本发明公开了一种标定多频段毫米波信号大气传输特性的载荷系统及方法，包括前向转发系统和返向转发系统，前向转发系统包括1副Q/V天线、1个V频段预选器、2个V频段低噪放、1个V频段混合桥、2个V/Ka下变频器、3个Ka双工器、4个Ka频段TWTA、1个Ka信标机和2副Ka天线；前向转发系统中所述Q/V天线和Ka天线与所述返向转发系统共用；返向转发系统包括2个Ka输入预选器、4个Ka低噪放、1个Ka双工器、2个Ka/Q变频器、2个通道滤波器、1个Q混合桥、2个Q频段TWTA、1个Q频段输出滤波器和1个Q频段信标机。本发明可同时获得V频段、Q频段、Ka上行频段和Ka下行频段4种频率在指定区域的大气传输特性，具有通用性、准确性和实时性。