馈源整体制冷技术在深空测控系统中的应用

深空探测器通信距离遥远,其返回信号微弱,因此要求接收天线具备尽量高的品质因数(G/T).下行链路设备工作在低温环境中,有利于降低噪声温度,提高系统G/T值.针对35 m深空测控天线,首先分析了Ka频段天线增益、外部和内部噪声在此基础上提出了Ka频段馈源整体制冷方案,并对馈源不制冷和馈源整体制冷两种方案进行了比对分析最后总结了超低温馈源设计和制造关键技术.馈源整体制冷系统噪声温度测试结果小于45 K.分析表明采用馈源整体制冷方案能够提升系统G/T值1.03 dB,35 m深空测控天线Ka频段接收能力提高约21%.     

一种多频宽带多模馈源的设计

为满足工程需求、实现天线的多频收发共用性能,文中基于模式匹配法设计了一款新型的多频宽带 多模馈源。该馈源集S/ X/ Ka 频段于一体,其中X/ Ka 多频段馈源采用新型的X/ Ka 宽带多模喇叭及X/ Ka、Ka/ Ka 频段宽带分波器。与已有的常规馈源相比,该馈源在Ka 频段拓展了带宽,带宽达到57%,在天线应用中各频段辐射 效率也大幅提高。采用模式匹配法进行设计,大大缩短了设计时间并保证了设计精度。该多模馈源喇叭对加工精 度要求不高,易于制造,在Ka 频段有很大优势。目前该馈源已应用于工程中,各项性能指标均优良。     

双频段双极化共孔径阵列馈源反射面天线设计

介绍了一种新型Ku/Ka双频段双极化共孔径阵列馈源偏馈抛物柱反射面天线的设计。在双频段双极化共孔径阵列馈源设计中,Ka波段采用裂缝波导阵,并且位于共孔径馈源阵列的下层,双极化Ku波段采用微带贴片天线、位于共孔径阵列馈源的上层。文中给出了该双频段双极化共孔径阵列馈源的设计及测试结果,并将该测试结果代入偏馈抛物柱反射面天线中在FEKO软件平台上进行了半实物仿真,仿真结果表明,该双频段双极化共孔径阵列馈源偏馈抛物柱反射天线实现了如下设计目标:Ku波段双极化水平面扫描范围为±17°,两个主面副瓣电平优于-30dB,Ka波段水平面扫描范围为±10°,两个主面的副瓣电平优于-30dB,双频段双极化两个主面的波瓣宽度和波束指向完全匹配。     

宽频带高隔离度基站天线的设计

设计了一种适用于基站天线的宽频带高隔离度双极化对称阵子天线单元,利用电磁仿真软件HFSS对该基站天线单元的电特性进行仿真分析。仿真结果表明,天线在698～960 MHz频段内电压驻波比VSWR〈1.35,端口隔离度〉41 dB,且具有良好的小型化特性。该研究为低频段宽频带移动通信基站天线设计,提供了参考     

多频段环焦型椭圆波束天线优化设计

针对小口径低剖面天线的多频段、低旁瓣和高效率的需求,提出一种基于切割赋形环焦天线和非均匀有理B样条（non-uniform rational B-spline,NURBS）曲面的环焦型椭圆波束天线的综合优化设计方法. 该方法首先采用样条函数将一维口面场参数化,针对赋形切割环焦天线进行第一次快速优化设计;然后,用NURBS曲面将优化后的天线主副反射面再次参数化,引入多目标优化差分进化算法,以天线效率和第一旁瓣为优化目标,对该环焦型椭圆波束天线进行第二次优化设计. 应用该方法设计并加工了一个410 mm×720 mm的环焦椭圆波束天线,工作频率覆盖了Ku/K/Ka三个频段,天线总效率达到49%以上,第一旁瓣低于–14 dB,电压驻波比小于1.44∶1. 实测结果和全波仿真结果吻合良好,验证了本文设计方法的有效性.     

一种直升机载X/Ka双频段雷达共口径天线

提出一种偏照馈电的X/Ka双频段极化扭转式卡塞格伦天线形式,实现了气象和防撞雷达系统共用一副天线,达到降低气象和防撞雷达设备体积和重量的目的。天线的试验结果表明,天线波束扫描范围内,在X频段,天线的副瓣电平优于-20.2 dB,天线效率优于44.8%;在Ka频段,天线的副瓣电平优于-20.1 dB,天线效率优于40.2%。该天线能兼顾满足气象和防撞雷达系统的技术要求,具有一定的工程应用价值。     

基于FSS 的Ka 频段卫星通信天线设计

新一代Ka 频段卫星通信系统采用K/Ka 双频段上下行通信链路,需要K/Ka 高性能Ka 宽频带卫星通信地球站天线。文章介绍采用FSS 次级反射面的双频段天线设计,仿真系统在17.2～21.2 GHz 的接收频带、27.5～31.5 GHz 的发射频带内具有优良的性能。     

一种适用于WLAN 的新型小型化双极化天线

设计了一种可工作于WLAN 2.4GHz频段的小型化双极化天线.该天线采用双层对称结构介质板,把辐射贴片四边分别切割成凸字形形状,实现了天线小型化和有效展宽天线带宽.同时在接地板开4个对称的十字形缝隙,进一步拓宽天线带宽和明显减小天线的整体尺寸并提高了天线辐射性能.由此设计制作的天线实验结果为:小于-10dB回波损耗的频段为2.37 ～ 2.59GHz,相对阻抗带宽达9.1％,端口隔离度达到了33dB,增益最大值约3.63 dBi,表明该微带天线具有宽频带和良好的辐射性能.此外,该天线结构简单紧凑,易于加工制作和集成,适合应用于移动终端.     

