用于卫星通信的毫米波共口径天线阵列研究

作     者：宋诗雨 

作者单位：电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：朱兆君

授予年度：2023年

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0810[工学-信息与通信工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 0804[工学-仪器科学与技术] 081001[工学-通信与信息系统] 

主      题：卫星通信 双频共口径 天线阵列 宽带 圆极化 

摘      要：随着人类对卫星通信技术的需求日益增长和卫星通信技术的不断发展,其对天线的性能要求也越来越高,宽带、圆极化、小型化成为了研究的热门话题。共口径天线可以有效提高口径效率,进而提高天线系统的紧凑度、集成度,十分契合卫星通信天线系统的发展需求。本文围绕卫星通信天线发展的需求,分析用于卫星通信的毫米波共口径天线阵列,主要内容有下面几点:（1）K/Ka波段共口径天线单元分析与设计。根据设计指标要求,分析了阵列的排布拓扑结构,为了确保两个频段的天线阵列具有大角度扫描的能力,采用了方形排布的拓扑结构,将K波段天线与Ka波段天线嵌套放置,从而实现两个天线的半波长布阵。首先考虑了Ka波段天线单元的设计,为了在小尺寸下实现宽带圆极化辐射,设计了一款加载寄生贴片的开槽圆形微带天线,通过单馈实现了10.8%的轴比带宽和17.5%的阻抗带宽,同时剖面高度仅为0.110λ。接着,设计了一款K波段天线单元,实现了12%的阻抗带宽,同时具备一定的圆极化辐射能力。最后,将Ka波段天线单元放置于K波段天线中心协同仿真,结果显示天线的阻抗匹配性能未受到影响,而隔离度方面,K波段大于21.25 dB,Ka波段大于15.15 dB。（2）K/Ka波段共口径天线阵列分析与设计。首先设计了一款基于同轴馈电的K/Ka波段共口径相控阵天线阵列,采用方形排布的拓扑结构。性能方面,K、Ka波段天线阵列均能实现50°波束扫描,同时增益下降小于3 dB。在扫描过程中,两个天线阵列分别实现了10%、12%的阻抗带宽,以及15%、12%的轴比带宽。然后设计了加上馈电网络的四款K/Ka波段共口径天线阵列,分别实现了K-0°、K-50°、Ka-0°、Ka-50°的波束扫描。结果显示,对于K波段0°和50°扫描的两个天线阵列,阻抗带宽大于13.7%,3 dB轴比带宽大于7.3%,5 dB轴比带宽大于11%,50°扫描增益下降小于3.5 dB。而对于Ka波段0°和50°扫描的两个天线阵列,阻抗带宽大于17%,3 dB轴比带宽大于9.8%,5 dB轴比带宽大于13.9%,50°扫描增益下降小于2.3 dB。所提出的K/Ka波段共口径天线阵列能够满足设计指标中的要求。