“动中通”卫星通信天线研究

摘要

随着经济全球化和信息化的发展，越来越多的信息通过卫星进行传输。卫星通信具有通信距离远、覆盖范围大、通信方式灵活多样、质量高、容量大、组网迅速以及基本不受地理和自然环境限制等一系列优点，在现代信息传输中占有越来越重要的地位。移动中的卫星通信—“动中通”利用卫星作为中继,可以在移动载体(运动中的车、船等)之间实现实时、大容量、不间断地传递多媒体信息,因而成为通信业最具前景的发展方向之一。
　　本文研究的“动中通”卫星通信天线主要由抛物柱盒天线、馈源、反射面和转轴几部分构成。重点研究了抛物柱盒天线的结构设计、分析过程；反射面和旋转轴的选取过程。
　　首先，对“动中通”卫星通信天线性能进行分析，选择合适的天线模型，分别讨论了几种常见的移动载体的卫星通信天线：反射面天线、平面阵列天线、相控阵天线，分析上述天线的辐射特性、制作方式以及应用上的优缺点，最终选定增益较大，成本较低的抛物柱盒天线作为最终的设计形式。
　　然后对抛物柱盒天线进行了深入的研究，提出模型结构和辐射特性的关系，并对基础模型进一步修改。仿真模型中抛物柱盒天线的馈源为宽频带线极化的椭圆对称振子，使用微波仿真软件研究抛物柱盒天线辐射特性。具体仿真了馈源位置，抛物柱盒天线的尺寸，馈源副反射面和抛物柱盒天线张口的形状对天线反射损耗和方向图的影响。得出改进后抛物柱盒天线最终模型，接收频率11GHz和发射频率14GHz的反射损耗均小于-10dB。
　　其次，本文选择了一种宽频带圆极化微带天线作为馈源进行仿真和优化，经过对参数的优化扫描，最终得到符合要求的馈源天线：工作频率11GHz~14GHz，主辐射方向±45°以内的轴比小于3.5dB。
　　最后，本文对反射面进行了分析。抛物柱盒天线为反射面的馈源。反射面为一抛物柱面，绕转轴旋转可完成俯仰角度扫描。对反射面的研究内容包括反射面方程的选择和尺寸的选取，反射面和旋转轴与抛物柱盒天线的相对位置的优化，最终得到了符合要求的“动中通”卫星通信天线模型。其中抛物柱盒天线长度为100mm，11GHz~14GHz的带内增益为23.55dB~26.18dB，接收频率和发射频率均可实现20°~80°的俯仰角度扫描。经过理论分析，在抛物柱盒天线长度为1000mm的模型中，11GHz~14GHz的带内增益的理论值为33.33dB~35.96dB，尺寸为1100mm×766mm×285mm。符合“动中通”天线的指标要求。