亚洲单口径70米“轮轨式全可动卡塞格伦天线”完成整体吊装

火星是太阳系八大行星之一，和地球一样拥有多样的地形，有高山、平原和峡谷，火星基本上是沙漠行星，地表沙丘、砾石遍布。2018年7月25日，法新社消息称，火星上发现了个液态水。2019年10月，美国“好奇”号火星车发现火星曾存在盐水湖。

火星的自转速度与地球几乎相等，自转一周为24.6小时，公转周期为687天;火星上有稀薄的大气，有四季交替的气候变化;它的特征在很多方面都与地球极为相似。有人认为，火星的现在就是地球的未来，特别是火星大气层中也存在臭氧层，可以吸收太阳光中的紫外线，为火星表面创造有利生物生长发育的条件。因此，人类希望有朝一日在火星建立居住基地，向火星移民，把它变成人类的第二家园。

近期，国家天文台在天津武清站新建了70米天线(GRAS-4)高性能接收系统。采用轮轨式全可动卡塞格伦天线，工作频段为S、X和Ku。与探月任务不同的是，数据接收模式由单天线接收改为多天线组阵模式，提高星地链路传输码速率，天线采用了主副反射面修正赋型技术和多频段组合设计技术，在提高天线效率的同时降低了旁瓣电平，减少了系统噪声，提高了抗干扰能力。

该项目建成后将成为亚洲的单口径全可动天线，是完成火星探测器科学数据接收任务的关键设备。

什么是卡塞格伦天线系统

是一种在微波通信中常用的天线，它是从抛物线演变而来的，由三部分组成，即主反射器、副反射器和辐射源。卡塞格伦天线由三部分组成，即主反射器、副反射器和辐射源。

其中主反射器为旋转抛物面，副反射面为旋转双曲面。在结构上，双曲面的一个焦点与抛物面的焦点重合，双曲面焦轴与抛物面的焦轴重合，而辐射源位于双曲面的另一焦点上，它是由副反射器对辐射源发出的电磁波进行的一次反射，将电磁波反射到主反射器上，然后再经主反射器反射后获得相应方向的平面波波束，以实现定向发射。

卡塞格伦天线系统主要是保证由初级馈源辐射的电磁波绎过副面和主面的二次反射后形成与轴线平行的射线,并在主面的口径场上产生等相位面。标准的卡氏天线系统是用抛物面(主面)和双曲面(副面)的组合来达到上述要求。

卡塞格伦天线系统的机械结构变形状态,对于主、副反射器前言,可以分解为两部分:一部分是整个反射器的刚体运动(移动和转动)及相应曲面参数的变化;另一部分是反射器表面各点相对于新曲面的偏差。

因此,可以作一新的曲面,它相对于原曲面有移动和转动,同时相应的曲面参数有微量的变化,这样的曲面有无穷多个,其中有一个变形后的曲面对它的均方根值偏差(或法向的,或轴向的)Z小,此新曲面称为“吻合抛物面”或“吻合双曲面”。

卡塞格伦天线与普通抛物面天线的区别：

1、因为有副面和主面两个的先后反射，便于设计得使主面口面场分布化，以提高口面利用系数，改善天线增益。

2、由于照射器是放置在靠近主面顶点处，可方便地从主面后面伸出，大大缩短了馈线长度，不仅使得结构紧凑，而且使得接收机高频部分可以直接放在主面后面成为可能，这在低噪声系统中有重要意义;

3、由于双镜面天线用短焦距抛物面实现了长焦距抛物面的性能，所以卡赛格伦天线能以缩短了的天线纵向尺寸，去解决存在于单镜面天线中的焦距大时性能好但结构复杂的矛盾;

4、由于双曲面反射是扩散型的，所以，双镜面系统中，返回馈源的能量较单镜面天线要小，从而减弱了对馈源匹配的影响。 

但是，因为卡塞格伦天线是一个双反射面的天线系统，从GO方法而言，副反射面、副反射面的支杆以及馈源必然会在主反射面上带来遮挡影响，这使得卡塞格伦天线副瓣抬升、增益降低，这是卡氏天线的缺点。

多天线组阵模式的优势在哪?

深空通信的发展,不断推动天线组阵技术的前进。天线组阵技术利用多天线接收,可获得合成增益。组阵某副天线出故障,不会导致整个系统瘫痪,工作模式更具稳健性、科学性。大型天线的建造及维护成本与其体积成正比,用多个中、小型天线的组阵来等效,往往可以节约成本。此外,天线加入或退出组阵都不会影响阵中其他天线执行任务,组阵非常灵活、容易部署。

鉴于上述优点,天线组阵已逐渐应用于航空通信领域,并展示出巨大的应用价值。 现有的天线组阵技术大部分是基于深空网通信,基于相同的天线或规则的阵形,使天线组阵技术局限于深空网组阵的应用,而难以将其独特的优势推广至其他领域。

新闻来源：中国科学院国家天文台

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