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。     

有限扫描反射面天线纵向偏焦性能的研究

随着相控阵天线的不断发展，有限扫描反射面天线已经成为当前的研究热点,为了符合新时代天线多功能的需求，提出一种基于抛物面形变的纵向偏焦特性。设计一个标准正馈反射面天线，使其馈源固定不动，而利用调节反射面焦距来达成天线的偏焦，其偏焦特性类似于抛物面天线的纵向偏焦特性；设计一个双焦点反射面，由XOZ平面抛物线和YOZ平面抛物线正交互异设计双焦点反射面天线，令YOZ平面抛物线焦点外推、XOZ平面抛物线焦点不变构成一个双焦点反射面。验证了该方法在一维阵列作为馈源的有效性，双焦点反射面相较于标准抛物面，在EL方向上该天线增益上升了1429dB，且波束宽度基本不变；此外，该方法还能容纳所有馈源同时工作，降低了单个馈源喇叭的功率且增益相较于点波束天线只下降了485dB。该方法将为后续有限扫描反射面天线在设计一维扫描或二维不等范围扫描提供理论支撑。     

一种大功率圆极化交叉对称阵子天线

为了满足大功率反射面天线的馈源设计要求,文章设计了一种大功率圆极化交叉对称阵子天线,其工作频率在1.19GHz~1.285GHz,天线整体由交叉对称阵子和开槽线巴伦组成。通过开槽线巴伦实现平衡-非平衡馈电。为了实现圆极化,通过改变对称阵子结构,在对称阵子臂相邻90°处增添一对阵子臂,形成交叉对称阵子,并通过调整阵子臂的长度,使其实现90°自相移结构,并最终实现圆极化,由于天线整体均为金属,使得天线可以承受更高的功率。该天线在119GHz~1285GHz频带内电压驻波比(votage standing wave ratio,VSWR)<1.5,圆极化轴比<3dB,实测结果表明,实测和仿真结果基本一致,天线在该频段内实现了较好的圆极化特性。     

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。     

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。     

星载反射器无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48dBi以上的覆盖增益，波束隔离达20dB以上。     

Ka频段双极化低剖面卫通相控阵天线

当前国内外低轨通信互联网星座发展迅猛，面向卫通天线跨星跨波束快速切换、低剖面应用需求，提出了一种Ka频段层叠式缝隙耦合双圆极化发射相控阵天线。基于多层PCB叠层瓦式架构，将天线层、电源与控制层、功分网络层和芯片层一体化集成。基于“双线极化天线+移相控制”设计实现左右旋圆极化及其极化切换，采用子阵相位旋转排布实现天线整阵二次圆极化。测试结果表明：天线工作频段为27.5~31GHz，29.2GHz处法向等效各向同性辐射功率值为16.5dBW，可实现±60°扫描，法向轴比＜2dB，左右旋圆极化可切换，天线子阵厚度3mm。相比传统砖式相控阵天线，大幅降低了剖面和重量，对卫通天线低剖面、波束快速切换等具有重要应用意义。     

C频段的“推扫式”卫星扫描天线

该设计结合科研实际需求,研制了工作在C频段的“推扫式”卫星扫描天线。首先,从“推扫式”卫星扫描天线的原理出发,对所需要的环焦反射面进行了优化建模,提出一种新型扇形反射面圆角化的方案,并针对密集馈源阵进行分析。通过计算得到了馈源的位置坐标,在仿真软件GRASP中构造反射面天线的整体模型。为了使密集馈源阵的主波束满足设计指标,设计了遗传算法优化合成后的波束来实现对主波束的优化,通过改变馈源阵的幅相值以达到天线方向图的设计要求,利用仿真优化得到了C频段中心波束达到设计指标所需要的馈源阵规模。最后,对整体模型进行了加工组装。使用近场测量的方法在微波暗室中对天线进行测试,测试结果表明天线波束宽度为0.6°时,主波束效率为98.17%,大于98%,满足设计要求。     