一种Ka频段超低交叉极化宽频带波纹喇叭天线

波纹喇叭天线是一种结构紧凑、具有良好辐射性能的馈源天线,特别是轴向槽波纹喇叭天线可以在宽频段内实现极低的交叉极化,对扩展工作频段、实现极化复用有重要的价值。文章对轴向槽波纹喇叭天线的设计方法进行了研究,利用模式匹配法和全波算法软件设计了一种Ka频段超低交叉极化宽频带轴向槽波纹喇叭天线。实测数据表明,该喇叭天线工作频段可覆盖整个Ka频段（26.5~40 GHz）,在频段内回波损耗小于-20 dB、交叉极化小于-45 dB,同时天线具备良好的方向图对称性和相位中心稳定性,在卫星通信领域具有广阔的应用前景。     

Ka频段宽带圆极化微带天线

面向Ka频段高通量卫星对天线的需求,设计了一种Ka频段宽带圆极化微带天线. 天线单元主要由圆形辐射贴片和缝隙耦合馈电结构组成,通过两个类T形缝隙结合实现宽带圆极化. 天线仅有三层金属层,结构简单. 仿真结果显示,天线单元的相对阻抗带宽为31.5%（25.1～34.5 GHz）,相对3 dB轴比带宽为20.3%（26.5～32.5 GHz）. 由于单元尺寸较小,不便于对其性能进行验证,因此利用该天线单元组成2×2天线阵列,并进行加工测试. 仿真与试验结果表明,天线阵列阻抗带宽以及3 dB轴比带宽可以覆盖25.6～33.1 GHz频率范围,实测结果与仿真结果一致性良好.     

一种新型微带馈电的圆锥喇叭天线设计

设计了一种微带馈电双极化喇叭天线。该喇叭天线的辐射层中心为一圆锥喇叭孔的金属波导材料,通过双层正交的三角形带状线馈电结构来实现双极化,最下层加入金属反射腔来抑制背向辐射,提高天线增益。利用HFSS电磁仿真软件对天线进行优化仿真,仿真结果表明,该喇叭天线在Ku波段上行(14.0～14.5 GHz)和下行(12.25～12.75 GHz)的反射系数VSWR均＜2,两个端口的增益均＞8 dB。该喇叭天线体积小,增益高,采用微带馈电的形式,适合作为Ku波段卫星地面通信系统的天线单元。     

一种Ka/Ku双波段双极化共口径阵列天线

由于运载能力及卫星平台的限制,星载雷达要求雷达天线具有重量轻、功耗低、体积小、效率高等特点,尤其是对天线口径面积限制较为苛刻,双频段天线要想适用于星载条件,就必须考虑全新的结构形式。介绍了一种适应于星载条件的Ka/Ku双波段双极化共口径阵列天线,其中Ku波段天线双极化工作、Ka波段天线单极化工作。Ku波段天线阵采用了具有两阶零点滤波性能的微带耦合馈电辐射缝隙单元,这种天线单元具有易实现双极化、工作频带宽等优点。Ka波段天线阵采用侧馈微带帖片天线单元,其优点是易于实现与Ku波段天线共孔径。     

Transreflector antenna design for millimeter-wave wireless links

A transreflector antenna is compact, like a Cassegrain reflector antenna, but it has the high efficiency and low sidelobe levels of a prime-focus reflector. We describe in detail how to design a transreflector antenna and its components, including the transreflector, the polarization twist-reflector, and the feed horn. As validation of our design methods, we have developed a 9.5-in transreflector antenna with a focal length of 3.2 in. We can operate the antenna at the Ka or V band, depending on whether we use a Ka- or V-band feed horn and twist-reflector. In both bands, the measured efficiency of the antenna exceeds 50%, the peak sidelobe level is below -17 dB, and the principal-plane cross-polarization rejection exceeds 33 dB. The input return loss is greater than 12.5 dB across each band of operation.     

