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看天线 ，识卫星——漫谈卫星天线（一）
2018-09-05 / 阅读次数：2221
卫星超神秘 ，通常所见卫星图片 ，除了金光闪闪的隔热层和宽大的太阳能帆板 ，其他部位 ，好比杆子、锅、弹簧线圈等等都是“薛定谔的猫”！相关有趣的科普文章很少。鉴于此 ，卫网君约请科普博主“超等loveovergold”开发专栏 ，先容卫星上的看家废物——天线。系列文章将从导航、通讯、对地视察、深空探测等卫星的天线着手 ，说说卫星天线的知识 ，及背后那些物理学家、工程师的故事 ，辨识种种神秘的卫星！
虽然无线电波无色无味无形 ，讲起来很虚幻 ，可是它就像空气、水、Wi-Fi ，萦绕在你周围 ，是你生涯中的一部分 ，无法或缺 ，事实上 ，它早就融入你的生涯！
一、序言
交变流动的电流 ，交流电 ，像无邪生动少女心中的小鹿 ，程序轻盈 ，扭头就走 ，只要电极配合变得OPEN些 ，如下图睁开 ，少女心跳加速 ，频率高一些 ，再高一些 ，小鹿的脚步再快一些 ，电流会“嗖”的一下 ，越出电极 ，奔向自由自在 ，无拘无束的天空！这就是无线电 ，Radio！
图2. 电生磁、磁生电 ，交替前行 ，电磁波以光速撒播！
当导线的长度增大到可以与波长想相比时 ，导线上的电流就大大增添 ，能形成较强的辐射。若是两个振子的或许为1/2波长 ，输入阻抗是一个不大的纯电阻 ，馈电的电流最大 ，辐射最为强烈 ，俗称半波振子天线 ，使用较为普遍。若是嫌天线太长、碍手碍脚 ，也可以在优异的接地情形下 ，天线一端接地 ，使用1/4波长发射。
无线电波的电场转变的偏向 ，称为极化 ，像上图中无线电波的电场转变的偏向笔直于地面 ，我们称它为笔直极化波 ，其撒播的偏向图形状像一个甜甜圈 ，周围八方、排山倒海；反之 ，若是电场转变的偏向平行于地面 ，则为水平极化波。由于大地是电的良导体 ，地面通讯普遍接纳了笔直极化波 ，因此各人可以追念为什么战争片里电台的天线都是直挺挺的。关于笔直或水平极化的线极化发射天线 ，吸收天线需要和发射天线坚持相同的偏向爆发“共识”以获得最佳信号。
德国科学家赫兹在1888年第一个用实验验证了麦克斯韦电磁理论；意大利科学家马可尼1896年第一次乐成用电磁波远程转达讯息；1901年 ，马可尼又乐成地将讯号从英格兰传送到大西洋彼岸的加拿大。21世纪无线电通讯手艺及应用更有了异常惊人的生长 ，通过卫星实现的天地通讯走进寻常黎民家！
二、第一颗人造地球卫星——鞭状天线
天下上第一颗人造地球卫星 ，1957年10月4日发射的Sputnik
1 ，该卫星内部有一个3.5瓦的无线电发射单位 ，由莫斯科电子研究所的（NII-885）研发 ，若是卫星被流星击穿泛起失压或者内部温度失控 ，则改变无线电信号脉冲的一连时间。无线电发射器事情在两个频率 ，20.005和40.002MHz ，划分由2.903米、2.401米两组全向天线发射 ，让地面测控站甚至无线电喜欢者都能吸收到信号。
苏联第一颗人造地球卫星是一种宣告 ，广播式 ，象征着人类正式进入了卫星时代！美国在1958年1月31日发射了其第一颗卫星——探险者1号 ，宇宙射线探测器的科学数据通过两个无线电发射器送到地面。其中一台10mW、事情在108MHz的发射器接纳了4根可折叠的鞭状天线发射短波信号 ，这四根22英寸（55.9厘米）长的天线依赖卫星旋转甩出睁开。不过 ，和苏联的天线事情原理纷歧样。
这种相互呈90度的四根天线称为旋转场天线（turnstile
antenna） ，接纳两对半波振子 ，其中一起为另一起正交分量在坚持幅度相等情形下 ，举行90
度移相后形成圆极化波 ，凭证差别的旋转偏向 ，可以分为左旋和右旋圆极化。
这种电波 ，在卫星通讯中有极其主要的职位。由于卫星和导弹的天线相关于地面天线可能是任何偏向的 ，而圆极化电波对吸收天线的相对偏向不敏感 ，不像上文先容的笔直或者水平极化 ，这些线极化电波的发射和吸收天线必需直对直 ，横对横 ，同时也能阻止穿越电离层导致的法拉第旋转效应对信号传输的影响 ，因此圆极化天线手艺在卫星通讯领域中有主要作用 ，特殊在航天器中 ，能知足重大条件下的通讯和测控。探险者1号上另外一台发射器为60mW、事情在108.03MHz ，接纳了两个玻璃纤维误差天线。
而我国第一颗人造地球卫星——东方红1号 ，重173kg ，轨道为439km×2384km,
倾角68.5 ，周期114分钟 ，也接纳了简朴的4根2米多长鞭状天线 ，在太空睁开 ，在20 MHz频率播放《东方红》歌曲。
三、恍若隔世 ，卫星天线手艺日新月异
距离第一颗人造地球卫星发射一晃50年已往了 ，卫星天线手艺爆发了日新月异的重大前进 ，并在空间使命中施展主要作用。其手艺希望主要可归纳为以下5个空间应用偏向。
由于发射本钱高昂 ，天线在设计制造时需要做多维度的思量 ，好比天线增益、天线尺寸、射频功放功率、耗电量、重量等多个因素。别的 ，卫星天线的发射和空间事情情形非�？量蹋涸诜⑸涫� ，天线需要遭受几个G的加速率和强烈震惊 ，大型天线通�；剐枰鄣呕湃牖鸺髡帜� ，并在空间睁开 ，该历程保存很大的变数；别的 ，卫星天线直接袒露在真空中 ，没有热对流 ，而向阳面和背阳面的温差极大 ，达-180～120°C ，天线面临极高的温度梯度转变 ，爆发部件的高应力和变形；另外在空间 ，还需要思量太阳风等高能粒子轰击、磁场、空间碎片撞击等一系列意想不到的卑劣工况……这都需要在设计研制时 ，对电子装备做须要的种种�；�。
天线手艺在卫星手艺生长历程中是重中之重 ，一代又一代科学家和工程师 ，从实验室到厂房 ，攻坚克难 ，上演了一幕幕挑战人类工程极限的大戏。
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