八单元圆形顺序旋转阵列的宽带双圆极化馈电网络

针对八单元圆形顺序旋转阵列天线馈电网络结构复杂的问题，文章设计了一种宽带双圆极化馈电网络。首先，根据八单元圆形顺序旋转阵列天线的空间结构特点，分析了阵列馈电网络的幅度和相位关系；其次，分别设计了3dB分支线耦合器、威尔金森功分器、微带平面巴伦和移相器；最后，通过不断优化设计，构建了宽带双圆极化馈电网络。该网络由2个3dB分支线耦合器、2个威尔金森功分器、4个微带平面巴伦、2个45°移相器、2个90°移相器和1个180°移相器组成。测试结果表明：该网络在8.78GHz~11.12GHz的频带内，端口电压驻波小于1.72。8个输出端口的幅度起伏在 2.1dB以内，相位起伏在±7.8°以内。该馈电网络具备左旋和右旋圆极化馈电端口，具有频带宽、幅相特性良好和制作成本低等优点，完全满足八单元顺序旋转阵列天线馈电网络的要求。     

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。     

一种双指数Vivaldi天线RCS研究

文章研究了Vivaldi天线的散射特性,根据分析Vivaldi天线的工作特点,在不破坏辐射单元上电流分布的情况下,通过改变辐射贴片的外形,设计出了一种低RCS双指数Vivaldi天线。与常规Vivaldi天线相比,改进天线在2GHz-8GHz的宽频带范围内单站RCS得到了很好的减缩,而相对带宽基本不变,工作频带内增益最大损失0．4dB。     

卫星星体对多波束天线的散射影响分析

地球静止轨道(GEO)移动通信卫星,多采用大反射面天线及多馈源组成的空间可展开多波束天线系统,具有更高的天线增益,并提高了整体系统性能,但由于过于庞大的天线反射面和馈源阵列,在整星结构构型布局中难免由于卫星星体或其它机构部件的存在而造成散射.文章主要针对GEO移动通信卫星星体对多波束天线散射影响问题,利用仿真分析软件,...     

超宽带Vivaldi天线的设计及分析

针对机载、弹载等平台的空间有限,设计了一种双指数渐变结构的超宽带Vivaldi天线。天线由微带渐变线馈电,通过矩形共面带线阻抗变换器将小型的超宽带巴伦与天线集成,从而获得2~18GHz的带宽。仿真结果表明:在2~18GHz的工作频段内,天线的回波损耗小于-10dB,天线增益最高可达到10.5dB以上,实测结果与仿真结果基本吻合。将所设计的Vivaldi天线放置于一金属腔体内,对金属腔体对天线性能的影响进行了研究与分析。仿真结果表明:将天线单元放置于金属腔体后,辐射方向相对于原来的辐射方向发生了一定程度的偏转,但随着频率增高,偏转角度逐渐减小。     

一种 Ku波段宽带微带天线阵的设计

设计了一个中心频率为16G Hz具有宽频带高增益特性的8单元微带天线阵。综合运用H 型缝隙耦合馈电技术、插入空气层技术方法展宽天线的带宽。使用三维电磁场仿真软件（Ansoft HFSS）对微带天线进行仿真优化,仿真结果表明,天线单元性能良好,相对阻抗带宽（S11≤－10dB）为10．9％,增益为8．6dB。八单元天线阵列相对阻抗带宽达到11．3％,增益为16dB。天线阵列性能良好,设计方法具有很好的可扩展性。     

一种基于移相插值方法的相控阵列天线波束形成网络

文章提出了一种移相插值网络方法,可以有效降低大型相控阵列天线馈电网络的复杂性;然后基于该方法设计了一种相控阵列天线的波束形成网络;最后对13单元的一维线性阵列和19单元的面阵进行了仿真,仿真结果验证了该方法的有效性。     

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。     

空间可展开天线结构研究进展

扼要综述了空间可展开天线结构的发展及目前的国际动态,叙述了空间可展开天线结构、设计及分析中的主要研究课题及其目前的进展。指出“把多体动力学与有限元法相结合的综合动力学建模法”、“辩识模型后,用预测控制和优化的思想进行展开过程控制”、“用多约束优化法调整网状天线反射面形状精度”等是适合我国目前状况的较好方法。