面向低轨卫星的双圆极化宽带宽角扫描阵列研究

随着卫星通信技术的日益成熟，相控阵天线被广泛应用于低轨卫星系统，提出了一种面向低轨卫星通信的新型双圆极化宽带宽角扫描阵列天线。阵列天线单元采用一种金属栅格加载的对称阵子，其工作宽带为17GHz~21GHz，相对带宽超过21%，同时金属栅格加载方法可有效展宽对称阵子波束宽度，从而在工作频段内使E面和H面波束宽度均超过140°。通过上述宽带宽波束对称阵子作为阵列天线单元，形成8×8的64单元阵面。然后，阵列天线单元经过旋转组阵，实现了双圆极化特性。由于天线单元具有宽带、宽波束性能，有效拓展了阵列波束扫描角度，即在不同旋向下，均能实现二维±60°的波束扫描。阵列在低频17GHz工作时，法向波束增益为18.2dB，当扫描离轴角为60°时，增益下降2.8dB，轴比小于2dB。在高频21GHz时，法向增益为19.6dB，当扫描离轴角为60°时，增益下降3.7dB，轴比小于3dB，具备良好的宽带宽角覆盖性能，从而在低轨卫星通信中具有广阔的应用前景。     

宽带相控阵馈源可展开反射面天线研究

为满足星载高增益天线的应用需求,本文设计了一种带有相控阵馈源的伞状可展开反射面天线。首先介绍了反射面天线可展开机构的原理及设计,由碳纤维天线肋和金属编织网面组成反射面,在高精度可展开机构的动作下实现其收拢和展开,从而大幅减小其收藏包络尺寸。对于直径为1.14 m的可展开反射面天线设计了宽带相控阵馈源,采用金属Vivaldi天线作为相控阵单元,根据极化方式、焦径比和扫描范围选择排列成双极化矩形阵列,使可展开反射面天线在8~16 GHz内实现二维波束扫描,通过电磁仿真进行验证,仿真结果表明,宽带相控阵馈源能够有效地增加可展开反射面天线的视场,反射面天线在8 GHz、12 GHz和16 GHz时扫描到0°的增益分别是38.03 dB、40.65 dB和41.48 dB,扫描到+3°的增益分别是37.68 dB、40.68 dB和41.09 dB。     

超宽带矩形微同轴平面对数周期天线

在宽带电子系统轻量化的需求下，基于MEMS矩形微同轴技术设计了10 GHz~50 GHz的超宽带平面对数周期天线。天线采用三节矩形微同轴阻抗变换实现160 Ω到50 Ω的宽频带阻抗匹配，并通过矩形微同轴转共面波导进行馈电。为展现微同轴的馈电优势，验证设计的微同轴平面对数周期天线性能，制备了50 Ω矩形微同轴传输线和天线实物并进行了测试。实测结果表明，在10 GHz~50 GHz频段内，矩形微同轴传输线传输损耗＜0.22 dB/cm，两根间隔0.15 mm的矩形微同轴传输线间隔离度＞60 dB。天线实测反射系数＜-8 dB，增益＞4 dBi，增益波动＜1.6 dB。     

全空域数字多波束天线技术研究

针对航天领域全空域多目标管理使用需求,设计了一种基于富勒烯结构的赋型数字多波阵列天线,介绍了数字多波束信号收发处理工作原理及赋形阵列结构设计方案,研究了基于赋型阵列天线的波束滑动行走模式、多波束工作模式、波束增强模式,建立了赋形阵列天线数学仿真模型,对阵列天线波束增益一致性、波束宽度一致性、多波束方向图、波束增强性能进...     

C频段双线极化高隔离度微带天线设计

研究一种工作在C频段(5.25GHz^5.75GHz)的双线极化高隔离度微带天线,天线由2×2微带缝隙耦合天线阵列及其馈电网络组成。使用HFSS仿真软件对该天线进行仿真和优化,得到了较好的结果,在整个频段内驻波比低于1.30,隔离度大于30dB,天线在5.5GHz的水平极化增益达到13.53dB,垂直极化增益达到13.8dB。与常规的双线极化微带天线相比,该天线具有高隔离度、高增益的特点。     

基于圆极化漏波阵的罗特曼透镜多波束天线设计

文章提出了一种具有无源波束扫描能力的平面圆极化多波束天线。该天线由基于基片集成波导(substrate integrated waveguide, SIW)的漏波天线阵列和罗特曼透镜馈源网络组成。其中漏波天线作为天线辐射体，通过在SIW传输线上加载90°顺序旋转的非谐振辐射缝隙，实现了圆极化的辐射特性。为了实现低成本的波束扫描能力，使用罗特曼透镜作为天线的馈电网络。该天线设计采用双层结构，通用将漏波天线阵列置于罗特曼透镜上层，实现了天线的小型化。经仿真验证，该天线可在9.5GHz~10.5GHz的工作频带范围内，实现良好的阻抗匹配及±44°的圆极化波束扫描能力，并且每个波束均可在3dB波束宽度内实现小于3dB的轴比。     

