KuKa频段馈源系统的设计

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反射面天线以其结构简单且稳定、功率容量大、性能优良等众多优点,成为卫星通信使用最多的天线种类之一。从最初简单的正馈单反射面天线,逐渐发展为多反射面天线、偏置反射面天线和赋形反射面天线等,宽带化、小型化和一体化是反射面天线一直以来最主要的发展趋势。反射面天线的整体性能很大程度上取决于其关键组成部分——馈源的性能。本文将反射面天线的馈源系统作为研究对象,主要工作包括以下几个部分:
  1、反射面天线的发展及理论分析。首先介绍了卫星通信和反射面天线的发展,并且对国内外的研究现状进行了调研。然后从几何特性和分析方法两方面分析了反射面天线的基本原理,并介绍了反射面天线常用的几个性能参数。根据本文的设计指标和工程实际的要求,紧接着给出了反射面天线宽带馈源系统的设计方案,然后分别从原理、设计和参数等方面对其中包含的主要模块包括馈源喇叭、分频器、圆极化器。正交模耦合器和滤波器进行了详细的介绍。
  2、单偏置反射面天线多模馈源喇叭的研究。在分析单偏置反射面的优缺点后,提出了降低其交叉极化电平的原理和方法。为便于对比,首先设计了普通的波纹喇叭,在此基础上增加相移段和金属片设计了多模波纹喇叭。通过引入TE21模与偏置反射面的交叉极化场共轭匹配,从而降低偏置反射面的交叉极化电平。最后用普通波纹喇叭和多模波纹喇叭照射相同的反射面,通过对比,后者在对天线效率影响很小的情况下,交叉极化降低了13dB以上。
  3、Ka频段馈源系统的研究。在已有工作的基础上,设计Ka频段宽带双圆极化一体馈源系统,重点在于宽带圆极化器的设计。在四脊波导圆极化器的基础上,在一对脊的中间开若干矩形凹槽,从而减小该方向电磁波传播的相位常数,实现宽带圆极化。配合正交模耦合器、波纹喇叭和过渡结构组成宽带馈源系统。为提高收发隔离度,接收端口增加了低通滤波器。最终仿真结果均满足设计指标。
  4、Ka/Ku频段馈源系统的研究。根据工程要求,首先设计了Ku和Ka频段超宽带馈源喇叭。为将Ku频段和Ka频段的收发信号进行分离,重点设计了采用耦合孔结构的六端口宽带分频器,为改进性能,对其结构进行了一些调整。将已经设计完成的Ka频段馈源系统连接到分频器直通端口,然后又设计了Ku频段波导功分器、滤波器和其他过渡结构,并组成完整的Ku/Ka频段馈源系统,实现了宽带化和小型化的设计目标。仿真结果显示其传输和辐射性能良好。
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