S波段阵列天线及UHF/S波段组合天线的设计

摘要

随着天通一号的顺利升空，中国在卫星通信方面的空白终于得以填补。而针对卫星通信这一方面的研究，也必将成为天线行业的一个热点话题。本文正是以卫星通信天线为基础结合传统的手持机天线，设计并制作了三种天线，即一种S波段的动中通天线、一种双频线极化天线及一种线极化与圆极化组合的天线。
　　第一种天线是S波段的动中通天线。该天线以圆极化微带为基础，通过组阵的形式提高天线的辐射增益，使天线具备传输大量数据的能力，再通过对馈电相位的控制，使天线的波束能够在仰角15°～90°范围内扫描，最大化地提高通信能力。设计过程中，利用双层微带结构实现了单元天线的双频圆极化，组阵后通过旋转单元优化轴比。天线的实测结果表明，在工作频段内天线的电压驻波比小于1.5:1，用三个波束便可以实现扫描范围内增益大于10dBi的要求，且阵列在主方向的轴比小于1dB。
　　本文设计的第二种天线是一个双频的线极化天线。该天线由两根鞭状天线组合起来，利用一根馈线进行馈电。设计巧妙地利用电容及电感等元件将两个天线组合在一起，既保证了天线在各自频段的性能要求，又缩小了天线整体尺寸。实验测得天线在400MHz～470MHz及2.33GHz～2.55GHz两个频段内驻波都满足小于2:1的要求，且辐射方向图为水平全向辐射。
　　在第二种天线设计的基础上，本文给出了两种UHF和S波段组合天线的设计方案。两种天线分别为单端口和双端口的形式。根据指标要求，UHF波段天线的工作频率为400MHz～678MHz，驻波小于3:1，极化方式为垂直线极化。S波段天线的工作频率为1.98GHz～2.01GHz和2.17GHz～2.2GHz，驻波要求小于2:1，极化方式是左旋圆极化。在S天线的设计过程中，我们通过将两个分别能谐振在S波段上下行频率的螺旋天线组合在一起，并对组合后的天线进行阻抗匹配，使天线在两个频段内的驻波都能符合要求。在设计UHF天线时，采取了两种思路。第一种是单端口结构，类似于第二个天线的做法，对S天线的馈线进行开缝，然后在该处加载匹配网络。这种方式相对复杂一点，需要考虑到S波段天线的阻抗匹配问题。第二种是双端口结构，直接将UHF天线的馈电线接在螺旋天线馈线的外导体上，再对UHF天线的阻抗进行匹配。这种方式相对简单，不会对S波段天线的性能造成太大的影响，匹配电路也相对容易设计。但是要注意在S天线馈线加载扼流措施，防止UHF信号电流对地短路。通过灵活地使用电感、电容元件，最终设计出的天线实测结果满足驻波和方向图的要求。在S波段，天线在仰角55°～90°的增益高于2dBi，轴比也小于3dB，在UHF波段400MHz～678MHz的范围内，天线在水平方向的增益大于0dBi。
　　本文所设计的三类天线均跟结合相实际，具有一定的应用前景。

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缩略语对照表

第一章 绪论

1.1研究背景与意义

1.2研究现状

1.3文主要工作和安排

第二章 相关基础理论

2.1对称振子理论分析

2.2圆极化理论

2.3微带贴片天线理论

2.4螺旋天线理论基础

2.5史密斯圆图总结

2.6本章小结

第三章 S波段动中通阵列天线设计

3.1应用背景

3.2阵面设计

3.3馈电网络

3.4实测结果

3.5本章小结

第四章 UHF/S单模双频全向手持天线设计

4.1设计指标：

4.2天线结构设计

4.3匹配网络设计

4.4本章小结

第五章 UHF/S双模双频手持天线设计

5.1设计指标

5.2 S波段天线的实现

5.3 UHF天线的实现

5.4本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

致谢

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