基于介质波导混合模式的双频馈源喇叭天线

随着大型反射面天线技术的不断发展,天线系统对设备功能的多样化与一体化提出了更高的要求,馈源作为大型反射面天线的核心,其性能决定了反射面天线整体特性。文章基于介质波导混合模式提出了一种介质加载双频馈源喇叭天线,工作于X(7.25~7.75 GHz) / Ka(21~22 GHz)频段。利用特征值理论求解双层介质波导中电磁场表达式,通过改变双层介质波导拓扑结构,形成表面波态的混合模式HE₁₁。在X频段由于喇叭口径小,形成了E面H面等化的方向图;在Ka频段,通过改变介质锥形状,形成类似点源辐射,也形成了E面H面等化、交叉极化低的方向图。对该馈源进行加工并测试,测试方向图与仿真结果较为吻合。将该馈源应用于卫星地面接收系统的13 m环焦反射面天线,经验证,该天线在工作频段口面效率均≥60%。     

Triple band notched mushroom and uniplanar EBG structures based UWB MIMO/Diversity antenna with enhanced wide band isolation

Triple band-rejection MIMO/Diversity UWB antenna characteristics are described in this paper. Proposed antenna discards worldwide interoperability for microwave access WiMAX band from 3.3 to 3.6 GHz, wireless local area network WLAN band from 5 to 6 GHz and X-Band satellite downlink communication band from 7.1 to 7.9 GHz. Mushroom Electromagnetic Band Gap (EBG) structures helps to attain band notches in WiMAX and WLAN bands. Uniplanar plus shaped EBG structure is used for notch in X-band downlink satellite communication band. Decoupling strips and slotted ground plane are employed to develop the isolation among two closely spaced UWB monopoles. The individual monopoles are 90° angularly separated with stepped structure which helps to reduce mutual coupling and also contributes towards impedance matching by increasing current path length. Mutual coupling magnitude of more than 15 dB is found over whole UWB frequency range. The Envelope Correlation Coefficient is less than 0.02 over whole UWB frequency range.The variations in the notched frequency with the variations in mushroom EBG structure parameters are investigated.The antenna has been designed using FR-4 substrate and overall dimensions is (64 × 45 × 1.6) mm³.     

一种Ka 双频段四口径多波束天线的设计

本文提出了一种应用于Ka 宽带通信卫星收发共用四口径多波束天线的设计,介绍了在波束设计时应考虑的影响因素,详细描述了如何选择天线结构参数和喇叭尺寸,优化了天线的设计参数,最后利用仿真软件Grasp 9 进行了多波束天线的仿真分析,结果表明多波束交叠增益大于40dBi,旁瓣电平小于-23dB,载干比C/I 大于13dB。     

Examination of the data rate obtainable with low‐gain non‐tracking antenna applied to user terminal used for mobile communications and broadcasting services provided by quasi‐zenithal satellites

Link budgets between the mobile user terminal and a feeder link station (2‐m‐diameter antenna) through the quasi‐zenithal satellite system (QZSS) (7‐m‐diameter antenna for Tx, 5‐m‐diameter antenna for Rx) under the power flux density (PFD) limit were calculated for the Ka‐ and Ku‐band. The PFD limit for non‐geostationary satellites is applied for frequency sharing between QZSS and geostationary satellites. The maximum data rate in the Ka‐band was 1.7 times higher than in the Ku‐band in the forward link, while the maximum data rate at Ku‐band is nine times higher than that in the Ka‐band in the return link when the transmit power derived from the regulations of the PFD is applied. And it is more than three times higher than that in the Ka‐band when transmit power is fixed to 2W. In the forward link, maximum data rates are 149 kbps in the Ka‐band and 86 kbps in the Ku‐band when the user terminal antenna is non‐tracking (gain at the satellite direction is 7.1 dBi) and the frequency bandwidth per beam is 30 MHz. Required bandwidth per channel for a certain data rate is large, e.g. in Ka‐band, 20.9 MHz for 64 kbps, 125 MHz for 384 kbps, and 326 MHz for 1 Mbps. In the return link, the maximum data rates are 44 kbps in the Ku‐band and 13.6 kbps in the Ka‐band when the user terminal antenna gain in the satellite direction is 7.1 dBi and transmit power is 2 W. Copyright © 2005 John Wiley & Sons, Ltd.     

收发等波束的双频低副瓣多波束天线

介绍了一种可实现收发波束大小一致的工作于K/Ka频段的低副瓣反射面多波束天线系统。该天线系统采用高效率双频多模喇叭作为馈源,实现了收发频段共用同一反射面,极大地降低了系统的规模。通过对反射面口径场上幅度和相位的分布对天线二次辐射方向图的影响的分析,提出了一种在高频处对反射面引入副瓣照射的方法,从而实现了收发波束大小一致。该天线系统在收发频段均体现了良好的低副瓣、高载干比特性。     

Ku、Ka频段龙伯透镜馈源阵列技术研究

针对卫星通信中龙伯透镜天线不同频段的馈源并排放置导致最大波束指向的偏移,无法实现多频段馈源上、下行跟踪同一颗卫星,提出了馈源阵列馈电的方法。通过辐射口面采用介质杆天线取代喇叭以改进馈源,此方法减小了馈源的阵间距,利于馈源组阵。结果表明:利用馈源组阵技术可以解决波束偏焦问题,实现多频段收发同一颗卫星的目的,同时也分析了阵列馈源馈电对天线增益和效率的影响。