近日，洛克希德·馬丁公司和波爾航空航天公司(Ball Aerospace)宣布已經成功完成了多波段、多任務(MBMM)天線的相控陣傳輸測試。MBMM有望使多顆衛星同時連接使用多頻率的單相控陣天線系統。它增加了吞吐量，同時也縮小了天線的占用面積。

這標志著美國太空部隊MBMM計劃的又一技術里程碑，并使團隊向今年晚些時候的完整的端到端衛星通信演示又邁進了一步。在此傳輸測試之前，曾在2月份進行過一次類似的成功接收測試。

該計劃于2019年4月由美國國防創新部門授予，由三家公司——洛克希德·馬丁公司、波爾航空航天公司和Kratos公司——將作為一個團隊開發原型。其特點是采用洛克希德·馬丁公司的“Horizon”高級衛星調度程序、波爾航空航天公司的子陣列和面板設計以及Kratos RT邏輯高級數字信號處理。

也就是說，洛克希德·馬丁將開發實際原型陣列，最初支持L波段和S波段頻率，Ball Aerospace公司將提供相控陣技術，Kratos公司將提供信號處理技術。此外，該原型使用了一種“構建模塊”的方法，可以隨著衛星數量的增加或通信需求的發展而輕松增加或減少。

如果原型研發出來，它可以被納入空軍衛星控制網絡，用于運行和維護國防部衛星。根據洛克希德·馬丁公司，新的天線可以同時支持近地軌道和地球同步軌道上的多顆衛星。

MBMM原型相控陣是一項廣泛計劃的一部分，該計劃旨在使現有的美國空軍衛星控制網絡(AFSCN)系統現代化，并為作戰人員帶來更快的新技術。MBMM提高了AFSCN的能力和吞吐量，同時提高了地面基礎設施和衛星系統的彈性。

AFSCN由美國太空部隊的太空操作司令部運行，為美國國防部和一些非國防部衛星的操作、控制和維護提供支持，包括持續執行遙測、跟蹤和指揮(TT&C)操作。此外，AFSCN還提供發射前檢驗和模擬、發射支持以及在衛星處于初始或轉移軌道并需要機動到最終軌道時的早期軌道支持。

“我們很高興能與太空部隊合作進行相控陣技術演示。”洛克希德·馬丁公司任務解決方案副總裁兼總經理Maria Demaree說：“這是一個協作團隊，在部署大規模L-波段和S -波段通信相控陣方面具有良好的領導能力。”“我們將天線集成到指揮和控制(C2)系統的經驗是無與倫比的。”

Demaree還表示，多波段、多任務天線是“一種更聰明的方式，可以快速、經濟地擴大衛星傳輸規模，同時降低空軍的長期維護成本。”“今天，當一個拋物面天線壞了，它可能需要幾天的時間來修復；有了MBMM，只需花費數小時，而無需讓整個站點離線——這是一個巨大的優勢。”

波爾航空航天公司戰術解決方案副總裁兼總經理Jake Sauer說：“波爾航空航天公司的目標是投資于核心相控陣技術，使MBMM能夠滿足太空部隊的任務需求，同時提供一個負擔得起的完整系統解決方案。”“隨著傳輸測試的成功完成，我們期待著相控陣能力的完整端到端任務演示。”

7月17日，洛克希德·馬丁公司宣布，國防創新部門已經授予Ball Aerospace公司、Kratos國防和安全解決方案公司和洛克希德·馬丁公司一份價值720萬美元的聯合合同，用于開發這種原型。在此之前，5月30日，哈里斯公司宣布，該公司已從國防創新部門獲得626萬美元，用來建造并演示一套原型地面天線系統，以幫助擴展空軍的空間跟蹤能力。。

相控陣天線

相控陣天線是一種陣列天線，它的單個輻射片可以有不同的相位偏移。因此，通用的天線圖案可以被電子控制。電子轉向比天線的機械轉向靈活得多，需要較少的維護。

相控陣天線的原理是基于干擾的影響，即兩個或(通常)幾個輻射源的相位相關疊加。可以觀察到同相位信號(下圖中同色)相互放大，反相位信號相互抵消。因此，如果兩個輻射體以相同的相移發射一個信號，就實現了疊加——信號在主方向被放大，在次級方向被衰減。在圖1的左側輻射器組中，兩個輻射器的饋入相位相同。因此，信號在主方向被放大。

如果要傳輸的信號現在通過調相模塊路由，輻射的方向就可以通過電子控制。然而，這是不可能無限期的，因為這種天線的有效性在主方向垂直于天線場是最大的，而主方向的極端傾斜會增加不必要的旁瓣的數量和尺寸，同時減少了有效天線面積。正弦定理可以用來計算必要的相移。

在相控陣天線中，任何類型的天線都可以用作輻射器。值得注意的是，單個輻射器必須用可變的相移來控制，因此輻射的主要方向可以連續地改變。為了實現高指向性，天線領域使用了許多輻射體。例如，RRP-117的天線由1584個輻射器組成，它們接收到的信號仍然以模擬方式組合到天線模式。另一方面，更現代的多功能雷達在接收過程中使用數字波束形成。

大量的工業研究比較了拋物面天線和相控陣的成本，結果表明，雖然拋物面天線的前期成本較低，但維護成本卻高得多。于是，在軌商業和軍事衛星的總數預計在未來十年至少增加4倍，而AFSCN所需的能力預計將增加10倍。這種按需增加的能力需要像相控陣這樣的新技術，相控陣可以同時連接多個太空飛行器。與拋物面天線相比，相控陣天線也避免了重大的機械維護成本。