等。

按照天线波束形状，将卫星通信天线分为三类：全球波束天线、点波束天线、

赋形波束天线。

1）全球波束天线是指波束覆盖地球上的整个视区。

2）点波束天线是指覆盖一个很小的区域。点波束将卫星的功率集中在一个

区域，大大降低了地面便携式移动终端的功率、体积以及通信费用。点波束技术

一般是应用在卫星的远距离信息传输上面。

3）赋形波束天线是指覆盖地球上的某一个特殊形状的区域，一般用一个波

束形成网络来控制，也称区域波束天线。赋形波束通过调整天线阵列中每个阵元

的加权系数产生具有指向性的波束，从而能够获得明显的阵列增益。

下面重点对多波束天线进行阐述。

卫星多波束天线没有采用单一大张角覆盖的思路，而是使用了若干个高增益

的窄波束共同覆盖较大的区域，这些窄波束也被称为点波束，这样的通信方式也

称为卫星蜂窝移动通信，与地面蜂窝移动通信相对应；由于点波束的空间隔离作

用，系统可以采用频率复用技术，点波束的高信号增益与频率复用的结合进一步

提高了卫星通信的频谱效率。

卫星多波束天线可分为多波束反射面卫星天线、多波束透镜卫星天线、多波

束阵列卫星天线三种。

1）多波束反射面卫星天线

多波束反射面天线包括独立天线和多波束馈源、反射面这两大结构。独立天

线结构式就是每个波束都使用一个单独自己的天线而且每个独立的天线分别朝

向某个特定的通信区域，对应的波束采用各自独立的馈源，因此邻近的波束可以

采用相同的频率，不仅缓解频率受限的问题，不同波束间的干扰也可以忽略不考

虑。独立天线结构简单易懂、成本低等优势，但通常只适用于点波束数量不多的

通信环境中。可以直接简单理解为多个单波束天线的组合。

多波束馈源、反射面结构式主要包括馈源、反射面、波束形成网络。其中波

束形成网络是多波束天线的关键部分。多波束反射面卫星天线采用的馈源通常是

偏馈结构式的馈源阵，这是因为产生多个波束就要求的馈源阵就比较大，采用偏

馈结构式的馈源阵不会对波束产生过多的阻碍，同时促使天线效率的提高和旁瓣

电平的降低。多波束反射面通常是抛物面形状的，而多波束反射面天线最大的性

能优势是具有波束形成网络，通过各个馈源分别单独的馈送信号产生多个独立的

点波束，把幅度和相位具有某种特定的相同规律的同一信号馈发送至一组馈源进

而产生一定形状的波束，达到覆盖特定形状的通信区域。

2）多波束透镜卫星天线

多波束透镜卫星天线工作原理和反射面卫星天线相似，通过透镜的焦平面把

馈源阵辐射的电磁波焦聚起来形成多个波束，通过改变焦点与馈源阵的位置来实

现不同覆盖范围的点波束。正是由于多波束透镜天线的馈源阵是在聚焦透镜的后

方致使馈源阵完全不会阻碍波束。相对于多波束反射面天线来说，多波束透镜卫

星天线可以便捷的产生多个波束或者形成较大的馈源阵而不形成阻挡。

多波束透镜卫星天线可以动态的调整天线方向图。假设某个卫星通信系统中

需要抵抗某个方向的干扰，多波束透镜天线就发挥非常重要的作用，它可以把这

个方向的天线增益修改为零。但是目前透镜天线的体积都比较大，大多数是应用

于军事方面。

3）多波束相控阵天线

由许多辐射元排阵构成，用波束形成网络向阵列单元激励所需的振幅和相位，

以形成不同形状的成形波束。它的优点是可对波束数目和形状进行灵活控制，并

可控制波束作快速扫描；但结构较复杂，造价高。

天线阵列/阵列天线

天线阵的工作原理可以看成是电磁波（电磁场）的叠加。对几列电磁波来讲，

当它们传到同一区域时，按照叠加原理，电磁波将产生矢量叠加。叠加结果不仅

与各列电磁波的振幅大小有关，而且与它们在相遇区间内相互之间的相位差有关。

正是由于位于不同位置上的发射天线所发出的电磁波传到同一接收区域造

成的空间相位出现差别，必然引起几列电磁波在相遇区域形成同相位叠加，总场

强增强，反相位叠加，总场强削弱。若总场强的增强和削弱区域在空间保持相对

固定，就相当于用天线阵改变了单个天线的辐射场结构，这就是天线阵改变辐射

场大小和方向性的原理。