Ka频段收发共用双圆极化馈源设计

摘要

随着对卫星通信信道容量需求的增加以及C、Ku频段业务的日益拥挤,L、C、X、Ku等频段不能满足高速、宽带、小口径终端等应用的需求。越来越需要工作于更高频段、具有较大带宽和较高频谱效率的卫星通信系统。近年来,越来越多的国家和机构相继加入到对Ka频段卫星通信系统的开发和使用之中。馈源是天线的重要组成部分,馈源的性能直接影响着整个天线的性能。本文以伦伯透镜天线的应用为背景,设计了一支Ka频段收发共用的双圆极化馈源,馈源由辐射喇叭、同轴分波器、发射频段圆极化器以及接收频段圆极化器四部分组成。辐射喇叭采用对称性好、低副瓣、宽频带的轴向槽波纹喇叭结构；同轴分波器采用内外波导嵌套的方法实现收发信号的双频传输与隔离；发射的高频段信号由同轴馈入,通过隔板式圆极化器形成圆极化波,送入同轴波导的内波导并由波纹喇叭辐射出去；波纹喇叭接收到的低频段圆极化信号,通过同轴分波器内外导体间的波导传输,经外波导壁上四个正交对称的矩形波导耦合出去,然后通过魔T合成两路正交的线极化信号,送入波导裂缝电桥实现圆极化信号接收。本文在对上述馈源系统各部分设计理论介绍的基础上,采用基于有限元法的ANSOFT HFSS软件和CST对其分别进行了数值仿真与优化,实现了Ka的接收频段(19.7GHz——21.2GHz)和发射频段(29.5GHz 31.0GHz)的双圆极化收发共用,仿真结果达到了预期指标。

目录

摘要

Abstract

1 引言

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 设计指标

1.4 本文的主要内容及工作安排

2 发射频段圆极化器的设计

2.1 天线极化的基本理论

2.1.1 天线的极化

2.1.2 圆极化波的特性

2.1.3 常见的圆极化器

2.2 隔板式圆极化器

2.2.1 隔板式圆极化器的基本原理

2.2.2 隔板式圆极化器仿真设计

2.3 本章小结

3 接收频段圆极化器的设计

3.1 接收频段圆极化器的实现方案

3.2 定向耦合器的基本理论

3.2.1 定向耦合器的概念

3.2.2 定向耦合器的网络分析

3.3 波导裂缝电桥的理论及设计

3.3.1 波导裂缝电桥概述

3.3.2 仿真设计

3.4 魔T的设计

3.5 本章小结

4 同轴分波器的设计

4.1 同轴波导传输段的设计

4.1.1 圆波导的基本理论与设计

4.1.2 同轴波高次模分析

4.2 同轴波导与矩形波导缝隙耦合的理论分析

4.3 同轴波导与矩形波导过渡结构的设计

4.4 同轴滤波器的改进

4.5 本章小结

5 辐射喇叭的设计

5.1 常用的馈源喇叭

5.2 波纹喇叭的理论简介

5.3 仿真设计

5.4 本章小结

6 结束语

致谢

参考文献