基于CDMA容量的星载多波束天线赋形分析

建立LEO-CDMA通信系统容量分析模型,给出系统容量的计算方法,从系统容量的角度出发对比分析运用遗传算法赋形得到的波束增益模型和基于二阶锥形模型的波束增益模型的系统容量。结果表明,基于二阶锥形增益模型的系统容量约为基于赋形增益模型系统容量的两倍。分析结果为多波束接收天线的系统设计及赋形方案设计提供了理论依据。     

一种宽带高增益全向天线的设计

提出一种宽频带、高增益全向天线的实现方法,分析其工作原理,给出设计参数和实测结果。天线在3GHz～18GHz频带内,电压驻波比小于2,实测增益在0dBi～11dBi范围内波动,最大实测增益为10.52dBi,平均增益4.88dBi,不圆度小于±4dB。测试结果显示,天线具有良好的电特性,可以广泛应用于通信和环境监测领域。     

一种面向导航应用的电容耦合四点馈电的宽带双层微带天线

文章设计了一种电容耦合四点馈电的宽带双层微带天线,该天线可以工作在北斗、GPS、GALILEO和GLONASS四大导航卫星工作频段,可以用作导航系统地面终端天线.天线单元采用电容耦合四点馈电的双层空气微带圆极化天线形式,在双点谐振特性的双层空气微带天线基础上,结合电容耦合馈电技术构成三点谐振特性,进一步展宽天线带宽.为了实现低剖面、小型化、微带形式的宽带馈电网络采用双层结构集成设计,由Wilkinson功分器和宽带Schiffman移相器实现相应的幅相配置.对提出的天线进行了仿真设计和优化,仿真设计结果表明,在四大卫星导航卫星系统1.1 GHz～1.6GHz工作频段内,天线电压驻波比小于1.4,增益方向图和圆极化轴比特性都满足设计要求,该天线可以很好地应用于地面多模用户终端.     

一种基片集成波导馈电的毫米波磁电偶极子天线设计

文章研制了一种宽带毫米波磁电偶极子天线.该天线采用基片集成波导缝隙耦合馈电,抑制了表面波辐射,降低了传输损耗.通过中心地板蚀刻的矩形缝隙和上层贴片蚀刻的H型缝隙,来优化电流路径,改善天线的谐振和匹配特性,提高了天线的辐射效率.采用HFSS软件进行仿真,对天线进行了优化设计,结果表明,天线的-10 dB阻抗带宽为24.5 GHz～33 GHz,且带宽内增益平稳,方向图稳定,E面和H面辐射方向图具有低交叉极化特性.该天线的宽带和易集成特性使其在毫米波无线通信系统中具有很好的应用前景.     

毫米波宽带低副瓣波导缝隙阵列天线设计

本文提出了一种毫米波宽带低副瓣波导缝隙阵列天线。该天线分为上下两层，利用下层的功分器和反相器使电磁波从上层的辐射波导的两端向中心进行馈电，激励12个非均匀波导缝隙辐射单元。该天线呈中心对称结构，结构紧凑，并使得天线的方向图具有稳定性。在辐射波导中引入二阶短路金属阶梯，并且阵列的辐射单元采用非连续的双层缝隙，拓展了天线的工作带宽。所提出的加载二阶金属阶梯双层缝隙阵列天线的阻抗带宽达到16.3%(35.35~41.55 GHz)，峰值增益为16 dBi，工作频带内天线的增益下降低于2.5 dBi，副瓣电平低于-20 dB。     

基于平板波导的双频双极化CTS阵列天线设计研究

针对卫星通信天线轻量化和辐射孔径复用等需求，对双频段双极化连续切向节（Continuous Transverse Stub，CTS）阵列天线进行研究。天线采用正交共口径设计，结合标准波导接口的带通滤波器和独立功分馈电网络实现了高极化隔离度特性；通过对枝节辐射能力控制和天线阵列设计，达到了兼顾增益特性的同时降低旁瓣电平的目的。仿真结果显示：天线分别在18.5~21.2 GHz和27.5~31 GHz两个频段内回波损耗小于-10 dB，旁瓣电平均小于-12 dB，端口隔离度优于80 dB，增益分别为24~27 dBi和25~27 dBi，结构简单，易于加工，剖面高度低，易于运输和共形安装。     

L波段全向天线研究与设计

在实际应用中,有时需要全向天线在水平面以上覆盖较广的空域,针对这一需求,文章提出了两种工作在L频段的波束上翘的全向天线。其中一种为使用同轴转平行双线结构进行馈电的串联印刷偶极子天线,且加入反射板保证波束上翘,实测结果表明该天线在工作频段内,电压驻波比(voltage stanting wave ratio,VSWR)小于1.5,水平面增益大于2dBi,俯仰角0°~70°(定义水平方向为0°)增益大于-7dBi,不圆度小于2dB。另一种为双锥天线,使用上下锥体不对称结构保证波束上翘,同时引入固定套环保证天线的稳定性。实测结果表明该天线在工作频段内,VSWR小于2,俯仰角0°~20°增益大于1dBi,俯仰角0°~70°增益大于-7dBi,不圆度小于2.5dB。该天线结构稳定,性能优良,可应用于车载通信或其他通信场景中。     

小型化星载Ku频段宽带扇形波束圆极化天线

为适应星载天线小型化、宽带、高性能的发展趋势，提出一种小型化星载Ku频段宽带扇形波束圆极化天线。通过在H面扇形喇叭口处加入曲折线圆极化器实现天线圆极化，将传统平面圆极化器变为半圆柱形，天线的包络尺寸减小近36%。同时，在喇叭口处增加介质透镜，在有限尺寸内将球面波调节为平面波。半圆柱极化器和介质透镜的设计可共同调节入射波束角度，提升天线的宽角波束覆盖性能。利用CST软件建立模型进行仿真，仿真结果表明：天线结构紧凑、波束覆盖范围宽，俯仰面大于11.3dBi的增益覆盖范围达90°。半圆柱极化器的设计为星载天线的小型化、低成本设计提供新的思路。     

一种小型S波段无源相控阵天线及其在小卫星上的应用

为满足卫星平台小型化、低功耗、高集成度设计要求,提出一种新型的小型化S波段相控阵天线,用于卫星与中继星返向测控链路建立。通过优选体积小的四臂螺旋天线为天线阵元、对天线阵列规模和间距进行优化设计、优化天线波束区域划分、采用新型时延网络代替传统移相器、在单片集成芯片上实现复杂波控算法等多项关键技术,设计并实现了一个小型化、高增益、低功耗的无源相控阵天线。实测数据表明,该相控阵天线在波束覆盖范围内阵列增益可达7d Bi以上,天线阵列重量仅250g,在达到相同发射EIRP指标条件下,对整星功耗需求仅为采用传统中继发射天线时的40%。     

高效宽带喇叭天线的设计

为满足电磁兼容测试对小体积、宽频带和高增益天线的需求,结合宽频带天线的工作原理,设计一种结构紧凑的局部加脊宽带喇叭天线。与相同尺寸的普通加脊喇叭天线相比,其增益提高约1dB～3dB。     

星载反射器天线用相控阵馈源的电气设计与制作

采用偏焦相控阵馈电反射器天线能实现电子波束再形成与波束扫描,可搭载在静止轨道卫星上用于移动卫星通信。本文介绍了这种相控阵馈源的电气设计;其31单元辐射阵和波束形成网络的制作;通过实验和分析验证了相控阵馈源电气设计的适当性。把这种相控阵馈源与口径13m的反射器天线组合后,证明可实现42dBi以上的覆盖增益,波束隔离达20dB以上。     

基于迭代变加权最小二乘的宽带波束赋形方法

针对常规加权最小二乘宽带波束形成中存在较大主瓣增益损失和旁瓣电平偏高的问题,提出了一种基于迭代变加权最小二乘的宽带波束赋形方法。首先通过合理设计加权函数和参考波束同步迭代优化波束主瓣区域和旁瓣区域对应的加权函数值;然后对波束最小旁瓣电平进行调整并更新加权值,以获得低旁瓣宽带近似频率不变波束形成器。与常规加权最小二乘法相比,有效减小了波束主瓣增益损失,改善了波束的频率不变特性,并降低了宽带波束最高旁瓣电平。仿真结果表明该方法的有效性。     

低轨航天器中继测控终端固定宽波束天线覆盖研究

数据中继卫星运行在地球静止轨道,可作为低轨航天器在地面站视距外测控通信的数据中继接力。针对中继小型测控终端的需求,文章设计了两种不同的固定安装的宽波束中继终端天线,一种为简单锥形波束,另一种为赋形的复杂环锥形波束。结合低轨航天器不同倾角的轨道特性和终端天线不同的方向图类型,应用STK卫星仿真软件进行了不同组合的链路仿真分析,给出了不同轨道倾角的航天器与中继卫星长时间建立链路的最优天线方向图及其设计特性。链路仿真的参数包括总的建立链路时间、建立链路的次数及建立链路的区域等,仿真结果对于低轨中继终端的应用具有重要的指导意义。     

航天器赋形反射面数传天线的可靠性评估

基于赋形反射面数传天线的功能和性能参数影响因素分析,确定了以赋形反射面数传天线的最大指向角增益作为可靠性特征量;提出了用"在赋形反射面数传天线最大指向角的约束条件下,赋形反射面数传天线的最大指向角增益大于其下限指标的概率"来表征赋形反射面数传天线可靠性的概念;提出了利用天线研制过程中多个技术状态相同的赋形反射面数传天线在相同的测试环境下采用相同测试方法获得的天线最大指向角增益测试数据,进行可靠性定量评估的方法。给出了X频段赋形反射面数传天线可靠性评估的示例,可靠性评估结果比可靠性预计结果更为客观,为航天器天线的可靠性验证提供了技术途径。